基于Chirp-VEP的在線腦-機接口系統(tǒng)研究.pdf

1、腦-機接口是不依賴于人體正常神經(jīng)通路而使大腦與外界進行直接交流的通訊系統(tǒng)。在眾多的腦-機接口系統(tǒng)中,穩(wěn)態(tài)視覺誘發(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-機接口由于腦電信號頻帶有限和SSVEP自身諧波效應(yīng)的原因而無法擁有較大的輸出指令集,這也是其發(fā)展的瓶頸所在。
　　考慮到視覺誘發(fā)電位的特性和SSVE

2、P信號自身的限制,本文引入了一種新穎的基于線性調(diào)頻信號(Chirp)的視覺誘發(fā)響應(yīng)范式,使用該范式能夠誘發(fā)出變頻視覺誘發(fā)電位(Chirp Stimuli Visual Evoked Potential,Chirp-VEP)。文中為研究基于Chirp-VEP的腦-機接口技術(shù),首先設(shè)計并實現(xiàn)了一套基于FPGA的視覺刺激系統(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,利用多種時頻分析手段,包括短時傅立葉變換、小波變換、維格納分布和Chi

3、rplet變換對Chirp-VEP特性進行了分析;再次,進行了誘發(fā)優(yōu)化實驗研究以及離線驗證實驗,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)用場景。最后,根據(jù)離線實驗的優(yōu)化成果,建立了一套完整的在線系統(tǒng)并進行了相關(guān)的任務(wù)實驗。
　　實驗結(jié)果顯示:
　　(1)本研究搭建的基于FPGA硬件平臺的視覺刺激系統(tǒng)能夠滿足多指令Chirp-VEP的研究需求,也為后續(xù)的進一步開發(fā)提供了一定的硬件基

4、礎(chǔ);
　　(2)通過對Chirp-VEP信號的時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時能夠誘發(fā)出比較穩(wěn)定的Chirp-VEP;
　　(3)在線系統(tǒng)的測試實驗結(jié)果顯示本系統(tǒng)對于單一基頻下四個不同Chirp率的在線識別正確率可達到97.8％,對于共計10個指令刺激的多基頻多Chirp率的在線識別正確率也可達到90%左右。
　　本研究表明基于Chirp-VEP的腦-機接口系統(tǒng)所