论文开题报告：用于字符输入的脑机接口系统设计

大学本科毕业论文(设计)开题报告
学院：信息科学与工程学院 专业班级：电气工程及其自动化

课题名称 用于字符输入的脑机接口系统设计

1、本课题的的研究目的和意义：
目的：
（1）设计实验范式，采集和记录脑电信号。
（2）设计基于VC++的脑电放大器接口程序，实现对放大器的参数设置、数据读写等功能。
意义：
(1) 医疗方面：为思维正常但有运动功能障碍的人提供一种对外界环境进行交流和控制的途径。
如控制轮椅或计算机，从而提高残疾患者的生活质量。
(2) 为人们提供一种在特殊环境下控制外界设备的途径。如帮助飞行员在高加速度下控制飞
机；还可以用来控制机器人在危险或不适宜人工操作的环境中工作。
（3）在研究控制的同时，对人类脑电活动规律不断认知。





文献综述（国内外研究情况及其发展）：
脑—机接口(Brain- computer interface, BCI) 是脑—计算
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妨碍了它们的广泛应用。尽管存在这些阻碍，现在仍旧有一些学者在探索这些方法对脑机接口研究的价值。由于这些原因，几乎所有的在人类中用于处理方面的脑机接口中已完成的应用都是用脑电图和皮层脑电图信号。但脑电图信号也有其不足，空间分辨率较低，容易受外界干扰。皮层脑电图信号由于需要植入电极，手术存在一定的风险性，不利于推广。
大量的研究资料表明脑机接口的研究主要处在运动皮层领域。根据激励方式的不同，可以分为三类，产生的脑信号差别如下。
基于想象运动的脑信号，当大多数人没有实际运动出现，只是感觉过程，或是想象某种运动过程，这时候显著的波动出现在EEG记录的8-12 Hz频带内的感觉运动区。这种波动通常叫做mu节律，是由丘脑皮层回路产生的。由于现代采集和处理方法的匮乏，在很多人中还不能检测出mu节律，但是基于计算机的分析已经发现mu节律在绝大多数人中是真实存在的。这一分析也证明了mu节律和18-25 Hz的beta节律是相联系的。一些beta节律是和mu节律相一致的，而有一些beta节律和mu节律在拓扑或时间上是相分离的，因此，至少会出现独立于EEG特征。
因为mu/beta节律的变化是和通常的运动/感觉功能相联系的，对于BCI通信来说，可以作为很好的信号特征。在感觉运动 皮层，运动或是准备运动，尤其是运动的对侧面，mu和beta活动都会伴随着有典型的下降，但是不能是运动的某种特殊方面，比如运动的方向。另外，运动想象（即想象运动）也会使mu/beta节律产生变化。因为人们不通过实际运动也可以使这些节律产生变化，所以这些节律可以作为BCI的基础。
小概率事件诱发电位，通过运动活动或运动想象来调节大脑反应，刺激电位对于BCI操作系统也是很有用的。例如，通过四十年的研究表明在偶尔的刺激后EEG会出现一个正回馈（即所谓的“P300”或叫做“oddball”电位），在刺激发生后300 ms顶骨皮质之上发生的。P300电位的幅值在顶骨电极点是最大的，而在中间和前部电极记录点是削弱的。
稳态视觉诱发电位(Steady-state visual evoked potential，SSVEP)是通过一定的频率刺激受试者的视觉系统，其中不同的模块选择不同的频率进行刺激，操作者注视要选择的按钮，SSVEP中相应的频率成分幅度增加，经过检测，得到与相应的频率控制的模块，来实现操作不同的设备。经过训练，操作者可以自觉控制SSVEP的幅度。
国内外很注重开发基于视觉稳态诱发电位的脑机接口。2000年美国空军研究室利用SSVEP做了关于脑机接口的研究。国内清华大学从2003年到2004年，利用SSVEP实现了电话拨号系统，室内环境的控制，还开发了帮助残疾人利用SSVEP控制遥控器打开家用电器。接着又开发了用于患者恢复肢体运动系统的SSVEP脑机接口系统。
在研究了脑信号特征的基础上，由于脑磁信号与脑电信号有很大的相关性，这些信号特征可以为研究脑磁信号提供参考，与此同时，脑磁信号的特征可以对脑电信号的研究起辅助性作用。


2、 本课题的主要研究内容（提纲）和成果形式：
内容：
（1）利用脑电放大器自带的C++应用编程接口，编写脑电信号采集程序。
（2）设计实验范式，编写实验参数调节、数据记录等程序。并将脑电信号处理的结果反映在程序界面上。
成果形式：论文



4、拟解决的关键问题：
(1) 脑磁去噪
较好的滤波算法有助于脑电信号的特征提取。目前，常用的滤波方法可以分为两大类，一是频域滤波，即提取特定频率的脑电信号来控制外部设备，如基于皮层慢电位的脑机接口系统；二是空域滤波，即对脑电信号进行通道的选择，找出差别最大的两个或多个通道，提取这些通道的特征。
(2) 特 ……（未完，全文共4003字，当前仅显示2022字，请阅读下面提示信息。收藏《论文开题报告：用于字符输入的脑机接口系统设计》）