脑机接口系统中脑电信号特征提取与分类

脑机接口技术综述

脑机接口技术的研究综述 摘要 脑机接口( Brain- Computer Interface, BCI)是在大脑和计算机或其他电子设备之间建立的不依赖于常规大脑信息输出通路(外周神经和肌肉组织)的一种全新通讯和控制技术。脑机接口作为当前神经工程领域中最活跃的研究方向之一，在生物医学、神经康复和智能机器人等领域具有重要的研究意义和巨大的应用潜力，近10年来，脑机接口技术得到了长足的进步和飞速的发展，应用领域也在逐渐扩大。本文概述了基于脑电信号( EEG )的BCI系统的组成和基本原理、涉及的关键技术和研究现状, 最后分析了脑-机接口技术目前存在的问题与应用前景。 关键词：脑机接口；脑电信号；特征提取；特征分类 一、引言 脑机接口是一种不依赖大脑外周神经与肌肉正常输出通道的控制系统，通过采集和分析人脑生物电信号，在人脑与计算机或其他电子设备间建立起直接交流和控制的通道，这样人就可以直接通过大脑来表达意愿或操纵设备，而不需要语言或肢体的动作[1-2]。研究和发展脑机接口技术可以帮助肌肉萎缩、脊髓损伤等神经肌肉方面的患者以及交流障碍者有效地完成对外界交流和控制[3]。 脑机接口技术形成于20世纪70年代，是一门涉及纳米技术、生物技术、信息技术、心理认知科学、计算机科学、生物医学工程和应用数学等多学科的交叉技术，20多年来，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，BCI 技术的研究呈明显的上升趋势，特别是1999年和2002年两次BCI国际会议的召开为BCI技术的发展指明了方向。目前,BCI技术已引起国际上众多学科科技工作者的普遍关注，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。BCI技术的核心是把用户输入的脑电信号转换成输出控制信号或命令的转换算法。BCI研究工作中相当重要的部分就是调整人脑和BCI系统之间的相互适应关系，也就是寻找合适的信号处理与转换算法,使得神经电信号能够实时、快速、准确地通过BCI系统转换成可以被计算机识别的命令或操作信号。BCI技术的发展目前还存在着很多问题，有待于更多的科技工作者致力于深入的研究。为促进BCI 技术的发展，本文在查阅有关资料的基础上，对BCI的原理、结构做了较为详细的综述，并对其应用前景、存在的问题以及评价标准进行了探讨

脑与认知科学

脑与认知科学的区别 脑科学和认知科学都是智能科学与技术的重要组成部分。脑科学从分子水平、细胞水平、行为水平研究自然智能机理，建立脑模型，揭示人脑的本质。认知科学是研究人类感知、学习、记忆、思维、意识等人脑心智活动过程的科学。 一．本质上的区别 脑科学是智能科学的本质基础。大脑是人类的核心，是人类高级于其他物种的本质所在，是人类智能的发源地。众所周知，人们的一切思维、行为都受到了脑的控制。在平时的生活中，我们需要使用大脑，让它来支配我们完成各种事务。脑科学的研究是为了赋予机器与人类相近的智能系统，所以要想让机器更好的服务于人类，我们必须要着手于大脑的探究。? 认知科学是智能科学与技术的中间体。诺贝尔奖的得主弗兰西斯?克里克在其著作《惊人的假说——灵魂的科学探索》中提出“人的精神活动完全由神经细胞、胶质细胞的行为和构成及影响它们的原子、离子和分子的性质所决定”。因此建立认知科学的激励的一个更深刻的原因是，人们要深入研究人自己的大脑和精神世界。顾名思义，认知科学是研究人认识和适应周围世界的过程以及与认知过程有关的神经系统及大脑的机理，人类感知和思维信息处理过程的科学。作为智能科学的中间体，它以脑科学研究为基础，同时也反作用于脑科学，并未智能科学的应用提供了重要的基础。 二．研究内容的区别

人类从三个不同层面全面的研究大脑。第一个层面是生物学家和精神网络专家的战场，第二个层面是脑波技术专家和系统论专家的战场，第三个层面是哲学家和物理学家的战场。脑科学涉及的研究范围很广，主要有以下几方面。 1.脑科学研究的一个重要方面是对神经网络复杂构建中的单 个元件神经元以及神经元通信问题的研究。 2.脑科学对有关学习、记忆、语言、思维等高级神经活动的 机制的研究。 3.发育神经生物学的研究是脑研究的一个重要领域。 4.脑高级功能的研究。主要包括：感觉整合与认知的形成机 理；脑高级功能的功能定位及其动态变化过程与机理；大 脑神经网络功能连接属性及其动态分析等。 5.脑科学的研究是实现超极人工智能的必要前提。脑科学从 分子水平、细胞水平、行为水平和整体水平对脑功能和疾 病进行综合研究，并从脑的发育过程了解脑的构造和工作 原理。 认知科学研究目标旨在探索智力和智能本质，建立认知科学和新型智能系统的计算理论，解决对认知科学和信息科学具有重大意义的若干理论基础和智能系统实现的关键技术问题。 下面对认知科学的研究方面进行总结。 1.学习与记忆过程的信息处理 2.思维、语言认知问题

脑机接口技术综述

脑机接口技术综述 标准化文件发布号：（9312-EUATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-

