面向脑-机接口的信号采集与处理关键技术

脑-机接口是指在大脑和外部环境之间建立的一种直接的交流和控制通道。它在医疗、康复、人体功能再造等众多领域有着广泛的应用前景和重要意义。本项目研究面向脑-机接口的信号采集与处理关键技术。重点研究：高性能头皮脑电信号采集技术；数据无线信号传输；高效的多通道脑电处理算法；基于视觉的脑机接口数据分析方法。此外，构建脑机接口数据库和研究在线测试方案，以及在相关的工程技术的研究。

在目前脑-机接口从实验室演示走向日常实际应用的实用化过程中仍然有一系列问题需要解决，包括系统稳定性、易用性、收益成本比优化、模块标准化等。针对上述问题，课题从脑机接口系统实用化的角度出发，重点研究:高性能头皮脑电信号采集技术；脑电数据无线信号传输；高效的多通道脑电处理算法;基于视觉的脑机接口数据分析方法。设计并实现了优化脑电信号采集、提高系统集成度的关键技术，并在典型脑-机接口系统平台上验证了所提出的系统设计方案的可行性。课题依据计划完成可任务，发表论文14篇，其中SCI论文6篇，申请发明专利5项。主要进展如下：.1、研制了多通道专用脑电采集系统，本系统设计方案具有较少的元器件数目和电路板面积，能够有效提高系统动态范围，可通过软件灵活改变系统频带等特点。适用于医院和科研机构对患者进行常规脑电图、脑电地形图检测，以及结合听、视觉刺激、体感神经刺激来测量生物电信号，进行神经电生理辅助诊断。从而为设计实用的脑-机接口系统提供了良好的基础。建立开放型通用脑-机接口性能测试分析平台,为算法研究人员、应用系统开发人员、神经科学研 究者开放的基础平台。.2、脑机接口系统研究：字符输入是脑机接口的一个重要的应用方向，项目提出了交叉调制频率的脑机接口系统和利用新颖的采样正弦波刺激方法解决了显示器产生的刺激频率有限的问题。该系统在普通的LCD显示器上利用新颖的采样正弦波方式，以0.2Hz的频率间隔在不到10Hz的频带内精确地产生了45个不同频率的刺激目标，实现了目前最高速度的脑机接口系统，平均正确率达84.1%，平均ITR达105 bits/min。我们将肌电与脑电进行混合，取各自的优势之处，实现肌电脑电混合人机交互系统。.3、基于脑机接口的脑电分析方法： 提出多通道脑电中事件相关电位的贝叶斯估计方法。提出了基于重采样差分和SIM的MMN波形提取算法；改进视觉刺激的调制方法和提高信息传输率等性能研究。提出将稳态视觉诱发电位和伪随机编码调制视觉诱发电位两种视觉刺激范式相结合的混合模式脑-机接口。 心理旋转想象运动加工的事件相关脑电震荡。通过Hermite滤波器，有效地分析了SSVEP信号包络及ERP信号Alpha频带包络，发现SSVEP包络在Stroop任务出现后有明显的下降，Alpha频带总包络刺激后的变化与刺激前的水平有关。.4、脑电样本数据库：建立了SSVEP脑机接口的脑电样本数据