脑机接口中的视觉刺激设计与优化方法研究
发布时间：2025-05-11 01:12
脑机接口(Brain-computer interface,BCI)是绕过外周神经和肌肉,直接对大脑和外部环境建立连接的技术。基于视觉诱发的脑机接口,是脑机接口领域重要的分支之一。这种脑机接口更依赖于人的感知认知能力。本文探索了脑机接口中人对位置感知、动态环境与目标的感知与跟踪能力,多种特征认知与判断能力等带来的影响,提出了一些视觉诱发刺激设计上的建议。本文主要研究工作如下:严格视线限定条件下的SSVEP响应探索。本文建立了相对理想的实验条件以探索刺激目标位置对人眼感知与脑机接口系统的影响程度及SSVEP信号特性。首先设计了一个脑电信息与眼动追踪同步采集的实验范式,在采集脑电信号的同时提供视线信息构成实时在线生物反馈从而严格限定视线范围。范式使用覆盖视野范围11.5?的46个随机序列定频闪烁来诱发SSVEP信号,并在全脑范围内采集。八名被试参与了实验。实验结果表明,对提升视觉刺激性能的建议包括:两圆形刺激间距离应相隔4–6?,注视点下方应适当增加面积等等。这些发现为神经工程研究如基于SSVEP的脑机接口设计等提供了刺激参数设计依据,并有望为未来的SSVEP相关研究提供一精准的框架构造。目...
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
符号使用说明
第一章 绪论
1.1 脑机接口概述
1.1.1 常用的脑信号类型
1.1.2 已见报道的“机”器设备
1.1.3 接口
1.2 脑机接口技术发展需求分析
1.3 诱发式脑机接口中的视觉任务
1.4 本文主要研究内容与章节安排
第二章 严格视线限定条件下的SSVEP响应探索
2.1 引言
2.2 方法与实现
2.2.1 范式设计
2.2.2 实验流程
2.3 数据分析
2.3.1 典型相关性分析
2.3.2 基于典型相关性分析的单通道贡献估计
2.3.3 对侧效应估计
2.4 实验结果
2.4.1 基于SSVEP响应的视场构建
2.4.2 刺激位置影响
2.5 结果分析与讨论
2.5.1 刺激形状
2.5.2 刺激间距
2.5.3 指示位置
2.5.4 定制设计
2.5.5 不足之处
2.5.6 未来工作
2.6 本章小结
第三章 目标运动状态下BCI系统的性能分析
3.1 引言
3.2 虚拟环境目标运动实验设计
3.2.1 实验范式与流程
3.2.2 被试信息
3.2.3 数据采集
3.2.4 数据处理
3.2.5 任务负荷与主观反馈
3.3 虚拟环境目标运动实验结果
3.3.1 分类正确率
3.3.2 扰动刺激等的影响
3.3.3 不同速率态下的SSVEP表现分析
3.3.4 不同速率态下的ERP表现分析
3.3.5 工作负荷对比及主观反馈
3.4 虚拟环境目标运动实验结果分析与讨论
3.4.1 效能变化探索
3.4.2 定制设计
3.4.3 不足与其他可改进之处
3.5 现场环境目标运动实验范式设计
3.5.1 现场环境脑控目标选择的难点
3.5.2 现场环境脑控目标选择系统构架
3.5.3 现场环境脑控目标选择系统控制流程
3.5.4 运动目标检测与跟踪
3.5.5 界面设计与呈现
3.5.6 被试信息
3.5.7 数据处理
3.5.8 任务设计
3.6 现场环境目标运动实验结果
3.7 现场环境目标运动实验讨论
3.7.1 性能分析
3.7.2 不足与发展设想
3.8 本章小结
第四章 含主动认知任务的新型单字符视觉ERP–BCI范式
4.1 引言
4.2 实验设计
4.2.1 实验范式
4.2.2 刺激编码
4.2.3 实验流程
4.2.4 被试信息
4.2.5 数据采集
4.2.6 信号处理与分类
4.2.7 信息传输率
4.2.8 判断水平
4.2.9 工作负担与被试反馈
4.3 实验结果
4.3.1 在线测试结果
4.3.2 离线数据分析
4.3.3 ERP响应分析
4.3.4 被试反馈结果
4.4 结果分析与讨论
4.5 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 论文工作总结
5.2 未来工作展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
附录 A 部分研究工作记录
A.1 序列文本刺激对SSVEP的影响
A.2 MITD分解在SSVEP分类中的应用
本文编号：4044614
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
符号使用说明
第一章 绪论
1.1 脑机接口概述
1.1.1 常用的脑信号类型
1.1.2 已见报道的“机”器设备
1.1.3 接口
1.2 脑机接口技术发展需求分析
1.3 诱发式脑机接口中的视觉任务
1.4 本文主要研究内容与章节安排
第二章 严格视线限定条件下的SSVEP响应探索
2.1 引言
2.2 方法与实现
2.2.1 范式设计
2.2.2 实验流程
2.3 数据分析
2.3.1 典型相关性分析
2.3.2 基于典型相关性分析的单通道贡献估计
2.3.3 对侧效应估计
2.4 实验结果
2.4.1 基于SSVEP响应的视场构建
2.4.2 刺激位置影响
2.5 结果分析与讨论
2.5.1 刺激形状
2.5.2 刺激间距
2.5.3 指示位置
2.5.4 定制设计
2.5.5 不足之处
2.5.6 未来工作
2.6 本章小结
第三章 目标运动状态下BCI系统的性能分析
3.1 引言
3.2 虚拟环境目标运动实验设计
3.2.1 实验范式与流程
3.2.2 被试信息
3.2.3 数据采集
3.2.4 数据处理
3.2.5 任务负荷与主观反馈
3.3 虚拟环境目标运动实验结果
3.3.1 分类正确率
3.3.2 扰动刺激等的影响
3.3.3 不同速率态下的SSVEP表现分析
3.3.4 不同速率态下的ERP表现分析
3.3.5 工作负荷对比及主观反馈
3.4 虚拟环境目标运动实验结果分析与讨论
3.4.1 效能变化探索
3.4.2 定制设计
3.4.3 不足与其他可改进之处
3.5 现场环境目标运动实验范式设计
3.5.1 现场环境脑控目标选择的难点
3.5.2 现场环境脑控目标选择系统构架
3.5.3 现场环境脑控目标选择系统控制流程
3.5.4 运动目标检测与跟踪
3.5.5 界面设计与呈现
3.5.6 被试信息
3.5.7 数据处理
3.5.8 任务设计
3.6 现场环境目标运动实验结果
3.7 现场环境目标运动实验讨论
3.7.1 性能分析
3.7.2 不足与发展设想
3.8 本章小结
第四章 含主动认知任务的新型单字符视觉ERP–BCI范式
4.1 引言
4.2 实验设计
4.2.1 实验范式
4.2.2 刺激编码
4.2.3 实验流程
4.2.4 被试信息
4.2.5 数据采集
4.2.6 信号处理与分类
4.2.7 信息传输率
4.2.8 判断水平
4.2.9 工作负担与被试反馈
4.3 实验结果
4.3.1 在线测试结果
4.3.2 离线数据分析
4.3.3 ERP响应分析
4.3.4 被试反馈结果
4.4 结果分析与讨论
4.5 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 论文工作总结
5.2 未来工作展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
附录 A 部分研究工作记录
A.1 序列文本刺激对SSVEP的影响
A.2 MITD分解在SSVEP分类中的应用
本文编号：4044614
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/yxlbs/4044614.html