脑机接口技术的研究综述 摘要 脑机接口( Brain- Computer Interface, BCI)是在大脑和计算机或其他电子设备之间建立的不依赖于常规大脑信息输出通路(外周神经和肌肉组织)的一种全新通讯和控制技术。脑机接口作为当前神经工程领域中最活跃的研究方向之一，在生物医学、神经康复和智能机器人等领域具有重要的研究意义和巨大的应用潜力，近10年来，脑机接口技术得到了长足的进步和飞速的发展，应用领域也在逐渐扩大。本文概述了基于脑电信号( EEG )的BCI系统的组成和基本原理、涉及的关键技术和研究现状, 最后分析了脑-机接口技术目前存在的问题与应用前景。 关键词：脑机接口；脑电信号；特征提取；特征分类 一、引言 脑机接口是一种不依赖大脑外周神经与肌肉正常输出通道的控制系统，通过采集和分析人脑生物电信号，在人脑与计算机或其他电子设备间建立起直接交流和控制的通道，这样人就可以直接通过大脑来表达意愿或操纵设备，而不需要语言或肢体的动作[1-2]。研究和发展脑机接口技术可以帮助肌肉萎缩、脊髓损伤等神经肌肉方面的患者以及交流障碍者有效地完成对外界交流和控制[3]。 脑机接口技术形成于20世纪70年代，是一门涉及纳米技术、生物技术、信息技术、心理认知科学、计算机科学、生物医学工程和应用数学等多学科的交叉技术，20多年来，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，BCI技术的研究呈明显的上升趋势，特别是1999年和2002年两次BCI国际会议的召开为BCI技术的发展指明了方向。目前,BCI技术已引起国际上众多学科科技工作者的普遍关注，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。BCI技术的核心是把用户输入的脑电信号转换成输出控制信号或命令的转换算法。BCI研究工作中相当重要的部分就是调整人脑和BCI系统之间的相互适应关系，也就是寻找合适的信号处理与转换算法,使得神经电信号能够实时、快速、准确地通过BCI系统转换成可以被计算机识别的命令或操作信号。BCI技术的发展目前还存在着很多问题，有待于更多的科技工作者致力于深入的研究。为促进BCI技术的发展，本文在查阅有关资料的基础上，对BCI的原理、结构做了较为详细的综述，并对其应用前景、存在的问题以及评价标准进行了探讨。

脑与认知(自己总结)

第一章 1.智能科学与技术是由脑科学（brain science）、认知科学（cognition science）、人工智能（artificial intelligence）等学科组成的交叉学科。 2.NBIC会聚技术：纳米科技（Nano-technology）、生物科技（包括生物制药和基因工程）（biotechnology）、信息科技（包括先进计算机与通信）（informational technology）、认知科学（包括认知神经科学）（cognition science）。其简化英文的联式为（Nano-Bio-Info-Cogintion），缩写NBIC。NBIC会聚技术代表着研究与开发新的前沿领域，其发展将显著改善人类生命质量，提升和扩展人的技能。（名词解释） 3.脑科学是研究人脑的结构与功能的综合性学科。 4.现代脑科学的研究有两个大的潮流：一是从细胞乃至分子的水平入手，由基础向上，把功能与结构研究结合起来，即所谓的bottom-up，二是从整体入手，用系统的观点，在整体水平以及整体各部分之间的相互联系和相互作用中，逐渐向下深入，逼近脑研究的答案，称为top-bottom。（什么是自上而下驱动？什么是自下而上驱动？） 5.脑与认知科学的研究实验方法：（简答题） （1）脑电图与脑功能成像技术（EEG）通过在头皮表面记录大脑内部的电活动情况而获得脑电图（治疗脑血管） （2）功能性磁共振成像技术（FMRI）局部神经元兴奋将引进该区域的血流量的增加，而血液中含有氧和葡萄糖，FMRI能检测到大脑的功能性氧的消耗变化情况，清晰地显示高活动量区域的三维图像（空间分辨率1mm、实时跟踪信号的改变、时间分辨率1s） （3）正电子发射断层摄影技术（PET）根据正电子的检测而获得有关大脑活动的信息的实验技术（肿瘤、冠心病） （4）脑磁图（MEG）运用一个超导量子干扰装置来测量闹电活动的磁场变化 （5）事件相关电位（ERP）是与实际刺激或预期刺激有固定时间关系的脑反应所形成的一系列脑电波，利用ERP的固定时间关系，经过计算机的叠加处理，提取ERP成分，在评估某些认知活动的时间特点上尤为有效。 6.认知科学对于认知现象的研究，按方法论大体可以归结为三种：认知内在主义方法，认知外在主义方法和认知语境主义方法。 第二章 1.脑和脊椎一样，是中枢神经系统的一部分，而脑又由端脑（大脑的基底神经节）、间脑、中脑、脑桥、延髓和小脑构成。脑干包括中脑、脑桥和延髓三部分。 2.人类大脑的三个组成部分：大脑皮层、大脑边缘系统、脑干。 3.左半脑主要具有语言、分析、计算、抽象、逻辑、对时间感觉等思维功能；右半脑具有表象、综合、直观、音乐、对空间知觉和理解等思维功能。在思考方式上，左半球是垂直的、连续的、因果式的；右半球是并行的、发散的、整体式的。（简答题） 4.神经系统是由中枢神经系统和周围神经系统两部分组成。脑和脊髓构成中枢神经系统，脑神经、脊神经和内脏系统（自主神经系统）组成周围神经系统。周围神经系统一端与脑或脊髓相连，另一端通过各种末梢与身体各器官、系统相联系。（名词解释） 5.事件相关脑电位技术（ERP）：凡是外加一种特定的刺激，作用于感觉系统或脑的某一部位，在给予刺激或撤销刺激时，在脑区所引起的电位变化。这种电位变化是人类身体或心理活动与时间相关的脑活动，可在头皮表面记录到，并以信号过滤和叠加的方式从脑电图中分离出来。（名词解释）

