摘要：为解决运动诱发脑-机交互过程中,意念感知环路与运动反馈神经环路协同激活时序同步性弱的问题,受到脉冲时间依赖的突触可塑性理论的启发,开展了运动激活响应的时序作用规律探索与闭环脑机时序同步强化的方法研究。基于应激刺激下运动中枢激活响应特性,通过采集与整合不同应激运动响应任务下力-位移-脑电多源信息,开展了应激诱发下中枢环路时序激活响应检测方案设计;基于检测得到的时序参数,应用脑功能网络分析技术对脑-机交互过程运动感知反馈激活时序规律进行了有效量化。通过在线实验验证和统计分析,验证了应激运动诱发范式保留了传统运动诱发模型的特点:既能够不通过真实运动而激活皮层运动区域,又能有效增强受试者在脑控闭环过程中的运动感知激活响应时效性;在受试者群体中,闭环脑控的感知与反馈响应的时延在0.15~0.90 s之间,最大激活响应时间的持续时间为400~600 ms,激活响应的同步性相较于传统范式具有增强效果。所提方法揭示了应激诱发脑机调控过程的时序作用规律,可为实现运动感知同步性增强的脑-机接口设计提供有力的理论支撑。

摘要：快速序列视觉呈现(RSVP)是一类心理学视觉刺激实验范式,要求受试者辨别在同一空间位置上连续呈现的由数字、字母、单词以及图片等组成的刺激流中的目标刺激,可以在短时间内辨别海量信息。而基于RSVP范式的脑-机接口(BCI)不仅能够广泛用于辅助交互、信息判读等场景,而且具有稳定、高效的优势,已经成为人-机智能融合的常用技术之一。近年来,RSVP-BCI研究主要集中在脑控拼写器、图像识别以及意念游戏等方向,因此,本文着重梳理了这三个领域中RSVP-BCI的范式设计和系统性能优化,展望了其生活娱乐、临床医疗、特种军事等前沿方向的潜在应用,以期为RSVP-BCI相关的研究提供参考和新思路。

摘要：近年来研究者们将基于稳态视觉诱发电位(SSVEP)的脑-机接口(BCI)系统与增强现实(AR)技术相结合,以提升BCI系统的灵活性和便携性,但基于传统SSVEP范式的AR-BCI普遍性能偏低。本研究利用AR设备对双眼分别进行投影的特点设计了一种双眼异频编码SSVEP范式,通过对左、右眼分别进行不同频率的编码提高SSVEP编码的信息量。共采集了14名被试的数据,采用任务相关成分分析(TRCA)算法进行SSVEP识别,对比双眼异频编码和双眼同频编码SSVEP范式在AR环境下的性能,分析两种编码下SSVEP的频域特征、信噪比和功率谱熵。双眼异频编码采用1、2、3 s脑电数据的平均分类正确率分别为90.9%、93.9%和95.0%,双眼同频编码采用1、2、3 s脑电数据的分类正确率分别为81.1%、87.8%和90.2%。当时间长度小于等于1 s时双眼异频编码刺激的分类正确率显著高于双眼同频编码刺激(0.5 s:t(13)=4.562,P0.05,Cohen′s d=-0.271),但其功率谱熵显著高于双眼同频编码(t(13)=-2.968,P<0.05,Cohen′s d=-0.793)。本研究表明,与传统双眼同频编码SSVEP范式相比,采用双眼异频编码能够提高AR-BCI系统的性能。

摘要：采用案例教学法,将具有较高临床应用价值的基于运动想象的脑-机接口案例引入课堂,并根据课程内容将案例分解为四个子任务:生物医学信号预处理、生物医学信号谱估计、生物医学信号时频分析及生物医学信号模式识别。每个子任务与理论知识教学同步进行,且逐层递进。学生按步骤在实验课上完成设计实践,并在第二课堂以课外兴趣小组形式完成拓展创新。教学实践表明,基于运动想象的脑-机接口案例教学实验设计,能够使学生实现从理论知识到实践应用的自然过渡,有效调动学习热情、提高学习效果。

摘要：针对两种不同意识任务的脑-机接口设计,提出了以方差作为特征的方法和以分类速率作为评价标准之一的新方法.首先深入研究了小波理论,分析了小波包分解中存在的频带交错现象,然后以小波系数和小波包系数的方差作为特征,对C3,C4导联脑电信号分别进行两种特征的提取,最后采用线性支持向量机作为分类器进行分类.结果表明,两种特征对应的最大分类正确率均达到了86.43%,对应时间分别为4.32和4.31 s.因此,以小波方差和小波包方差作为特征是完全可取的;分类速率的提出能同时反映分类正确率和分类时间,为大脑意识任务分类提供了新思路.

