脑机接口概述专题培训课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
国内重庆大学何庆华等人一。设计了基于同频次复 合刺激方式的脑机接口系统。
9
清华大学脑机接口
用“思维”来控制电器开关和物体移 动，这种科幻电影里面的景象如今被 我国科学家通过“脑机接口技术”变 成了现实。
现在做的测试是用“思维”来拨打电 话。测试者只需盯着键盘上某个按不 同频率在闪烁的数字，电脑就会自动 把这个数字拨出来。
22Байду номын сангаас
目前比较著名的基于运动想象的BCI研究有 Wadsworth BCI, Berlin BCI, Graz BCI等
23
几个比较著名的脑-机接口
奥地利Graz理工大学 Pfurtscheller等人采用事件相关同步/去同步
电位作为BCI信号输入。在这套系统中，受 试者可以控制光标的移动。 视频
16
17
18
19
20
21
The data show that hand motor imagery induced in a significant mu ERD in all subjects, whereas foot and/or tongue motor imagery revealed a significant ERS in a number of subjects only. The most reactive frequency components varied between 9 and 14 Hz and are found at all central electrode positions and motor tasks.
当执行或仅仅是想象运动时，通常会伴随着 特定频率带能量的降低，这种现象被命名为 事件相关去同步（Event-related desynchronization，ERD）；相反的，运动 之后能量的增加则意味着事件相关同步（ Event-related synchronization，ERS）现象 的发生。
6
BCI分类
基于视觉诱发电位的BCI 基于P300信号的BCI 基于皮层慢电位的BCI 基于感知运动节律的BCI
7
基于视觉诱发电位的BCI
研究表明，当受到一个固定频率的视觉刺 激的时候，人的大脑视觉皮层会产生一个 连续的与刺激频率有关( 刺激频率的基频或 倍频处) 的响应。这个响应被称为稳态视觉 诱发电位( Steady-State Visual Evoked Potentials，SSVEP)，它可以可靠的应用 于脑-机接口系统( BCIs) 。
24
美国Wadsworth中心 Wolpaw等人训练受试者自由调节自身 节
律，并通过 节 律的变化来实现光标移动 、字母拼写和假肢控制等功能。由于灵活 控制自身 节 律变化比较困难，所以并不 是每个受试者都能学会使用这套装置。
25
德国Tübingen大学 Birbaumer等人设计了一个名为思想翻译器
脑机接口概述
研究背景
肌萎缩性脊髓 侧索 硬化症
脑中风 脑或脊髓损伤 脑瘫 其他疾病
2
脑-机接口的定义
脑机接口（英语：brain-computer interface， 简称BCI；有时也称作direct neural interface或 者brain-machine interface），是在人或动物脑 与外部设备间创建的直接连接通路。
14
基于感知运动节律的BCI
运动感知节律由 和 节律组成，它们是 脑活动位于 频带（7-13赫兹）， 频带（ 13-30赫兹）的波动。
大脑的活动和运动任务相关的时候，感觉 运动节律会发生改变，更为重要的是，仅 仅是进行运动想象也会反应在感觉运动节 律的变化当中。
15
事件相关去同步/同步
不依赖于脑的正常输出通路(外周神经系统及肌肉 组织)的脑-机(计算机或其它装置)通讯系统。
3
第一章 绪论----研究背景
4
BCI的基本构成
信号 采集
信号 预处理
特征 提取
分类
外部 设备
5
脑电记录方法
功能核磁共振（fMRI） 近红外线成像（fNIR) 脑磁图(MEG） 正电子发射断层成像 （PET） 脑电图（EEG）
12
13
基于皮层慢电位的BCI
皮层慢电位（SCP）是持续时间为几百毫 秒到几秒的皮层电位变化，是脑电信号中 从300毫秒持续到几秒钟的大的负电位或正 电位，能反映皮层I和II层的兴奋性，被试通 过反馈训练学习，可以自主控制SCP幅度 产生正向或负向偏移。
健康人可以经过训练控制大脑中慢皮层电 位的变化，平静时为正向，进行某种心理 活动时为负向，这被称为慢皮层电位的自 调整。
10
11
基于P300信号的BCI
ERP是人类受到某种外界刺激或进行特殊心理活动时，因 脑神经元活动而产生的特定EEG变化．P300一ERP是由 小概率事件(视觉、听觉、触觉等形式)诱发的一种ERP， 因对应于事件发生约300毫秒后EEG中的一个正电位波形 而得名．基于P300电位的BCI利用特定的事件刺激序列， 诱发使用者的P300电位，通过P300的发生时刻来判断用 户的意识活动．这种类型的BCI特别适合从多个选项中选 择一个目标的操作
（Thought Translation Device，TTD）的 装置，通过慢皮层电位的变化来实现对外 界的控制，使用视觉反馈，实现了字母拼 写等功能。
26
美国伊利若斯大学
Farwell和Donchin采用P300诱发电位作为 BCI信号输入。在计算机显示屏上显示一个 6´6包含36个字母的格子，使用者要求选择 一个特定字母，每行和每列都在闪烁，频率 为10Hz，计算对每行和每列闪烁的平均反应 ，测量P300幅值。对包含特定字母的行和列 的反应幅度最大，根据这个特性就可以从 P300诱发电位中“找到”特定字母。
8
目前使用较多的是ssVEP，典型的研究机构有美国 wright Patterson空军基地和清华大学。
wrightPatterson空军基地的McMillan和Calhoun对 SSVEP进行了研究，并利用SSVEP实现了对飞行模 拟器的控制。
国内清华大学在VEP这方面取得了一定的成绩，开 发了基于ssVEP的BCI系统，该系统能够通过脑电信 号控制空调和电视，甚至启动语音播放器和拨打电 话等；他们又利用VEP成功开发出一套“脑控电话 拨号系统”。
9
清华大学脑机接口
用“思维”来控制电器开关和物体移 动，这种科幻电影里面的景象如今被 我国科学家通过“脑机接口技术”变 成了现实。
现在做的测试是用“思维”来拨打电 话。测试者只需盯着键盘上某个按不 同频率在闪烁的数字，电脑就会自动 把这个数字拨出来。
22Байду номын сангаас
目前比较著名的基于运动想象的BCI研究有 Wadsworth BCI, Berlin BCI, Graz BCI等
23
几个比较著名的脑-机接口
奥地利Graz理工大学 Pfurtscheller等人采用事件相关同步/去同步
电位作为BCI信号输入。在这套系统中，受 试者可以控制光标的移动。 视频
16
17
18
19
20
21
The data show that hand motor imagery induced in a significant mu ERD in all subjects, whereas foot and/or tongue motor imagery revealed a significant ERS in a number of subjects only. The most reactive frequency components varied between 9 and 14 Hz and are found at all central electrode positions and motor tasks.