脑机接口技术研究概述

网络与通信信息技术与信息化 26 2008年第6期 脑机接口技术研究概述 A R ev ie w of B ra i n-Co mputer Interface T echnology 朱文明* 高 诺** Z H U W en-m in g GAO N uo 摘 要 脑机接口(B rai n-Co m puter Interf ace,BC I)是在人脑和外界之间建立不依赖于常规大脑信息输出通路(外周神经和肌肉组织)的一种通讯系统。本文概述了基于脑电信号(EEG)的BC I技术的基本原理、研 究方法、类型、研究现状,并分析了目前存在的问题与应用前景。 关键词 脑机接口 脑电信号 人机接口 Abstract Bra i n-Co m puter Inte rface(BC I)is a comm un i cati on syste m in wh i ch messages or comm ands that an i nd i v i dua l sends to the ex terna lwo rl d do no t pass through the brai n s no r m al outpu t path w ays(periphera l nerves and m usc l es).Th is pape r su mm ar ized the basi c pri nc i ple,researchm e t hods,class ifi cati on and status,the proble m s in current stud i es and the d irec tion for future i nvesti gation are ana lyzed. K ey word s B ra i n-co m pute r i n terface E l ec troencepha l og raph signa l s H u m an-compu ter i nterface 对严重神经或肌肉伤残患者来说 直接用大脑控制装置是不可能的 ,但是近年来随着脑科学、计算机科学、信号处理技术的飞速发展以及残疾患者的需求意识的不断提高,一项被称作脑机接口(B ra i n-Computer Interface,BC I)的技术正在逐步使得人类利用脑信号同计算机或其他装置进行通讯成为可能。脑机接口技术是人脑与计算机或其他电子设备之间建立的直接的交流和控制通道。通过这种通道,人就可以直接通过脑来表达想法或操作其他设备,而不需要通过语言或肢体的动作,是一种全新的通讯和控制方式[1-3]。这对肢体残缺的人来说有着极其重要的 *山东建筑大学现代教育技术中心 济南 250014 **山东建筑大学信息与电气工程学院 济南 250101意义。因此对于脑机接口的研究是近年来康复医学研究的一个热点。脑机接口技术是一门涉及神经学、心理认知科学、康复工程、生物医学工程和计算机科学等多学科的交叉技术。 要想实现脑机接口,有三个必要条件:第一,必须有一种能够可靠反应大脑思维的信号;第二,这种信号能够被实时且快速地收集;第三,这种信号有明确的分类[5,6]。目前可用于脑机接口的人脑信号有:EEG(脑电图)、E M G(脑磁图)和M f R I(功能性核磁共振图像)等。目前大多数BCI研究机构采用的大脑信号是EEG。 1 脑机接口系统的基本结构 BC I系统一般都具有信号采集、信号分析和控制器三个功能 工具去实现,常用的证书管理工具有O pen SSL、EJBCA、O pen C A 或其他商业版本的证书管理系统等。高等学校作为一个独立的实体,可以建立校园范围内的C A中心,管理高等学校内部应用中所需要的证书。参考HEPK I技术活动小组提出的 轻型校园PK I 基础设施框架 (简称PK I-L ite),建立一个既满足高校要求又便于实现的精简的PK I是十分必要的。 10 结论 中间件及核心中间件是在不断演进发展的,要建立高等学校统一的数据中心,核心中间件服务是一件极具挑战性的任务,一般认为在高等学校中部署中间件服务难度大于在企业中部署,需要同时从技术上和策略上着手,也更需要决策者和实施者有远见与耐心。在建立数据中心中间件服务之前,建立一套完整的核心中间件规范是非常重要的,在有明确的规范的指导下,完成建立核心中间件服务的工作会变得比较容易。 参考文献:[1] D ave C rane Er i c P ascare llo D arren Ja m es. A j ax i n A ction [M]北京:人民邮电出版社,2006年4月. [2] STRU TS W EB设计与开发大全[M].北京:清华大学出版 社,邱哲王俊标,2006年 [3] W iseNut Search Eng i ne wh ite paper.A utho r:W isenut Inc. 2001. [4] A lta V ista w hite paper.A uthor:A ltav ista Inc.1999. [5] The A na to m y o f a La rge-Sca l e H ypertex t ua lW eb Search En- g i ne.A utho r:Se rgey B ri n and L a w rence Page,1998. [6] 软件的涅磐.世界图书出版社出版,2004年. [7] 信息系统分析与设计.西安电子科技大学出版社,卫红春, 2004年. [8] 软件工程技术概述.科学出版社,朱三元等,2002年. [作者简介] 王会林(1967~),男,汉族,江西崇义人,硕士学位,韩山师范学院数学信息学院高级工程师。 (收稿日期:2008-03-11)

