“模拟阅读”脑-机接口的优化

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脑-机接口作为一种全新的辅助通信系统,其最初研究的主要目的是为那些思维正常但有严重运动障碍的患者(如肌萎缩性脊髓侧索硬化、脑干中风、脑或脊髓损伤)提供语言交流和环境控制的途径,提高他们的生活质量。但随着计算机技术和各学科的发展,脑-机接口在工业、军事、康复医疗、测谎、疲劳驾驶检测、娱乐等方面也具有潜在的应用前景。  中南民族大学认知科学国家民委重点实验室提出了“模拟阅读”脑-机接口模式,基于该模式的研究已经取得了一定的成绩,但离实际使用还有一段距离。必须对有些部分加以改进与优化,本文在三个方面对该系统进行优化:  1)研究时间编码密度对“模拟阅读”脑-机接口系统的影响。根据已有经验设计了四种字符串移动速度,分别为6ms/pixel,5ms/pixel,4ms/pixel,3ms/pixel,根据所设计的模式采集脑电信号,预处理之后对采集的特征分别使用支持向量机和改进算法 Cov-Kmeas分类,最后分析时间编码密度对系统的影响,找到适合本系统的参数,利用支持向量机分类,四种速度的平均识别率为50.3%、59.2%、50.72%、50.84%,在5ms/pixel平均识别率最高。  2)研究刺激物的不同特征对“模拟阅读”脑-机接口的影响,设计时考虑到刺激的时间和空间分布、设计了15种刺激物的样式,分别按照刺激物背景的有无、像素的大小、形状的不同,通过预处理和模式识别,分析刺激物的不同特征对系统的影响,找到适合本系统的刺激物特征,对于刺激物的不同特征而言,得到的最高识别率为62.22%,对应的刺激物特征为无背景,靶标字符和非靶标字符的中间为红实线,像素大小为30*30。  3)研究实现“模拟阅读”脑-机接口的异步化,原系统工作在同步模式,但根据实际需要,使用者希望自主控制系统。为此,设计了相应的实验模式,分为工作状态和非工作在状态,把闭眼状态作为两种状态的转换,对于脑-机接口的异步化,两种状态的可区分性平均值为89.167%,最高为95%。  研究结果表明,靶标速度和靶标特征的研究对后续的系统优化有一定的帮助,提出的系统异步化方法是可行的,为最终实现脑-机接口走出实验室奠定了理论和实验基础。
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