基于少次相干平均和样本熵的视听诱发脑电特征提取

针对脑电信号的非平稳性和非线性,采用少次相干平均结合样本熵的方法对视听诱发脑电信号进行特征提取.首先,对预处理后的脑电信号进行15次相干平均,获得视觉、听觉及视听觉诱发脑电的时域特征信号;然后,将该特征信号做为原始信号输入,构成m维矢量序列,计算相关导联在靶刺激、非靶刺激和自发脑电状态的样本熵值;最后,比较分析单一视觉、听觉和视听刺激下,不同状态脑电样本熵值,文中阐明了视听觉诱发下,大脑认知的复杂性和信息耦合性.结果显示:只进行少次相干平均即可有效提取视听刺激模式下脑电的样本熵特征量,减少了因长时间视觉刺激引起神经疲劳导致的误差.同时,靶刺激的出现可使脑电样本熵值增大,表明中枢神经系统与外周刺激发生信息耦合,导致了大脑系统复杂性的提高.该研究可以应用于神经认知科学和脑-机交互系统中.     

视听情绪诱发的脑电信号同步性分析

为探究视听感知愉快、愤怒、悲伤、惊讶、厌恶、恐惧6种情绪时,不同脑区之间的脑电同步现象,本文设计了视听情绪诱发实验范式,利用Neuroscan 40导联脑电放大器采集脑电信号,采用AR模型以及相干平均去除基线漂移和自发脑电干扰,小波变换进行脑电特征提取,Hilbert变换获得脑电特征信号的瞬时相位,使用相位同步指数分析脑电活动的同步性.实验结果表明:Hilbert变换得到的相位同步指数能够较好地反映脑电的同步活动,为"大脑半球效价假说"提供了有效的依据.此外,在视听感知愉快情绪时,大脑皮层视觉区域占据主导作用,而感知悲伤情绪时,大脑皮层听觉区域占据主导作用.该研究可以被应用于大脑情绪认知和仿生机器人中.     

基于参数模型和FastICA算法的P300特征实时提取

利用AR模型结合快速独立成份分析（F astICA）对视觉诱发电位P 300特征进行实时提取.采用图片轮换作为诱发刺激获取EEG信号,利用主成份分析对脑电信号降维处理,然后进行独立成份分析,计算各独立成份与垂直眼电导联的相关性,自动去除眼电干扰.利用AR模型对自发脑电建模,并除去EEG中的自发脑电,通过少次相干平均提取P 300.实验结果表明：该方法可以不依赖任何先验信息,在不降低信噪比的情况下实时提取P 300特征,避免了长时间视觉刺激引起视觉疲劳而产生的误差,提高了脑机接口系统的识别效率,为建立在线BC I系统奠定了基础.     

基于体感电刺激的脑-机接口实验范式初探（英文）

大脑对各类感觉输入(视、听模态)会产生不同的响应信号,脑-机接口正是利用这一响应信号实现大脑与外部设备间直接的通讯.然而以电刺激作为脑-机接口的输入模态还未有报道.本研究尝试通过使用体感电刺激作为脑-机接口的输入,从而诱发事件相关电位(ERP).在整个实验中,分别使用视觉、听觉以及电刺激作为诱发因素,针对每种条件下的事件相关电位及其分类准确率开展对比分析.结果显示电刺激所诱发的事件相关电位幅值较高且具有相对稳定的潜伏期,其分类准确率高于听觉刺激范式.也就表明了以不同刺激强度作为参数的电刺激范式作为脑-机接口应用的可行性,这将进一步拓展脑-机接口的应用领域.     

注意力对视觉刺激响应的调制作用

注意是事件相关电位(event-related potential,ERP)产生的基础,通常ERP产生于有较强随机性的自发脑电(electroencephalogram,EEG)背景中,自发脑电干扰成为提取高质量ERP信号的主要障碍.本文采用稳态刺激诱发稳态视觉诱发电位(steady state visual evoked potential,SSVEP),得到特定频率和相位调制的背景脑电,并实施不同对比度的选择性注意视觉刺激,通过比较分析所诱发产生的ERP信号波形及其P1与N1成分幅值和潜伏期变化,研究不同背景脑电及刺激强度条件下注意力对视觉刺激诱发响应的调制作用.结果表明,在特定背景脑电节律振荡与初始相位及视觉刺激对比度时,注意力对视觉刺激响应有显著调节作用,主要体现在视觉注意条件下会增加ERP中N1成分幅值并具有显著性差异,注意力对P1和N1成分的潜伏期皆无显著性差异影响.研究结果提示在设计ERP诱发实验范式时可利用注意力显著调节作用赋予背景脑电预定节律和初始相位特征,以便在ERP提取和识别时消除自发脑电干扰,获得理想研究结果.     