脑机接口论文

电子课程设计报告 题目《基于51单片机的心音采集系统》 学院生物医学工程学院 专业生物医学工程（仪器） 年级 11级 姓名张双柱 学号 11161062 指导老师谢勤岚

目录 一、设计背景 (1) 二、设计目的 (2) 三、设计思路 (2) 四、系统框图 (3) 五、系统主控模块原理 (4) 六、软件设计 (7) 七、结果仿真 (12) 八、报告总结 (13) 九、参考文献 (14)

随着人们的生活水平不断提高，自我保健的意识和要求不断加强。通过心脏诊断实现心脏病的预防就更为重要。这可减少心脏病的死亡人数，继而改进防治技术将有极大的经济社会价值。 心音是能反映心脏正常或者病理的音响，是由心脏搏动工程中各瓣膜的开闭以及心肌和血液运动所产生的震动形成的。它含有关于心脏各个部分如心房、心室、大血管、心血管及各个瓣膜功能状态的大量病理信息，是临床评估心脏功能状态的最基本方法，是心脏及大血管机械运动状况的反映。它是人体最重要的生理信号之一，是临床评估心血管系统功能状态的一种基本方法，是心脏及大血管机械运动状况的反映。在一些心血管疾病尚未发展到足以产生病理形态学改变及临床症状以前，心音中出现的杂音和畸变是重要的诊断信息，可以通过对这些病理特征进行分析而提前对疾病进行预防。当心血管疾病尚未发展到足以产生临床及病理改变（如 ECG 变化）以前，心音中出现的杂音和畸变就是重要的诊断信息。更值得一提的是，心音在心血管疾病中具有重要价值，是心血管疾病无创性检测的重要方法，具有心电图、超声心电图不可取代的优势。因此，进行心音分析具有重要的意义。

（1）培养生医仪器设计的专业素养； （2）了解信号采集与显示装置的设计步骤； （3）掌握A/D转换与单片机的接口方法； （4）了解单片机如何进行数据采集； （5）熟练掌握keil和LABVIEW软件的使用； （6）学会软件设计与编程； （7）基于51单片机设计一个心音采集装置。 三、设计思路 采集系统首先要解决的是如何将心音信号转化为电信号,进行数字处理,由于心音的频率较低20Hz~600Hz,在人耳所能听到的低频段,因此首先要选用一个声音传感器，从人体采集心音信号。对传感器的选取原则是:灵敏度高，抗干扰能力强，除了要提取微弱的心音信号外，还要求它不受人声、工频等信号的干扰。由于心音和脉搏传感器输出的信号微弱并夹杂着噪声干扰，所以完成了信号的初步采集之后，就要将信号经前置放大、滤波、后置放大、A/D转换和进一步处理。而在本学期的课程设计内容中，我们要做的重点工作就是在已有的硬件电路基础上，以AT89C51单片机为核心，完成系统主控电路的设计。而这一部分内容主要是将前期处理后的心音信号经过A/D

脑机接口真实发展状况

在有很多腾空出世的让人眼前一亮的黑科技，比如在2014腾讯WE大会上被誉为未来五大科技趋势之一的脑机接口。这也是PCB厂家为来可能涉及的领域之一。天马行空的意念控制，现实中的“阿凡达”，意念飞行，确实让人们对其充满期待，但到底现在的脑电科技到底发展到了什么程度呢？让我们客观的来审视一下脑机接口的发展。 客观的来说，脑机接口技术尤其是脑机接口设备还是处于非常初级的一个阶段。市场上真正研究脑机接口的商业公司屈指可数（Emotiv, OCZ以及神念Nerosky 是其最终比较有名的三个）。但是现阶段对于脑电波控制手段局限性还是非常大的。 一般我们常说的BCI是指非入侵式的脑机接口，就像我们常看到的将检测点击粘到头部以检测脑电波；而BMI则是入侵式的，也就是直接将检测电极放进你的颅内。 可能说起BMI会觉得特别有意思，但实际上，到目前为止已经有十年到十五年的时间内关于运用在人体上的BMI技术没有任何有意义的进展。BMI技术研究的主要方向是用来帮助截瘫病人和闭锁症患者。现在生产用于研究用的BMI设备的公司确实不少，像Plexon, Neuralynx, Rippl, BlackRock Microsystems, 以及TDT都是其中名气比较大的。但是除了美国布朗大学研制的BrainGate II运用到临床试验上外，没有一个公司的产品用于真正意义上的临床试验。 BrainGate II是针对截瘫患者做的试验，用BMI让截瘫患者控制一个机械手臂

