基于小波包分解的意识脑电特征提取

针对2种不同意识任务(想象左手运动和想象右手运动)的脑-机接口(brain-computer interface,BCI)设计,提出了基于小波包分解的特征提取方法。首先深入研究了小波包变换,结合事件相关去同步化(event-related desynchronization,ERD)/事件相关同步化(event-related synchronization,ERS)现象,提出以小波包分解系数来考虑特征,然后对C3、C4导联脑电信号进行小波包分解系数方差和相对能量2种特征的提取,最后采用最简线性分类器进行分类。结果表明,2种特征对应的最大分类正确率均达到了85%,对应时间分别为4.34 s和4.39 s。因此,在保证分类正确率的前提下,所提方法更加简单和有效,为大脑意识任务分类提供了新思路。     

基于小波包熵和支持向量机的运动想象任务分类研究

对运动想象脑电特征进行准确提取和分类是脑-机接口技术研究的重要问题。针对脑电信号非平稳性和非线性特点,提出了一种将小波包熵(WPE)和支持向量机(SVM)相结合的脑电信号识别方法,利用小波包系数能量分布分析脑电时频特性,结合信息熵分析其不确定性和复杂性,并从单次实验中提取运动想象脑电特征;通过支持向量机对特征信号进行分类,采用了一种核函数参数v和误差惩罚因子c的最佳寻优方法,并用互信息(MI)、信噪比(SNR)、最小错分率(MR)等准则对分类器进行评判。测试结果为:想象左右手运动脑电信号识别精度达到90%,M I为0.65 bit,SNR为1.44。结果表明WPE-SVM识别方法能够准确提取脑电本质特征,具有较强的分类性能和抗干扰能力,为大脑运动意识任务分类提供了有效方法,它可以应用于脑-机接口系统中。     

基于小波包和熵准则的最优频段提取方法

为实现运动功能障碍患者的运动意愿和基于脑机接口技术的实际康复运动的一致性,进一步改善康复效果,以想象右手食指屈伸运动为例,对身体相同或相近部位的不同运动想象方式产生的脑电信号(记为EEGs)的特征提取方法进行研究。针对食指屈伸运动想象EEGs的事件相关去同步化现象(event-related desynchronization,ERD)不显著及发生的时间及频段的个体差异等特点,提出了基于小波包和熵准则的最优频段提取方法。该方法首先利用小波包分析对右手食指屈、伸运动想象EEGs进行分解;其次,利用熵准则对特征频段的可分度进行度量,从而选取相对明显的频段小波包组合,并以相应的小波包系数构成特征矢量;最后,结合支持向量机实现最优频段的选取。实验结果表明,该特征提取方法能够自适应提取右手食指屈伸运动想象EEGs的ERD现象差异性较大的频段特征,最高分类正确率为81.75%,验证了所提方法的有效性。     

基于小波变换和BP神经网络的视觉诱发电位识别

结合小波变换和误差逆传播(Error Back Propagation,BP)神经网络对视觉诱发脑电信号(visual evoked potential,VEP)进行分类而产生脑机接口控制信号.利用一维离散小波变换提取强噪声背景下的低频微弱脑电信号,获取特征向量输入BP神经网络进行事件相关电位模式识别.实验表明,小渡变换特征向量提取方法能有效地实现信号的去噪、降维和特征提取,BP神经网络能比较准确地从VEP中识别出事件相关电位,进行10次测试的平均识别正确率为99.375%,有利于产生脑机接口控制信号.     