经穴电刺激诱发的脑-肌电信号相干性研究

为探索自主动作和穴位电刺激诱发的大脑皮层活动与肌肉收缩之间的功能耦合作用,设计穴位电刺激和自主动作两种实验模式,分别采集对应的脑电信号和表面肌电信号,对信号进行预处理得到纯净的诱发脑电和肌电信号.然后进行小波变换,获得信号的小波谱和小波交叉谱,计算小波相干系数,分析脑电和肌电信号的时-频相干特性.结果表明:穴位电刺激诱发的脑-肌电相干性主要集中在15~25 Hz信号频段,对应于大脑β节律;而自主动作下的脑-肌电相干性集中在30~36Hz频段,对应于大脑γ节律;不同导联的脑-肌电信号相干特性,表明穴位电刺激诱发的腕部肌肉动作与对侧大脑运动区相干性最强.该研究为运动功能康复和智能假肢开发奠定了基础.     

新品上市广告中品牌差异的脑认知研究

针对不同品牌联合推出新产品广告,采用事件相关电位技术研究由品牌差异导致的认知差异.16名被试参与实验,实验材料为仅有品牌差异的iPhone5C广告,采用Go/NoGo范式进行实验,记录脑电数据并进行分析.结果表明,含有中国移动信息的刺激材料与含有中国电信信息的刺激材料诱发出的P3振幅和潜伏期均有显著性差异,说明联合品牌中品牌的变化会导致工作记忆的大幅更新,客观地反映了用户的认知过程,大脑会根据已有记忆对联合品牌进行评估.     

基于异步并行诱发策略的混合范式脑-机接口技术

稳态视觉诱发电位(SSVEP)与事件相关电位中P300成分相结合的混合范式脑-机接口(SP-BCI)系统可同时诱发两种特征脑电信号并综合前者的高信噪比和异步兼容特点及后者的大指令集优势,具有提高系统信息传输速率的潜在能力,但现有脑电诱发范式未能充分发挥上述特长.本文提出一种SSVEP按各自频率异步诱发和阻断(SSVEP-B)且与P300并行诱发的新策略,并融合SSVEP-B与P300特征信息进行脑电分类识别.经10名健康年轻被试离线测试实验结果表明,被试总体平均分类正确率为84.5!,系统最高理论信息传输速率为89.5 bit/min,表明新型诱发策略有助于提高BCI信息识别正确率和信息传输速率,有关研究思路与技术可供混合范式脑-机接口系统设计与推广应用参考.     

界面设计影响蒙汉用户视觉注意的脑电研究

目的 比较蒙、汉用户在不同界面布局的条件刺激下视觉注意对脑电刺激诱发响应的调节和影响作用。方法 基于Oddball实验范式的事件相关电位技术,采用图文形式和纯文本形式的宫格式、标签式,以及侧面展开式界面布局刺激,结合分析脑电数据和行为数据,探究界面布局设计对蒙、汉用户视觉注意的影响。结果 对视觉注意的早期阶段进行研究后发现,图文形式宫格式布局对汉族用户的视觉注意具有显著的刺激和调节作用,而图文形式侧面展开式布局对蒙古族双语用户的视觉注意有显著的刺激和调节作用。通过P300成分波幅发现蒙、汉用户的情绪发生变化,蒙、汉用户在纯文本形式标签式布局界面的影响下产生消极情绪,波幅降低。结论 在事件相关电位技术中,通过P100成分与P300成分的波幅强度变化,可以作为界面布局刺激条件下衡量比较不同民族地区用户视觉注意与情感体验的观测量。     