成功的喝到了杯子里的水。这是一个不完善的试验，所以并不不能广泛应用。因为还有很多关键性的问题得不到解决，比如以下三点问题： 1. 脑机接口技术需要同时记录成千上百万个的神经元的活动，但是目前我们的技术只能达到同时记录几百个神经元。目前还没有一个系统能够同时记录那么多神经元的活动。这点极大的限制了BMI目前的研究。值得注意的是有些研究人员提出这个问题并没有想象中的那么棘手，因为有可能通过找到最关键的那几个神经元就可以完成脑电波的控制。 2. 体内排斥反应：安装进脑部的感应电极并不受人体的免疫系统的欢迎，这就可能有潜在性的长期副作用。而且安装进脑部的检测传感器也可能会随着时间而失效。这个问题的解决方案有将极小的对人体无害的感应电极放进脑内以至于免疫系统没有发现（暂时还不知道有没有这种可能），或者是制造一种生物合成感应电极，或者是一些还没发现的方法。 3. 开颅，安装脑部传感器的手术非常危险。 但是我们知道的是，脑机接口肯定会有在社会上广泛应用的一天，而且随着最近几年科技飞速的发展，谁都不会想到这一天是不是会马上到来。而且，值得注意的是，其实我们现在每个人都已经拥有自己的意念控制设备——你的双手。

脑功能与认知科学重点实验室简介

脑功能与认知科学重点实验室简介 一、实验室的研究方向、主要研究内容 本实验室是以研究脑的高级机能结构为核心，在神经生物学、认知心理学、信息科学、认知语言学、教育学等多学科相互渗透的基础上进行跨学科的研究脑功能的发育、认知发展及全脑功能开发为主要内容的实验室。本实验室主要有五个研究方向： 研究方向一、大脑的高级机能结构与认知神经科学 研究内容 本研究方向主要以动物及人的脑为研究对象，应用神经生理学、神经组织解剖学、神经心理学、脑影像学等脑功能研究方法，全面进行大脑的高级结构功能及认知神经科学机制的研究。重点研究脑的系统神经机能结构，主要对学习、记忆、注意、思考等高级机能活动进行脑皮质领域定位。并基于大脑生理学机制及脑科学研究的最新成果探索知觉、注意、记忆、动作、语言、推理、思维、意识乃至情感在内的各个层面的认知活动及脑的高级机能在人的生涯中的发生、发展规律；全面开发脑的潜能，进行全脑功能、全脑教育、创新思维的理论与实践研究。创造开发培育脑、提高脑的记忆力、创造力。对音读、速读、速听的大脑生理学原理进行深入研究，开发增强学习记忆力的辅助器具，全面进行认识脑、保护脑、创造脑、培育脑的跨学科的脑科学研究。 研究方向二、认知神经心理与认知发展 研究内容 本研究方向主要研究0—18岁儿童和青少年及成年阶段脑功能开发与认知发展规律、发展特点、影响因素、预防方法与对策等理论与实践研究。重点研究：1、儿童大脑潜能与儿童认知发展特点的研究。2、儿童早期脑开发与言语开发的实验研究。3、儿童智力结构的多元智力因素的脑科学研究。4、儿童创造力培养与脑机能的发展规律的研究。5、儿童游戏对儿童脑功能的开发与促进的研究。6、科学用脑与预防脑疲劳的实验研究。7、未成年人心理健康与心理咨询理论与技术的研究。8、大学生心理危机与心理支持系统的研究。9、开发儿童右脑，建构认知新模式的研究。 研究方向三、神经网络与人工智能 研究内容 本研究方向主要以计算机为研究手段，模拟神经系统的结构与功能，建立人工的神经网络模型，

脑机接口系统介绍(NeuroscanBCISystem)

今天，如果我们想要看电视，我们需要用手控制遥控器；我们想操纵电脑，也必须使用双手。然而，也许有一天，我们可以改变这一切，因为在不远的将来，人类与机器可以直接对话，不需通过肢体，只需要思维。这是在做梦吗？不，这是一项新技术—“脑机接口”。 脑机接口（Brain-computer Interface，以下简称BCI），是近年来发展起来的一种人机接口，它不依赖于大脑的正常输出通路（即外围神经和肌肉组织），就可以实现人脑与外界（计算机或其它外部装置）直接通信的系统。广义上讲，这种通信也可以是双向的，一方面外界的信息（声音、需要记忆的内容等）可以直接传入大脑，比如电子耳蜗、大脑记忆芯片等；另一方面大脑可以直接控制外界环境，本文介绍的是后者。 BCI技术的出现，使得用大脑信号直接控制外界环境的想法成为可能。要想实现BCI，有三个必要条件：第一，必须有一种能够可靠反映大脑思维的信号；第二，这种信号能够被实时且快速的收集；第三，这种信号有明确的分类。目前可用于BCI 的人脑信号有：EEG（脑电图），EMG（脑磁图）和fMRI（功能性核磁共振图象）等。目前大多数BCI研究机构采用的大脑信号是EEG。 人类的每一闪思维，每一种情绪，每一个想法，在大脑中都会产生特定的EEG信号，这种信号由千百万个神经元共同产生，并在大脑内传播。不同思维情况下产生的神经电活动信号表现出不同的时空变化模式，会导致EEG信号的不同，将检测到的EEG信号传送给计算机或相关装置，经过有效的信号处理与模式识别后，计算机就能识别出使用者的思维状态，并完成所希望的控制行为，比如移动光标、开门、打字和开机等。