摘要：现有的脑-机接口系统大都只基于单模式的脑电特征,系统能实现的功能非常有限,从而制约了脑-机接口系统的应用。采用基于多种模式脑电信号(electroencephalogram,EEG)的脑-机接口技术来实现虚拟键鼠系统,使得被试可以利用自身的脑电信号控制鼠标和键盘的操作。研究了脑-机接口中常用的3种脑电信号,分别是P300波、alpha波以及稳态视觉诱发电位(steady state visual evoked potential,SSVEP),通过设计实验成功的诱发出了被试相应的特征脑电信号。利用SSVEP的脑电特征设计6频率LED闪烁刺激的虚拟鼠标系统,实现控制鼠标光标移动、单击左键和单击右键的任务;利用P300波的脑电特征设计6×6的字符矩阵虚拟键盘系统,实现字符输入的任务;利用被试自主闭眼增强alpha波的脑电特征,实现鼠标和键盘应用切换的任务。研究了适宜这3种脑电特征的最佳测量电极组合及模式识别算法,使得对3种脑电信号的识别正确率均达到了85%以上。测试结果显示,文中设计的基于多模式EEG的脑-机接口虚拟键鼠系统能有效地实现鼠标控制以及键盘输入的任务。

摘要：神经微传感器是脑—机接口系统中的关键器件,通过对神经组织多个区域进行生物电信号记录和施加电刺激,探索神经系统顽疾的治疗方法。建立了神经微传感器与神经组织相互作用的电路模型;从生理、物理、工程等角度出发,设计了微传感器的机械结构,并确定了探针臂的几何参数;将两片二维电极插接在支撑基板上,并安装隔板加以固定,从而组装成三维结构,能在创伤度最小的情况下实现稳定、可靠的三维测点定位。单通道动作电位检测实验证明:此神经微传感器具有良好的神经信号提取能力。

摘要：为准确采集大鼠前肢运动压力值,以便于分析大鼠大脑初级运动皮层神经元信号与其相关运动感知的关系,通过理论计算,采用金属箔式全桥差动电桥测量原理和杠杆原理,设计了大鼠用微小量程、较大行程测力传感器,采用高精度外设部件互连标准(PCI)信号采集与控制输出模块,设计了大鼠实验压杆检测系统,能很好的实现大鼠前肢动作奖赏控制.实验结果表明:与现有的测力传感器相比,克服了其在测量精度、量程等方面的局限性;压杆检测系统能够实时在线记录大鼠前肢运动压力值及显示相关参数,且系统采集数据准确度和精度较高,该检测系统使得小型动物运动感知研究的脑-机接口信号检测能力显著提高.

摘要：近年兴起可实现人脑直接对外信息交流和控制、让"思想"立即变"行动"的脑-机接口(BCI)新技术已在脑科学、神经计算、人工智能与机器人等多领域显示诱人前景。实验范式设计是研究与开发BCI系统的首要关键步骤。针对常见的各类视觉诱发电位(VEP)实验范式,从首个传统反应式VEP-BCI实验范式入手介绍了其诱发平台、实验流程和整体性能研究现状与存在问题及发展瓶颈;比较分析了近些年研究开发的多种改进型VEP-BCI实验范式,并展望了可能的实验范式发展新动向,希冀为研究开发高性能BCI提供新思路。

摘要：为了实现脑一机接口通信信号的单次提取，基于视觉诱发电位在脑部不同位置的相关性应该比自发脑电信号强这一特点，采用多通道的同步平均信号作为特征，用支持向量机分类算法，对一名受试者200次选择作业的记录进行了分类．结果表明，在仅利用Cz与Pz两个通道的信号叠加平均后，取250～550ms时段的信号作为分类器的特征值，能达到97％以上的分类精度．这可为简化脑一机接口系统的设计、提高通信速率提供参考．