驾驶员脑电特征与手臂操纵驾驶行为研究

为了进一步研究脑电信号与驾驶行为的关系,通过脑电采集设备与惯性运动捕捉系统同时捕捉驾驶员脑电信号数据与操作手臂运动参数。分析驾驶员手臂驾驶方向盘的过程中,脑电信号的变化与操作手臂运动方向之间的关系。利用共同空间模式(CSP)与小波包分解(WPD)的方式,提取左右运动相关的C3和C4导联特征,结合手臂运动关节的加速度进行相关性分析。实验结果表明:在实际的驾驶行为中,左右转向过程,C3、C4导联出现持续的ERD/ERS现象,为脑机接口控制量化标准提供基础。     

基于ITD和PLV的四类运动想象脑电分类方法研究

针对四类运动想象任务的特征提取问题,提出一种基于固有时间尺度分解(ITD)和相位同步分析相结合的脑电(EEG)信号特征提取方法。采用第3届和第4届BCI竞赛中的4类运动想象数据集,首先选择5个导联的运动想象脑电信号,根据相位同步性计算导联之间的相锁值(PLV),将相锁值作为一类特征;之后利用ITD对5个导联的运动想象脑电信号进行分解,提取第一层固有旋转分量的能量特征,与PLV特征相结合获得十五维特征向量;最后通过支持向量机(SVM)进行分类识别。对12名受试者的平均识别率达到91. 64%,平均Kappa系数达到0. 887,说明该方法能够有效的提取脑电信号特征,进而提高4类运动想象任务的分类准确率。     

运动意识任务的模式识别方法研究

针对脑机接口研究中运动想象脑电信号的模式识别问题,提出了一种基于离散小波变换和AR双谱的特征提取方法.该方法首先利用Daubechies类小波函数对二路脑电信号进行3层分解,抽取小波系数的均值、能量均值、均方差三个特征;然后,采用5阶AR模型进行双谱估计,抽取双谱切片特征;最后,将这两类特征进行组合后使用马氏距离线性判别进行分类.利用BCI2003竞赛的标准数据,该方法使得EEG的识别正确率达到92.86%,与竞赛的最好结果(89.29%)相比提高了3.57%,为BCI研究中脑电信号的模式识别提供了有效的手段.     

基于多特征卷积神经网路的运动想象脑电信号分析及意图识别

为了准确提取个体运动想象脑电信号的最优时段和频段特征以及有效提高其分类准确率,结合卷积神经网络和集成分类方法提出一种多特征卷积神经网络(MFCNN)算法,对运动想象脑电信号进行分类识别。首先对脑电信号进行预处理,然后将原始信号、能量特征、功率谱特征以及融合特征分别输入到卷积神经网络中得到其训练模型,最后通过加权投票的集成分类方法得到最终的分类结果。并利用2008年BCI竞赛Datasets 2b数据集和实测数据对所提出的方法进行实验分析。结果表明,所提的MFCNN方法可有效提高运动想象识别率,实验中所有受试者的平均分类正确率和平均Kappa值分别为78.6%和0.57,为运动想象类脑机接口的应用提供了新的思路和方法。     

想象多力度单侧手运动的脑电信号分类研究

目的传统脑机接口实验范式多为左右手运动想象,无力度分级,命令单一,为增加脑机接口命令数,使中风患者在康复期间设计获得更好的治疗方案,设计了想象三种力度下的单侧手运动实验并对其进行分类。方法 9名受试者被要求想分别以三种力度(50%、30%、10%最大自主收缩力)握紧单侧手,同时记录脑电及肌电信号,对脑电信号预处理后进行空间滤波和特征提取,再对处理后的数据进行带通滤波并提取特征,利用线性判别分析作为分类器。结果\结论采用两级特征提取分类方法,平均分类正确率达到72.4%,证明通过分析想象不同力度单侧手运动的脑电信号能够扩展脑机接口命令数。     

基于扩展Informax ICA的站起想象动作脑电特征提取

下肢想象动作的脑电特征提取是基于脑-机接口技术实现下肢运动神经重建的关键点和难点.通过以下肢运动神经重建的首个关键动作-站起为切入点,设计了相应的以复合动作诱发电位为基础的站起想象动作脑电采集新方案,而后采用扩展最大熵独立分量分析(extended informax ICA)结合连续小波功率谱分析的新方法提取大脑在站起想象动作时产生的事件相关同步/去同步(ERD/ERS)信息.经实验数据分析证明上述方法行之有效,可以为脑-机接口技术在下肢运动重建中的应用提供有效的手段.