一、基本原理 1.1 BCI系统的基本结构 BCI系统一般都具备信号采集，信号分析和控制器三个功能模块。 （1）信号采集：受试者头部戴上一个电极帽，采集EEG信号，并传送给放大器，信号一般需放大10000倍左右，经过预处理，包括信号的的滤波和A/D 转换，最后转化为数字信号存储于计算机中。 （2）信号分析：利用ICA、PCA、FFT、小波分析等方法，从经过预处理的EEG 信号中提取与受试者意图相关的特定特征量（如频率变化、幅度变化等）；特征量提取后交给分类器进行分类，分类器的输出即作为控制器的输入。 （3）控制器：将已分类的信号转换为实际的动作，如在显示器上的光标移动、机械手运动、字母输入、控制轮椅、开电视等。 有些BCI系统还设置了反馈环节（如图1中所示），不仅能让受试者清楚自己的思维产生的控制结果，同时还能够帮助受试者根据这个结果来自主调整脑电信号，以达到预期目标。 BCI系统基本结构

脑机接口及其主要目标应用研究的综述

脑机接口及其主要目标应用研究的综述 学习科学方法研究大作业 东南大学李晓萌 1脑机接口简介 计算机可以奖大脑的信号解码转化成人类的意图或者目的，进而直接通过控制机器完成这 个意图的功能，现在已经出现了实现它的现实技术可能性，这种类型的设备被称作脑机接 口（Brain-computer interface，BCI，有时也称为direct neural interface或者 brain-computer interface）[1],这些神经义肢技术的发展对于有运动障碍的患者有很大的 意义，可以通过大脑控制外部辅助设备如计算机、语音合成器、辅助应用和神经假肢等来 加强他们与外界环境的交流和交互，可以增强他们的独立性，提高生活质量并且降低社会 成本。 1.1脑机接口发展 脑机接口的发展经历了三十多年的历程，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年召开。 Phillip Kennedy及其同事用锥形营养性电极植入术在猴上建造了第一个皮层内脑机接口。1999年，哈佛大学的Garrett Stanley试图解码猫的丘脑外侧膝状体内的神经元放电信息 来重建视觉图像。到2000年，Nicolelis的研究组成功实现了一个能够在夜猴操纵一个游 戏杆来获取食物时重现其手臂运动的脑机接口[2]。 目前，世界上已经有很多个实验室实现了真正意义上的脑机接口。 1.2脑机接口的分类 随着对脑机接口技术的研究的深入，脑机接口系统的种类日趋繁多，分类方式也多样化。 按照方向可以分为双向脑机接口系统和单向脑机接口系统；按信号采集方式可以分为非植 入式脑机接口和植入式脑机接口；按信号类型可分为基于头皮脑电信号（EEG）的脑机接口，基于功能性核磁共振（fMRI）的脑机接口和基于近红外光谱分析（NIRS）的脑机接口；按 信号生成类型可分为自发式脑机接口系统和诱发式脑机接口系统[1]。 1.3脑机接口系统简介 图1显示了脑机接口系统模型的组成和各部分间的联系，它主要由用户、信号采集部分、 信号处理部分、控制部分、反馈部分和设备组成。

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。

增强大脑的认知功能的方法

增强大脑的认知功能的方法 ： 1、定位寻找家中的常用物品 每天花10分钟的时间来搜寻家中经常出现的物品，比如钥匙、钱包、手机、公文包、眼镜和鞋子等。 找到后固定它们的位置并牢记，一想到某种物品就会联想到某个特定的位置，卸载大脑的过重负荷。 2、花1分钟记住新的人名 尝试让自己多结交新的朋友，并在心中反复默念名字持续1分钟。这样就能让大脑中的海马体与额叶通力合作，将信息转移到长期记忆力的储存空间之中。 3、联想记忆法 如果你总是出现要做什么事，却又想不起来具体做什么的情况，可以尝试联想法。想象越有创意，记忆信息就越为牢固。 比如，你需要购买鸡蛋和邮票，还要去洗衣店拿洗好的衣服，就可以在脑海中想象自己抱着个贴了张邮票的大个鸡蛋，突然间鸡蛋破裂了，蛋液撒了衣服一身，就不得不去洗衣店了。 4、玩益智游戏 研究表明，玩一些利用物理知识的智能手机游戏，能提高注意力，避免在记东西时走神。在任务切换的过程中，可以锻炼自己的适应能力。

5、经常回忆细节 瞄准配偶、孩子或同事所穿的一件新服饰，比如衬衫、领带、夹克衫、珠宝或鞋子等，注意这些服饰的颜色、样式、质地和纹理，用笔记下至少四个细节。在晚上睡觉前，尝试去回忆这些细节，并翻开笔记对比。 6、给自己制造小麻烦 比如，上班选择不 左脑右脑的功能概述： 大脑就是你自己的智囊。科学研究证明，大脑分为左半球和右半球。左半球是管人的右边的一切活动的，一般左脑具有语言、概念、数字、分析、逻辑推理等功能;右半球是管人的左边的一切活动的，右脑具有音乐、绘画、空间几何、想像、综合等功能。 人的左右半脑是不平衡发展的，统计显示，绝大多数人是左脑发达(其中大约一半的人比较均衡一些)。全球有10%的人是左撇子，即右脑比较发达。 而左右脑的发育程度不同，隐含了你的很多特质和天赋的秘密： 理解数学和语言的脑细胞集中在左半球;发挥情感、欣赏艺术的脑细胞集中在右半球。 右半脑发达的人在知觉和想像力方面有可能更强一些;