视觉提示刺激对听觉掩蔽效应的影响

传统用于声音压缩编码的掩蔽效应模型是在单一听觉模式下获得的,而现今的多媒体技术是视听交互模式。在有视觉刺激情况下,人耳声音的掩蔽特性是否会发生变化？为了研究视觉刺激对听觉掩蔽效应的影响,从视觉与听觉心理的相互关联性入手进行了窄带噪声掩蔽纯音和宽带噪声掩蔽纯音两类心理声学实验。实验采用恒定刺激法,在听觉判断的同时给被试呈现三种不同提示状态的视觉刺激,对在200~7700Hz的频率范围内的噪声掩蔽阈值进行实验测定,并将结果与无视觉状态的实验结果相比较。对实验结果进行了信度检验、效度分析和显著性分析之后,利用相关视觉提示促进理论和注意能量分散理论对实验结果进行了理论解析。     

Monte Carlo study for physiological interference reduction in near-infrared spectroscopy based on empirical mode decomposition

Near-infrared spectroscopy (NIRS) can be used as the basis of non-invasive neuroimaging that may allow the measurement of haemodynamic changes in the human brain evoked by applied stimuli. Since this technique is very sensitive, physiological interference arising from the cardiac cycle and breathing can significantly affect the signal quality. Such interference is difficult to remove by conventional techniques because it occurs not only in the extracerebral layer but also in the brain tissue itself. Previous work on this problem employing temporal filtering, spatial filtering, and adaptive filtering have exhibited good performance for recovering brain activity data in evoked response studies. However, in this study, we present a time-frequency adaptive method for physiological interference reduction based on the combination of empirical mode decomposition (EMD) and Hilbert spectral analysis (HSA). Monte Carlo simulations based on a five-layered slab model of a human adult head were implemented to evaluate our methodology. We applied an EMD algorithm to decompose the NIRS time series derived from Monte Carlo simulations into a series of intrinsic mode functions (IMFs). In order to identify the IMFs associated with symmetric interference, the extracted components were then Hilbert transformed from which the instantaneous frequencies could be acquired. By reconstructing the NIRS signal by properly selecting IMFs, we determined that the evoked brain response is effectively filtered out with even higher signal-to-noise ratio (SNR). The results obtained demonstrated that EMD, combined with HSA, can effectively separate, identify and remove the contamination from the evoked brain response obtained with NIRS using a simple single source–detector pair.     

基于多通道信息对无人驾驶信任度提升研究

目的无人驾驶技术发展迅猛,拥有广阔的市场空间前景,而用户对无人驾驶的信任问题将成为未来技术推广的瓶颈。从用户体验角度出发,对无人驾驶信息多通道表达方式进行研究,使用户能更高效地获取信息,从而提高用户对无人驾驶汽车的信任度。方法通过对比分析有人驾驶和无人驾驶下的信息传递过程,找出在信息传递中用户对无人驾驶产生信任问题的原因。基于各感官通道信息表达特点,分析不同驾驶情景下信息传递的强度需求。运用多通道的信息表达方式,阐明适用于具体驾驶情景的多通道组合,并选取视听多通道作为实验对象,验证该多通道组合信息传导对提高信任度的有效性。结果视听多通道实验证明在可预设和不可预设两种驾驶情境下,单一视觉通道表达信息对信任影响差别不明显,而视听通道组合表达信息对信任影响差别明显,相比可预设驾驶情境,在不可预设驾驶情境下视听通道组合能获得更多的信任。结论针对具体驾驶情景运用恰当的多通道组合表达出合理的信息强度能够有效地提升无人驾驶信任度。     

从神经学角度评估分析消费者网络购物决策

在消费者决策过程中,消费者依据自己的期望对备选产品进行评估,这一评估过程一直被视为黑箱。为了检测这一评估过程,本研究以在线购物为例,采用事件相关电位（ERPs）来探索消费者评估备选方案的心理过程和神经机制。研究结果表明,消费者的评估过程会诱发出明显的正成分P300,并分布于整个后顶区和枕区。相较于非期望产品,符合消费者期望的产品诱发出振幅更大的P300。P300意味着消费者对备选产品进行评估时存在着一个相似性判断,比对产品所具备的属性与其期望属性的相似性,相似性越高消费者越容易做出购买决策。该发现解释了消费者在线购物时浏览商品介绍和规格参数界面时的神经和心理层面的活动,并可以此来预测消费者的购买决策。     

Effect of improvement in anemia on electroneurophysiological markers (P300) of cognitive dysfunction in chronic kidney disease

