视觉刺激下基于认知任务的时频特征信息的脑机接口研究

基于脑电脑机接口技术提供了一种可以将大脑与计算机或其它电子设备之间建立直接交流的方法。脑机接口能够帮助丧失信息交流能力的脑瘫患者重建与医护人员、家人等的信息交流通道,对配合康复治疗，争取重返美好生活具有重要的意义。当大脑进行特殊的认知活动（任务）时，可以在相关脑区发现脑电信号的某种规律变化。这种规律的变化可以被现代的信号处理方法检测并提取,用来控制信息交流系统。因此本项目拟提出一种视觉刺激下，基于认知任务引发多种时频域脑电特征成分的文字拼写信息交流脑机接口范式。利用联合的多特征成分提高特征信号信息量，提高识别率，实现少次提取，进而提高脑-机接口性能。在研究中探讨大脑处理特定认知任务对P300和晚正成分等认知成分特征变化的规律；探讨认知任务对脑电事件相关去同步化/同步化节律波段上能量变化规律; 并初步探讨脑瘫患者在训练-反馈机制作用下运用认知活动（任务）进行信息交流和辅助康复治疗的模式。

基于脑电脑机接口技术提供了一种可以将大脑与计算机或其它电子设备之间建立直接交流的方法。脑机接口能够帮助丧失信息交流能力的脑瘫患者重建与医护人员、家人等的信息交流通道,对配合康复治疗，争取重返美好生活具有重要的意义。.当大脑进行特殊的认知活动时，可以在相关脑区发现脑电信号的某种规律变化。这种规律的变化可以被现代的信号处理方法检测并提取,用来控制信息交流系统。因此本项目提出一种视觉刺激下，利用大脑处理特定认知任务（心算任务）时能有效激活相关脑区和响应信号的特性，进而增强脑电特征的脑-机接口范式。通过设计三种心算认知任务实验范式，分析了不同实验范式对事件相关电位主要成分P300等特性的影响。利用格兰杰因果关系分析方法探讨设计的心算任务在不同频段上脑网络功能连接特点。从而检验不同难度心算任务对ERP特征成分影响的效果，结果表明基于心算任务的脑机接口范式能激活相关脑区、增强特征信号的特征。.目前基于多种脑电或其他生理信号的联合脑-机接口成为一个发展方向。因此本研究提出了一种基于SSVEP和P300联合脑-机接口系统范式模型的设计。通过设计的3×3和6×6字符矩阵，矩阵中纵列的字符按同一频率调制闪烁诱发SSVEP，处于横行的字符行随机蓝色框架诱发P300。结果表明时域上有明显P300被诱发，判别目标字符所在行；在频域上，有明显SSVEP信号特征被诱发，判别目标字符所在列，行列交叉，识别目标字符所在位置，达到与外界交流的目的。.此外本研究还提出一种新型的基于SSVEP和MVEP的联合脑机接口范式。在靶刺激出现时，顶-颞叶区上诱发出明显的时域MVEP特征成分n200电位；频域上枕区诱发出与目标字符闪烁频率对应的SSVEP；结果显示，联合范式在分类正确率及信息传输速率上均优于单一范式，并且当目标字符选择次数为3次以上，联合范式的正确率达90%以上。.综上本研究提出多种新型系统范式。实验结果表明，提出的系统范式能增强特征信号识别率，从而提高系统性能，为构建高效脑-机接口系统范式提供有力的理论保证和技术支持。