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

脑机接口的原理、研究进展及应用前景

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/c76451950.html, 脑机接口的原理、研究进展及应用前景 作者：朱洁儒 来源：《科学与财富》2017年第24期 摘要：近十几年来，脑机接口得到迅速发展并且得到广泛的应用。本文综述了脑机接口 的原理、种类和分类以及脑机接口的研究进展，最后对脑机接口的应用做了切合实际的展望。 关键词：脑机接口原理研究进展应用前景 许多疾病会破坏人脑的神经肌肉通道从而阻碍了人脑与外界通信或控制外部环境，而脑机接口可以通过分析脑电来识别大脑正在进行的各种思维活动以及意图，从而可以使那些丧失外周神经肌肉控制能力的患者能够与外部世界进行交流，使大多数残疾人恢复原本的能力和功能。 一、脑机接口 （一）脑机接口的概念 BCI正成为脑科学、康复工程、生物医学工程及人机自动控制研巧领域的一个研究热点。它不依赖于脑的外周神经和肌肉输出信息，而在大脑与外部设备之间建立的直接的交流通道，以弥补人类的某些缺陷或不足。 （二）脑机接口的原理 BCI系统应该能够实现信息的双向传递，但是目前对于BCI研究更多的是将大脑信号作为输入，外部设备作为输出。完整的脑机接口系统主要由H大模块组成输入（信号采集及预处理）、信号处理（输入转为输出）、输出（机器能识别的指令），最重要的是第二大模块即信号处理。 信号采集 受试者头部戴一个电极帽（盘装或支架型电极），采集脑电（EEG）信号，通过导联线传送给放大器，经过预处理，并将信号放大10000倍左右，包括信号的滤波（高低通滤波）和 A/D转换，将采集信号信号转化为数字信号并存储于计算机中。 脑电信号作为BCI输入信号，都具有各自的特点，主要有以下几种： 第一，视觉诱发电位（VEP），是视觉器官受到光或图形刺激后，在大脑特定部位所记录的EEG电位变化。第二，稳态视觉诱发电位（SSVEP），是特定频率段视觉刺激引发的脑电变化，可以通过刺激调整脑电变化幅度，从而达到控制外界的目的。第三，事件相关同步/去

脑机接口讲座报告

《脑机接口》报告 今天，浙江大学信息与电子工程学院的沈继忠教授给我们介绍了关于脑机接口的技术知识。主要分成以下四个方面讲述：一、脑机接口概述与应用；二脑机接口系统的实现；三、脑机接口中的信号处理算法；四、部分研究工作。 一、脑机接口概述与应用。 脑机接口（Brain Computer Interface, BCI）:在大脑和外界（计算机或其他设备及外部环境）之间传递信息的通讯系统，该系统不依赖于外围神经和肌肉组成的大脑正常输出通路。简单的说，就是用思维控制机器。 脑机接口系统目前主要应用在医疗康复、状态监测、辅助控制、信息输入和休闲娱乐等方面。 接着，沈教授给我们看了近几年来对脑机接口的研究和发展状况，如每年关于脑机接口的出版的文献数、BCI竞赛参赛情况等，都表明着脑机接口的重视程度在增强。 脑机接口的分类：按采集方式可分为有损（invasive） BCI系统和无损（non-invasive） BCI系统。按脑电信号可分为诱发式BCI系统和自发式BCI系统。按系统工作可分为同步BCI系统和异步BCI系统。 如何评价一个脑机接口系统的好坏，主要有以下几个标准：1，分类正确率P；2，Kappa值；3，信息传输率（ITR） B 与实际信息传输率PB B =log2 N + P log2 P +(1—P) log2[(1—P) /(N—1)] PB= B(2P - 1)/T 而我们现在需要面对的问题与挑战有：1：识别正确率和ITR较低。2：可用的脑电模式较少。3：自发式、异步BCI系统的实现困难常用的脑电模式有：视觉诱发电位（visual evoked potential, VEP）、mu和beta节律、事件相关电位（ERP）和慢皮层电位（SCP） 4：BCI系统的实际应用领域还较少。 二、脑机接口系统的实现。 脑机接口系统结构包括：人数据采集信号处理设备控制 器件。信号处理又包括预处理、特征提取和分类算法。 三、脑机接口中的信号处理算法。 预处理：去除伪迹干扰，减少导联数，提高信噪比。 特征提取：提取最能反映大脑意图的信号特征，数据转换及降维。主要方法有：频域分析方法、时频分析方法、时域分析方法、时空分析方法、空间分析方法。 功率谱分析：1，经典功率谱估计；2，参数模型：根据观测信号对系统模型参数及性能进行研究，需要对信号产生方式有一个先验知识，选择一个合适的模型及阶数。 小波变换：时域和频域都具有较好的局部化性质公共空间模式（CSP）：寻找一个空间滤波器，使待分类的两类信号经过空间滤波后，最大限度的被区分经过CSP空间滤波的EEG数据表示为：Z=WX，其中X代表N×T维矩阵的EEG数据，W 代表空间滤波矩阵。 分类算法：将表征神经电活动的特征信号映射为指定的类别，反映大脑当前

