基于传感器技术的实时脑-机接口设计.pdf

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1、2012年第31卷第l2期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)101基于传感器技术的实时脑一机接口设计王宇丁，陈民铀，张莉(重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室，重庆400044)摘要：设计了一种基于传感器技术的脑一机接口(BCI)系统，实现了实时控制光标移动，系统包括传感器部分和信号处理部分。系统通过采集操作者头部01，02导联处的脑电信号，提取其仅波，利用Fisher判别分析方法判断受试者闭眼时长输出不同控制命令，快速可靠地控制光标进行二维移动。实验表明：未经先期训练的操作者均能通过本系统快速地完成光标控制任务，且具有很高

2、的识别正确率。该系统采用异步工作模式，输出控制命令仅需3．6-5．4S，具有较好的实用性。关键词：传感器；脑电；波；脑一机接El；异步中图分类号：R318文献标识码：A文章编号：i000_9787(2012)12-0101-03DesignofrealtimeBCIbasedonsensortechnologyWANGYu—ding，CHENMin—you，ZHANGLi(StateKeyLaboratoryofPowerTransmissionEquipment&SystemSecurityandNewTechnology，ChongqingUniversity，Chongqing40004

3、4，China)Abstract：Abraincomputerinterface(BCI)systembasedonsensortechnologyisdesignedtoreahimecontrolcursormovement．Thesystemconsistsofsensorandsignalprocessingpans．ThesystemrequirestwoelectrodeO1，02forrecordingtheEEGsignalonthescalptoextractthewave．Thecursormovementin2Dspacecanbecontrolledrapidlyand

4、reliablybyFisherdiscriminantapproachtojudgethelastingtimewhenthesubjectclosingeyestooutputdifferentcommands．Theexperimentalresultsindicatethatthesubjectswithoutpre-trainingcancompletethetaskofcursormovementcontrolquicklyviathissystem．ThedevelopedBCIsystemoperatesinasynchronousmodeandcanoutputcontrol

5、commandwithin3．6—5．4swithgoodusability．Keywords：sensor；electroencephalogram(EEG)；wave；brain-computerinterface(Bci)；asynchronous0引言具有明显个体差异，但同一受试者在睁眼、闭眼2种状态下自从发现脑电信号以来，科学家就一直努力通过脑电的波幅值差异显著，通过分析脑电数据容易区分出2种信号了解大脑的活动规律。随着人体解剖学、计算机技术、不同状态。通信技术、电子技术、心理学等学科的发展，出现了一个新按照信号控制方式的不同，BCI系统分为同步(syn—的研究领域，这就是脑一机接口

6、(brain—computerinterface，chronous)模式和异步(asynchronous)模式，同步BCI系BCI)技术¨J。BCI技术是利用一些有规律的脑电信号特统要求用户必须在预定的时间进入一种特定的精神状态，征，实现大脑与计算机或者其他电子设备的通信。作异步BCI系统需要不断分析脑电信号，用户可以自由启动为一项跨学科的技术，BCI的研究涉及的领域广泛，包括微某种思维任务来完成特定的控制。本文建立的实时光标控电子学、生物学、计算机、通信工程、哲学、心理学、临床医制系统属于异步模式的BCI系统。学、数学等各个学科。1系统设计仅波是自发脑电的主要成分之一，对应了大脑视觉皮图1为

7、BCI系统结构图，包括传感器系统和信号处理层的闲散节律，频率范围为8～l2Hz，幅值一般小于系统。传感器系统从受试者头皮表面采集微弱的脑电信100V。大脑皮层各个位置都会产生0【波，但是，枕部的号，经过信号放大、A／D转换后，发送给信号处理系统处仅波阻断现象最为明显J。不同受试者的波幅值虽然理；信号处理系统将接收到的EEG信号转换成反映受试者收稿日期：2012-06-08基金项目：国家青年科学基金