Our aim is to study the effect of improvement in anemia on event-related potentials (ERPs; P300) as markers of cognitive dysfunction in predialysis and dialysis patients of chronic kidney disease (CKD). Thirty anemic patients of CKD (hemoglobin [Hb] < 9 g%), 15 in the predialysis group (Group A), and 15 patients on biweekly hemodialysis (Group B) were recruited for the study. Patients of uremic encephalopathy, dyselectrolytemia, and those with hearing problems were excluded. Both groups were given recombinant human erythropoietin (rhuEPO) 100 IU/kg biweekly for 6 weeks by the subcutaneous route. No intervention was performed in the third control group (Group C), which consisted of 30 normal healthy volunteers. The improvement in Hb was assessed every 2 weeks, and the amplitude and latency of the P300 component of the ERPs were studied before initiating treatment and after 6 weeks of rhuEPO administration. There was a significant increase in Hb in both the study groups without any significant alteration in kidney functions. A significant reduction in P300 latency was noted in both the study groups after intervention. Similarly, the amplitude of P300 also increased in both study groups, but attained statistical significance for the dialysis group only. No significant changes were observed in the control group. Administration of EPO in patients of anemia with CKD resulted in a significant improvement in the electrophysiological markers of cognitive function in the form of increased amplitudes and decreased latencies of P300 in both predialysis and dialysis patients.     

Can we talk? How the cognitive neuroscience of attention emerged from neurobiology and psychology, 1980–2005

This study uses author co-citation analysis to trace prospectively the development of the cognitive neuroscience of attention between 1980 and 2005 from its precursor disciplines: cognitive psychology, single cell neurophysiology, neuropsychology, and evoked potential research. The author set consists of 28 authors highly active in attentional research in the mid-1980s. PFNETS are used to present the co-citation networks. Authors are clustered via the single-link clustering intrinsic to the PFNET algorithm. By 1990 a distinct cognitive neuroscience specialty cluster emerges, dominated by authors engaged in brain imaging research.     

EEG-BCI实验范式交互界面设计综述研究

随着人工智能在神经科学和人机交互等领域的深度交叉融合,脑-机接口(BCI)再次引起了国内外智能交互领域学者的关注.目的 为了提高脑-机接口系统效率,运用交互设计思维呈现符合被试心理预期的界面形式,减少被试视觉疲劳,更加高效、准确的获取实验数据.方法 对目前基于事件相关电位(ERP)、视觉稳态诱发电位(SSVEP)和运动想象(MI)等EEG-BCI实验范式的交互界面设计进行了详细地梳理和归纳.结论 通过综述为脑-机接口实验范式设计研究提供参考,改善目前EEG-BCI在交互控制领域的应用局限性,提高BCI系统可用性、易用性.更有助于促进工效学、设计学科、认知神经科学、信息科学等多学科的交叉融合,为基于脑-机交互的人工智能发展提供新方向和新思路.     

电子雷管在地铁隧道爆破降振中的应用

研究地铁隧道穿越十字路口和相邻燃气管线时,使用电子雷管的爆破方案及方法。利用电子雷管可以任意设置时间的特点,重点研究上、下台阶间及隧道间的最佳延时间隔时间。确定起爆的间隔时差,通过干扰错峰来达到减振的效果,使爆破振动对周围燃气管线的影响达到最小。     

基于盲源分离的P300脑电信号特征提取方法的研究

P300脑电信号被广泛应用于脑认知、脑机接口,该信号强度弱,容易受到环境及眼动伪迹、心电、肌电和自发脑电信号的干扰,淹没在采集脑电信号中。为了将P300与各种干扰快速高效地分离开来,通过分析P300在时域、频域和头皮空间域的特征,提出了以相干平均和小波变换与盲源分离相结合的算法,从时频域和空域对P300进行特征提取,针对多导联脑电信号盲源分离后选取P300成分对应分量的问题,提出了一种新的方法,并且通过实验比较了Informax、FastICA和AMUSE等3种盲源分离算法在P300特征提取中的性能。实验结果表明,从时频空域对P300特征提取的性能较仅从时频域进行特征提取有明显提高。     

Mikrotribologie von PVD-Schichten

Microtribology of PVD-coatings Transparency of the tribological process by sensory and audio-visual process recording. By multi-media recording of the friction event the elementary contact processes get transparent so that damage causes can be recongnized. For this additional to the usual tribological readings audio-visual information were time synchronously gathered. By use of thin integrated sensors temperature or pressure is measured contiuously with high local resolution during the friction process inside the contact region. The damage mechanisms are analysed systematically and make influence measures possible to coating optimization to exclude an early failure of a tribological system.