脑机接口实验报告

脑机接口实验报告

1、实验目的

1、了解脑电信号（EEG）的基本特征、采集方法及检测分析与识别的技术难点；

2、了解EEG在神经义肢手、机械臂、实验小车等控制中的应用研究进展；

3、理解脑机接口的概念、发展历程及相关应用；

2、实验内容

1、了解脑机接口实验的相关理论知识；

2、进行脑机接口实验，控制机械臂做出以一系列运动，控制实验小车的运转，还有控制神经义肢手做出动作反应；

3、了解相关实验设备，并进行现场答疑，深入了解脑机接口的前沿动态。

三、实验设备及工具

EEG测量系统，PC机及其相关采集分析软件，电极帽，放大器，其他装置如义肢，机械臂，小车。

四、实验系统组成

实验系统构成见图1，主要由EEG 精密检测系统、脑电信号的特征提取与模式识别和驱动控制三部分组成。

3、实验过程及结果

实验1：脑机接口控制神经义肢手

（1）实验过程：

1 先在实验者头部安装好EEG信号采集的电极装置，用以直接采

集实验者头皮信号。实验中，要求被试者注视上、下、左、右四幅不同频率的图形，当受试者受到不同闪烁频率的刺激后，会产生不同的脑电信号；

2 每注视一次，收集到的脑电信号经过滤波、放大等预处理后，

再经过对处理后的信息进行特征提取和模式识别，输送到控制系统；

3 通过频率特性的不同对信号进行分类，并将其转化为相应的控

制指令进而控制神经义肢手的运动，包括手的转动、张开和抓取。

实验过程中取图如下图2所示。

图2 脑机接口控制神经义肢手

（2）实验结果：在脑机接口试验系统运行后，我们看到受试者注视上、下、左、右四幅不同频率的图形时，实现了控制神经义肢手的转动、张开和抓取。但也许是由于受到受试者心情的影响，受试者注视其中一个图形时，信号特征提取和模式识别受到相应的影响，导致这个图形判断错误。

实验2：脑机接口控制机械臂

（1）实验过程：

1 先在实验者头部安装好EEG信号采集的电极装置，用以直接采

集实验者头皮信号。实验中，被试者在运动想象的同时配以相

应的手的动作，即在显示屏前画圆，同时屏幕也画出该动作的

轨迹，目的是增强EEG信号，信号采集装置采集受试者产生的

EEG信号；

2 收集到的脑电信号经过滤波、放大等预处理后，再经过对处理

后的信息进行特征提取和模式识别输送到控制系统；

3 控制系统将这些信号转化为相应的控制指令进而控制机械臂的

运动，实现机械臂执行相应的动作。

图3 实验人员佩戴电极帽图

（2）实验结果：在脑机接口实验系统运行后，我们看到受试者在显示屏前画了几个圆，随后机械臂开始运行，按照显示屏上所示的图形画圆，实现了EEG较精准的控制机械臂的实验目的。再一次验证了基于脑机接口驱动机械臂是可行的，而且准确性高。

实验3：脑控移动小车实验

（1）实验过程：此外，观看了师兄播放的关于控制移动小车的实验视频，该实验分别通过采集分析脑电信号和眼电信号实现对小车运动的控制。实验步骤如下：

1 受试者在运动想象的同时配以相应的指令，发出向前、向

后、向左、向右的指令，这些指令又会刺激产生不同的脑电

信号，收集到的脑电信号经过预处理后，再对处理后的信息

进行特征提取和模式识别，输送到控制系统；

2 不同的信号进而转化为相应的控制指令，实现对移动小车的

控制。

3 此外，还做了对比实验，即使用眼电信号控制小车的移动，

此时，就要把电极置于眼部的周围以采集眼电信号，由于眼

球的不同运动产生的信号不同，进而可以对采集及处理后的

眼电信号进行特征提取和识别，并发出控制指令以控制小车

运动。

图4 实验小车

（2）实验结果：实验中，我们看到，当受试者发出向前、向后、向左、向右的指令后，受控小车执行了相应的动作，实现了脑控移动小车。

4、实验感想及未来工作展望

在本次实验中，实验人员可以通过脑电波的活动，经计算系统的信号采集和放大作用，进行机械臂的操作，实验小车的运转以及机器人手臂的活动。这些是我在实验中所见到的一些运用，在实际生活中，它的应用是非常广泛的，有很大的发展潜能，可以应用于医疗、生物等领域，且现在发达国家在这方面都投入大量的人力物力，理所应当，我们也不能落后。实验的顺利完成，让我想起了电影里某些不可思议的情节并不是完全不可实现的，虽说离那些天马行空的未来设想还有一定的距离，但是这已经让我感受到人们的无穷智慧，以及向未来进发的实际过程，且坚定了我投身于科研的信念。