华东理工大学论文报告封面.doc

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1、.《控制科学与工程前沿讲座》题目脑机接口技术学院信息科学与工程学院专业控制科学与工程姓名郭红杰学号030130653教师侍洪波2014年1月6日Word资料.1、引言脑一机接口(Brain—ComputerInterface．BCI)技术形成于20世纪70年代(1973年，Vidal)。是一种涉及神经科学、信号检测、信号处理、模式识别等多学科的交叉技术。第一次BCI国际会议对BCI的定义是：“脑一计算机接口是一种不依赖于脑的IE常输出通路(外围神经和肌肉)．在人脑与计算机或其他电子设备之问建立的直接交流和控制通道的适时通讯系统”。随着人们对神经系统功能认识的提高和计算机技术的发展．BC

2、I技术的研究呈明显的上升趋势．成为生物医学工程、计算机技术、通信等领域一个新的研究热点。目前全球老龄化趋势越来越严重，我国也面临同样问题。据权威部门预测，2010年，中国60岁及以上老年人口将达到1.74亿，约占总人口的12.78％。其中，80岁以上老人将达到2132万，占老年人口总数的12.25％。全国老龄工作办公室提供的调查资料表明，60岁以上老年人在生命期内，平均有1/4左右时间处于肌体功能受损状态，需要不同程度的照料和护理。中国约有3250万老年人需要不同形式的长期护理，而我国目前为老年人提供服务的设施严重不足。同时，Word资料.由于各种灾难和疾病造成的残障人士也逐年增加，这

3、更加大了对服务设施的需求。目前许多发达国家采用服务机器人为老年人与残疾人士提供服务，提高他们的生活质量。但是由于大多数服务机器人与人的交互方式都是通过声音、按钮等传统方式，很多老年人及残障人士部分或完全丧失了自主控制肌肉的能力，甚至吞咽、说话都困难，这些人控制此类服务机器人的难度非常大。如何使这部分人群重新恢复对外部世界的控制能力以及与外部世界交流的能力，帮助他们重新返回现代社会是目前研究的热点。脑机接口技术为该问题的解决提供了一个良好的可选择方案。2、脑机接口的研究现状在过去的十几年中，脑机接口的研究群体迅速壮大。第一次和第二次脑机接口国际研讨会分别于1999和2002召开。第一次会

4、议有来自六个国家的22个研究组参加，第二次会议有来自北美、欧洲和中国的38个研究组参加。目前，世界上已经有很多家实验室实现了真正意义上的脑机接口，下面我们分别加以介绍。2.1视觉诱发电位(VisualevokedpotentialS，VEP)视觉诱发电位是人眼经过“集中注视”活动诱发大脑视觉皮层神经的特定电活动在头皮电位的反映。基于VEP的BCI系统依赖于使用者控制眼睛注视方向的能力。实验通过对操作者进行生物反馈训练，可获得稳定的视觉诱发响应(Steady-stateVEP，SSVEP)。Middendorf等开发了基于VEP的BCI系统，他们在屏幕上设置了几个以不同频率闪烁的按钮，使

5、用者注视其中的一个按钮，系统分析VEP的频率，如果匹配于某个按钮闪烁的频率，就可确定使用者希望选择的按钮。他们还利用SSVEP控制飞机模拟器，其准确率高达96％。Word资料.在我国，清华大学程明、高上凯教授带领的团队设计了基于SSVEP的环境控制系统，测试结果显示该系统能区分至少48个目标，并且已成功实现了对周围电子设备的控制。此外，他们还设计了基于SSVEP的电话拨号实验系统。此类BCI特点是：仅需很少的信号记录电极，且训练周期很短，只需适应视觉刺激信号。2.2事件相关电位P300P300是一种事件相关电位(ERP)，出现在事件发生后300ms左右，呈正向峰值。它反映了大脑对稀少事

6、件的认知，相关事件出现概率越小，所引起的P300越显著。Farwell和Donchin在1988年就利用P300设计虚拟打字机，后来经过不断改进，当满足80的准确率时，通信速度达到每分钟7.8个字符。Serby等设计的BCI采用了不同的信号处理方法也达到了92.1％的准确率（通信速度为每分钟5.45个字符）。使用者无需训练就可以产生P300，但它也可能随着事件发生变化。目前研制的BCI都是短期操作的，如果长时间操作的话，使用者会由于对小概率刺激的适应使产生的P300变得不显著而影响BCI的性能。因而，对于这类BCI而言具有自适应调节能力是非常重要的。2.3慢皮层电位(SlowCorti

7、ca1potentialS，SCPs)慢皮层电位是头皮记录EEG信号中频率最低的，其持续时间从几百毫秒到几十秒，是具有较大正负电位差异的低频脑电信号。健康人以及严重瘫痪病人通过生物反馈训练学习能够学会控制他们的SCPs，其电位在期望方向上的变化能获得明显增强。负的电位变化主要与神经元兴奋性的增加相关，而正的电位变化则与皮层活动减少相关。研究者们设计了一种称为“思想翻译器”(ThoughtWord资料.TranslationDevice，TTD)