基于脑意识任务的脑机接口设计

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基于EEG信号的脑-计算机接口(BCI)是近年来一个热门的研究领域。基于脑电的BCI并非试图解释自发脑电,而是使人产生容易被解释的脑电,BCI识别出这种脑电后,就可以做出不同的选择或发出不同的指令。BCI的构架可以简单划分为两部分,前端为脑电讯号的特征提取与辨识,后端则为与其他硬体的结合与应用,例如手部假肢,电脑(利用脑电信号控制鼠标)等等。本文的工作重点在前端,设计了一种进行意识思维任务时脑电信号(EEG)的高辨识率二分类BCI,并提出了一种应用此二分类BCI进行多种工作任务识别的方法。 首先,应用独立分量分析方法(ICA)对EEG数据进行了预处理,去除了EEG数据包含着的其他电生理信号成份及其他干扰信号;然后,应用AR模型系数、近似熵和小波熵三种方法对去伪迹后的EEG数据信号进行特征提取,其中小波熵不仅可以表征信号复杂度在时域的变化情况,也可以表征信号的诸多频域特征,具有良好的时频局部化能力,适合对脑电信号进行处理;最后,应用设计的BP神经网络、RBF神经网络和支持向量机三种分类器,分别对两种不同的脑意识意识任务状态的特征数据进行了两两分类,并将三种分类器的分类结果进行了比较分析,其中以支持向量机的分类正确率最高。 分类结果为,当选用合适的意识任务状态、小波熵特征提取方法及支持向量机分类器时,分类正确率达到95%。此分析结果表明:脑意识任务可以作为现在BCI(脑机接口)设计中的输入信号;小波熵能有效提取脑意识任务的意识信息,可以将其应用到脑意识任务BCI的特征提取中;支持向量机可作为此BCI设计中可行的分类器。
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