脑机接口介绍稿

脑-机接口系统（Brain–Computer Interface：BCI）是一个不依靠外周神经和肌肉组织等通常的大脑输出通道的人-机通信与控制系统。简单来说，就是在大脑和外界之间建立起一种直接的交流通道。它由电极帽、脑电波放大器和一台计算机信息处理器三部分组成。 经研究发现，人在思维时大脑皮层会出现特定的电活动，在头皮记录到的这种电活动通常叫做脑电波。这些电波可以借助高性能的生物电信号采集系统(比如电极帽)以及专门设计的计算机算法，把这些特征实时地提取出来，并进行自动分类，从而实时判断出当前人所处的思维状态。然后再通过计算机将判断出来的思维状态可以翻译成我们预先设定的控制命令，通过网络等通道发送出去，从而实现人脑对计算机等外部设备的直接控制。 现在，我们所能做到的“心想事成”的程度还没达到字面理解的那样，你自发的想一件事情，通过脑机接口系统就可以知道你在想什么。目前，我们所能达到的就是，给你一定的诱发信号，使你的脑皮层产生特定的脑电信号，通过采集到的脑电信号，跟已知的模型做比对，我们就可以知道你想的是什么了。通俗地说，你只要戴上特殊的电极帽，盯着指定的屏幕看，经过较短时间的训练，就可以通过大脑对计算机进行操作。像这种依赖视觉的脑机接口系统，操作者只需要看就可以了，不需要动脑。所以像霍金教授这样除了移动自己的视线外什么都不能做的人来说，这样的依赖于是觉得脑机接口系统可以帮助他与外界沟通。 目前，我们实验室研制的脑机接口系统，可以实现人脑模拟操作键盘进行QQ聊天，模拟鼠标操作上网，玩俄罗斯方块，并可以在计算机模拟的室内环境中实现电器开关的控制。虽然通过提取脑电信号来操作计算机的速度还慢，但是对于那些高度瘫痪的病人来说，可以通过这个系统与自己的亲人聊天，上网娱乐，已经很不错了。 关于未来的展望，我们除了提高对计算机的一般操作外，我们将把目光转向一些我们常用的外部设备，例如，人脑控制室内灯泡，空调，电视机等常用电器的开关，轮椅操作等。

认识脑与认知功能

认识脑与认知功能 相关基本概念大脑皮质联合区：躯体运动中枢、躯体感觉中枢以及其他各种感觉中枢仅占大脑皮质的一小部分，其余部分均为联合区所占据。联合区与认知功能密切相关，它不参与纯粹意义上的感觉或运动，而是接收来自感觉皮质的信息并对其进行整合处理，然后将信息传至运动皮质。联合区在感觉输入和运动输出之间起着“联合“的作用。脑的三个基本功能系统：神经学家鲁利亚从整体观念出发，提出了脑的三个基本功能系统理论。按照功能组织的观点，将脑分为三大块功能单元，即大脑的三个基本功能联合区。第一功能系统负责调节皮质紧张度并维持觉醒状态；第二功能系统负责接收、加工和储存信息；第三功能系统负责规划、调节和控制复杂信息处理。 脑与认知功能的关系⑴额叶：对信息的顺序化和对刺激做出分类后的整合（主管注意和注意集中、抽象概括、推理判断、概念形成、问题解决、言语）。⑵顶叶：精细的触觉、本体感觉、运动觉得接收、加工、整合。视觉、触觉听觉输入的识别。⑶颞叶：记忆、较高级视作业和听觉模式的学习、情绪、动机、人格。言语理解、声音调制、音乐知觉、记忆。听觉接收。⑷枕叶：视觉信息的合成与整合、视空间关系知觉、视记忆痕迹形成、言语和言语前置结构的理解、视运动

记忆痕迹的形成。视觉接收。⑸边缘叶：在情绪活动中起整合作用。⑹丘脑和下丘脑：丘脑为联络站，将所有感觉信息转运到皮质。丘脑与复杂的智能加工、情绪和记忆密切相关。下丘脑在维持内环境稳定上扮演重要角色，通过直接或间接途径调节控制内分泌，调节控制体温、摄食、情绪和相关行为。⑺胼胝体：是联系左右大脑半球的纤维，负责将左运动前皮质编制的运动计划和程序传递至右半球。胼胝体损伤后可出现单侧肢体的意念运动性失用。 认知障碍对日常生活能力的影响各种原因引起的脑损伤所 导致的不同形式和程度的认知功能障碍，将影响患者日常生活活动能力以及自理程度。甚至有时认知障碍对日常生活活动能力的影响要大于躯体功能障碍对它的影响。严重认知障碍的患者在生活上将需要依赖他人并需要更多的专业护理。认知障碍种类日常生活活动能力障碍注意障碍不能执行指 令和学习；无法参加集体活动记忆障碍失定向；忘记姓名、时间安排；学习或执行指令能力下降问题解决障碍日常自理和管理家务困难，如购物、计划一顿饭；行为不恰当；判断不准确；不能整理和运用信息，如安排时间或工作躯体构图障碍穿衣失用，身体部位的识别和相对定位判断障碍，转移的安全性受到影响左右分辨障碍穿衣和理解方向有困难躯 体分辨障碍不能根据指令移动身体的特定部位手指失认手 的精细动作完成困难疾病失认功能活动的安全性下降；不能