基于Chirp-VEP的在線腦-機(jī)接口系統(tǒng)研究.pdf

1、腦-機(jī)接口是不依賴于人體正常神經(jīng)通路而使大腦與外界進(jìn)行直接交流的通訊系統(tǒng)。在眾多的腦-機(jī)接口系統(tǒng)中,穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位(Steady State Visual Evoked Potential,SSVEP)因其較高的信噪比和較快的響應(yīng)速度而獲得廣泛的研究和應(yīng)用。然而,基于SSVEP的腦-機(jī)接口由于腦電信號(hào)頻帶有限和SSVEP自身諧波效應(yīng)的原因而無(wú)法擁有較大的輸出指令集,這也是其發(fā)展的瓶頸所在。
　　考慮到視覺(jué)誘發(fā)電位的特性和SSVE

2、P信號(hào)自身的限制,本文引入了一種新穎的基于線性調(diào)頻信號(hào)(Chirp)的視覺(jué)誘發(fā)響應(yīng)范式,使用該范式能夠誘發(fā)出變頻視覺(jué)誘發(fā)電位(Chirp Stimuli Visual Evoked Potential,Chirp-VEP)。文中為研究基于Chirp-VEP的腦-機(jī)接口技術(shù),首先設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套基于FPGA的視覺(jué)刺激系統(tǒng),該系統(tǒng)具備多參數(shù)可調(diào)和支持在線應(yīng)用等功能;其次,利用多種時(shí)頻分析手段,包括短時(shí)傅立葉變換、小波變換、維格納分布和Chi

3、rplet變換對(duì)Chirp-VEP特性進(jìn)行了分析;再次,進(jìn)行了誘發(fā)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)研究以及離線驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),為在線系統(tǒng)搭建選擇符合人腦能夠被穩(wěn)定誘發(fā)出Chirp-VEP的閃爍刺激參數(shù)并模擬在線應(yīng)用場(chǎng)景。最后,根據(jù)離線實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化成果,建立了一套完整的在線系統(tǒng)并進(jìn)行了相關(guān)的任務(wù)實(shí)驗(yàn)。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:
　　(1)本研究搭建的基于FPGA硬件平臺(tái)的視覺(jué)刺激系統(tǒng)能夠滿足多指令Chirp-VEP的研究需求,也為后續(xù)的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)提供了一定的硬件基

4、礎(chǔ);
　　(2)通過(guò)對(duì)Chirp-VEP信號(hào)的時(shí)頻特性分析和分類效果分析,發(fā)現(xiàn)在13-19Hz頻帶、Chirp率在0.1-1Hz/s時(shí)能夠誘發(fā)出比較穩(wěn)定的Chirp-VEP;
　　(3)在線系統(tǒng)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示本系統(tǒng)對(duì)于單一基頻下四個(gè)不同Chirp率的在線識(shí)別正確率可達(dá)到97.8％,對(duì)于共計(jì)10個(gè)指令刺激的多基頻多Chirp率的在線識(shí)別正確率也可達(dá)到90%左右。
　　本研究表明基于Chirp-VEP的腦-機(jī)接口系統(tǒng)所