当执行或仅仅是想象运动时，通常会伴随着 特定频率带能量的降低，这种现象被命名为 事件相关去同步（Event-related desynchronization，ERD）；相反的，运动 之后能量的增加则意味着事件相关同步（ Event-related synchronization，ERS）现象 的发生。
6
BCI分类
基于视觉诱发电位的BCI 基于P300信号的BCI 基于皮层慢电位的BCI 基于感知运动节律的BCI
7
基于视觉诱发电位的BCI
研究表明，当受到一个固定频率的视觉刺 激的时候，人的大脑视觉皮层会产生一个 连续的与刺激频率有关( 刺激频率的基频或 倍频处) 的响应。这个响应被称为稳态视觉 诱发电位( Steady-State Visual Evoked Potentials，SSVEP)，它可以可靠的应用 于脑-机接口系统( BCIs) 。
24
美国Wadsworth中心 Wolpaw等人训练受试者自由调节自身 节
律，并通过 节 律的变化来实现光标移动 、字母拼写和假肢控制等功能。由于灵活 控制自身 节 律变化比较困难，所以并不 是每个受试者都能学会使用这套装置。
25
德国Tübingen大学 Birbaumer等人设计了一个名为思想翻译器
脑机接口概述
研究背景
肌萎缩性脊髓 侧索 硬化症
脑中风 脑或脊髓损伤 脑瘫 其他疾病
2
脑-机接口的定义
脑机接口（英语：brain-computer interface， 简称BCI；有时也称作direct neural interface或 者brain-machine interface），是在人或动物脑 与外部设备间创建的直接连接通路。
14
基于感知运动节律的BCI
运动感知节律由 和 节律组成，它们是 脑活动位于 频带（7-13赫兹）， 频带（ 13-30赫兹）的波动。
大脑的活动和运动任务相关的时候，感觉 运动节律会发生改变，更为重要的是，仅 仅是进行运动想象也会反应在感觉运动节 律的变化当中。
15
事件相关去同步/同步
不依赖于脑的正常输出通路(外周神经系统及肌肉 组织)的脑-机(计算机或其它装置)通讯系统。
3
第一章 绪论----研究背景
4
BCI的基本构成
信号 采集
信号 预处理
特征 提取
分类
外部 设备
5
脑电记录方法
功能核磁共振（fMRI） 近红外线成像（fNIR) 脑磁图(MEG） 正电子发射断层成像 （PET） 脑电图（EEG）
12
13
基于皮层慢电位的BCI
皮层慢电位（SCP）是持续时间为几百毫 秒到几秒的皮层电位变化，是脑电信号中 从300毫秒持续到几秒钟的大的负电位或正 电位，能反映皮层I和II层的兴奋性，被试通 过反馈训练学习，可以自主控制SCP幅度 产生正向或负向偏移。
健康人可以经过训练控制大脑中慢皮层电 位的变化，平静时为正向，进行某种心理 活动时为负向，这被称为慢皮层电位的自 调整。
10
11
基于P300信号的BCI
ERP是人类受到某种外界刺激或进行特殊心理活动时，因 脑神经元活动而产生的特定EEG变化．P300一ERP是由 小概率事件(视觉、听觉、触觉等形式)诱发的一种ERP， 因对应于事件发生约300毫秒后EEG中的一个正电位波形 而得名．基于P300电位的BCI利用特定的事件刺激序列， 诱发使用者的P300电位，通过P300的发生时刻来判断用 户的意识活动．这种类型的BCI特别适合从多个选项中选 择一个目标的操作
（Thought Translation Device，TTD）的 装置，通过慢皮层电位的变化来实现对外 界的控制，使用视觉反馈，实现了字母拼 写等功能。
26
美国伊利若斯大学
Farwell和Donchin采用P300诱发电位作为 BCI信号输入。在计算机显示屏上显示一个 6´6包含36个字母的格子，使用者要求选择 一个特定字母，每行和每列都在闪烁，频率 为10Hz，计算对每行和每列闪烁的平均反应 ，测量P300幅值。对包含特定字母的行和列 的反应幅度最大，根据这个特性就可以从 P300诱发电位中“找到”特定字母。
8
目前使用较多的是ssVEP，典型的研究机构有美国 wright Patterson空军基地和清华大学。
wrightPatterson空军基地的McMillan和Calhoun对 SSVEP进行了研究，并利用SSVEP实现了对飞行模 拟器的控制。
国内清华大学在VEP这方面取得了一定的成绩，开 发了基于ssVEP的BCI系统，该系统能够通过脑电信 号控制空调和电视，甚至启动语音播放器和拨打电 话等；他们又利用VEP成功开发出一套“脑控电话 拨号系统”。