基于脑电的群体脑功能成像方法及其在群体脑-机接口中的应用

Due to limitations of current functional brain imaging techniques, little is known about neural mechanisms of human group cognition in the field of cognitive neuroscience. Current studies in functional brain imaging focus on cognition and behavior of individuals, whereas neural mechanisms for information processing in social cognition have not been widely studied. Recently, with the rapid progress in the practical Electroencephalogram (EEG) technology, it is possible to study human brain functions in group cognition. Here we propose to develop a group functional brain imaging technique based on the simultaneous multi-subject EEG recordings, and further apply the technique to implement a group brain-computer interface (BCI) based on group collaboration. The proposed study consists of three tasks. The first task will focus on design and implementation of the EEG-based group functional brain imaging platform. The second task will study brain mechanisms related to group cooperation with the group EEG platform. The third task will develop a group BCI system with the group EEG platform.

受现有脑功能成像方法的限制，认知神经科学研究对群体认知的神经机制知之甚少。现有的脑功能成像大都以个体的认知行为为研究对象，而对大脑在群体活动中的信息处理机制的研究还未广泛开展。近些年，可实用化脑电技术的快速发展使群体脑功能的研究成为可能。本项目提出基于同步群体脑电采集和分析的“群体脑功能成像”方法，并用于实现基于群体协作的“群体脑-机接口”系统。本项目的研究内容分为以下三个任务：1. 群体脑功能成像平台的设计实现；2. 群体合作中的大脑机制研究；3. 群体脑-机接口的研究。

现有脑功能成像技术缺乏对群体脑活动监测的有效方法。近年来，可实用化脑电技术的快速发展使群体脑功能的研究成为可能。本项目提出并研究了基于脑电的群体脑功能成像方法及其在群体脑机接口中的应用，构建了基于同步群体脑电采集和分析的群体脑功能成像方法，并实现了基于群体脑电的群体脑机接口系统。本项目的研究重点包含群体脑电采集系统和群体脑机接口应用研究，具体内容涵盖了三个方面的工作：（1）群体脑电平台的设计实现，（2）群体脑电的分析方法研究，（3）群体脑机接口的应用研究。在群体脑电采集分析平台方面，本项目一方面实现了对多套多通道脑电系统的集成，搭建了实验室内的研究平台；另外一方面，构建了可容纳更多用户的无线可穿戴式群体脑电采集系统，均实现了群体脑电和外部事件的高精度同步采集。平台的实现为社会交互下的群体脑活动研究提供了新工具，也为群体脑机接口的构建提供了高效的平台。在群体脑电融合分析方法方面，结合个体脑电分析算法的开发，提高了群体脑电融合分析的效率，并针对脑机接口应用开发了提出了特征融合和决策融合的群体脑电融合算法。此外，构建了多个大样本的标准脑电数据集，用于集成学习和迁移学习等算法的开发测试。在群体脑机接口应用方面，开发了用于目标图像检测的多人协同式脑机接口系统，面向警觉度预警的群体脑状态监测系统，以及基于视觉诱发电位的多人脑电身份认证技术。基于本项目成果研发的群体脑机接口技术的推广应用将促进脑-脑通讯和脑联网等颠覆性技术的发展。