基于P300的脑机接口概述

基于P300的脑-机接口概述

一、P300电位

1.什么是P300

所谓P300是当视觉受到外界特殊刺激时会脑电信号出现一个波峰。其峰值大约出现在相关事件发生后的300ms。P300 电位是脑- 机接口中经常使用的信号,是事件相关电位的一种。P300电位的产生主要依赖于人对某种刺激的反应而不依赖身体状况，通常由包含靶刺激的小概率事件和非靶刺激的大概率事件的刺激序列（oddball paradigm）诱发。

2.P300的两个基本条件

1)相关事件。

2)小概率。P300波的标志性特点是它对靶概率的敏感性。靶概率越低，P300振幅就越大，

二、基于P300的BIC系统的研究

1.刺激与实验过程

实验1

用于诱发P300的Oddball刺激序列如图1所示，目标行，目标列选择过程示意如图2所示。

图1

图2

受试者位于计算机前面对屏幕给出的Oddball刺激序列，为6行6列的字符矩阵排列。屏幕显示适当的色彩和强度，背景色为黑色，字符以白色显示。

刺激的产生是通过随机地加亮字符矩阵的某一行或某一列，一次实验循环是6行及6列均加亮一次，实验要求受试者集中注意他要注视的字符。当包括他要注视的字符的行或列加亮时，此为靶刺激，要求受试者对此进行反应，予以计数。

小概率出现的靶刺激可以诱发P300，如果确定P300出现时刻对应的靶刺激（属于哪一行哪一列）出现的时刻，便可以确定出受试者所注视的字符，从而达到交流的目的。

实验2

5 个十字线表示5 种选择, 受试者只关注其中的一个。在实际应用中, 这5 个选择可以表示

5 种命令。实验开始后，首先有一个实验准备期，然后一个特定的对象会在这5 个十字线上以随机的顺序连续出现，相临两次对象的出现间隔一定时间。当目标刺激出现时, 受试者通过心里计数来产生响应。

数据记录采用5个导联，分别是T 7、T 8、Cz、Pz 和Oz。参考电极被放置在头顶附近, 为系统的标准设置。

2.采集系统的设计

3.基于P300的BIC系统信号处理

●特征提取

1)快速傅里叶变换

2)连续小波分析

3)主成分分析

4)独立成分分析

5)公共空间模式

●分类

1)线性判别分析

2)Fisher判别分析

3)K临近

4)支持向量机

●处理

先对采集的信号滤波处理。采用偏离头顶的T 7 和T 8 两个电极的平均值作为新的参考。每个刺激出现后持续500ms 的数据段被提取，3 个导联( Cz, Pz, Oz) 的平均数据被用来作进一步分析。

三、应用

可用于辅助诊断认知功能损害性疾病，评估病程，疗效等医疗领域；还可以用于测谎和研究人类的智商；近些年来，用于辅助驾驶成为研究的热点。

四、优点和不足

P300 电位应用于脑- 机接口有2 个明显的优势：

首先是受试者不需要进行训练即可诱发出P300 电位;

其次是由于P300 的延迟很短, 所以单次实验的时间也可以很短。

缺点：脑机接口的信息转换速度与实时控制的要求还相差甚远。