基於腦電/眼電的特定運動想像多模式識別方法研究

《基於腦電/眼電的特定運動想像多模式識別方法研究》是依託杭州電子科技大學，由羅志增擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於腦電/眼電的特定運動想像多模式識別方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：羅志增
• 依託單位：杭州電子科技大學

項目摘要

人對自身的研究一直未停息過，尤其對腦活動及認知的研究則是近二十年來的熱點與難點。我國有基數龐大的肢體殘疾人群體，絕大多數大腦健康但移動及行為能力受限，迫切需要智慧型輔助器械代償其肢體缺陷，所以研究能依據大腦運動想像控制輔助器械的人機互動接口意義重大。項目從腦電與眼電信號協同性出發，研究腦電/眼電信號融合算法，實現多種運動想像模式的識別。腦電信號是典型的非平穩隨機信號，直接對運動想像腦電信號分析和模式識別，存在可識別模式數少、識別率低、穩健性差等問題。將同一運動想像過程產生的腦電與眼電信號結合，使體現人體運動思維意願的內在腦電信息和動作想像的外在眼部狀態協同並強化大腦對運動想像生物電的信息表達；運用去噪的腦電與眼電信號特徵先分類後融合的方法，在匹配分數層把兩者信息結合起來得到一致的表達並給出識別結果；以電動輪椅作為人機接口控制對象進行實驗驗證。項目內容涉及多學科交叉，研究價值高，套用前景好。

結題摘要

項目從腦電與眼電信號協同性出發，將同一運動想像過程產生的腦電與眼電信號結合，使體現人體運動思維意願的內在腦電信息和動作想像的外在眼部狀態協同並強化大腦對運動想像生物電的信息表達，通過腦電信號與眼電信號的融合算法，實現多種運動想像模式的識別，並實驗用於腦機接口系統中。 項目組構建了利用同一運動想像過程產生的腦電信號和眼電信號進行輪椅控制的實驗系統。利用該系統完成了運動想像策略比較實驗；運動想像控制輪椅的離線訓練實驗；以及基於運動想像控制輪椅行駛的線上虛擬場景控制實驗和實物控制實驗，獲取了研究分析所需的各類實驗數據。 在實驗研究的基礎上，開展了從實驗設計、信號處理、特徵提取和分類識別等方面的系統研究工作。項目組提出了同步動作觀察引導運動想像的策略，採用該種策略能顯著改善運動想像效果，增強腦電特徵的可辨識度，提升輪椅控制命令識別的正確率；提出了基於盲源分離，小波變換、希爾伯特變換的多種腦電信號消噪方法；提出了利用感覺運動區少導聯腦電，基於AR譜估計、模糊熵、雙樹復小波變換、模糊化符號複雜度的運動想像特徵提取方法，以及利用多腦區多導聯腦電，基於腦功能網路鄰接矩陣分解、導聯間相關性分析的運動想像特徵提取方法；提出了基於Choquet 模糊積分隱馬爾科夫模型、半監督學習、深度自編碼降維的主軸動態核聚類，增量孿生支持向量機後驗機率的多種運動想像腦電信號識別分類方法；以及基於腦電、眼電信息融合的控制意圖感知方法。 綜合套用所取得的理論成果，項目組完善了所構建實驗平台混合腦機接口的核心處理模組，基於運動想像控制輪椅運行的實驗結果驗證了所提出方法的有效性。 項目組還積極參與國內外學術交流，拓展研究思路，探索套用所取得的研究成果進行基於多模態生物信號的運動功能障礙評估研究，並已取得初步研究成果。 基於所取得的研究成果，項目組已發表國際期刊論文4篇，核心期刊論文20篇，一般刊物論文2篇，同時還發表國際會議論文4篇，全國性會議論文9篇。所發表的學術論文中，SCI收錄4篇，EI收錄17篇。獲授權中國發明專利11項。培養在讀博士研究生2名、碩士研究生6人，已經畢業碩士研究生7名。培養年輕教師2人。