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脑机接口中脑电图-近红外光谱联合分析进展研究
1
作者 张力新 周鸿展 +3 位作者 王东 孟佳圆 许敏鹏 明东 《电子与信息学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期790-797,共8页
脑机接口(BCI)能将受试者意图相关的大脑活动转化为外部设备控制指令,在神经疾病治疗、运动康复等方面具有较高应用潜力。BCI的实现需从人脑获取有意义的信号,而脑电图(EEG)可以反映神经电活动,主要用于对反映实时性要求较高的BCI系统;... 脑机接口(BCI)能将受试者意图相关的大脑活动转化为外部设备控制指令,在神经疾病治疗、运动康复等方面具有较高应用潜力。BCI的实现需从人脑获取有意义的信号,而脑电图(EEG)可以反映神经电活动,主要用于对反映实时性要求较高的BCI系统;近红外光谱(NIRS)主要反映血流动力学水平,一般用于神经生理状态等需要精确定位脑活跃区域的研究。EEG和NIRS因其非侵入、方便穿戴、成本较低等优点,成为BCI的重要信号获取方法。相比于单模态BCI系统,基于EEG-NIRS联合分析的混合BCI系统由于具有更丰富的信号特征,在生理状态检测、运动想象等领域得到了越来越多的关注与研究。该文从EEG-NIRS联合分析在脑机接口中应用的研究现状出发,在数据和特征融合程度、层面上归纳最近的相关领域研究现状,并对EEG-NIRS信号处理手段的研究前景进行了展望。 展开更多
关键词 信号处理 脑机接口 脑电图 近红外光谱
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预测性编码在视听觉神经活动中的典型表征
2
作者 孟佳圆 姚旺 +4 位作者 孟强帆 李小语 王昊 许敏鹏 明东 《生物化学与生物物理进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2023年第7期1501-1516,共16页
现代神经科学研究指出,大脑是外部世界的“预测器”,它能根据先验知识和当前信息对即将到来的感觉信息进行主动估计,从而完成与外部世界的高效交互。预测性编码是描述预期作用机制的主要理论模型,梳理其在解释视、听觉神经现象方面的研... 现代神经科学研究指出,大脑是外部世界的“预测器”,它能根据先验知识和当前信息对即将到来的感觉信息进行主动估计,从而完成与外部世界的高效交互。预测性编码是描述预期作用机制的主要理论模型,梳理其在解释视、听觉神经现象方面的研究进展,可为深入理解大脑工作模式提供新的理论基础。本文简述了预测性编码的内容;从常用范式、典型现象、面临争议等方面梳理预期与感觉输入相互作用的典型研究;从有预期无刺激的神经表征、预期相关神经振荡模式两方面简述预期独立于刺激的内源性神经表征;进而回顾了支持预测性编码中分级结构的神经生理证据及重要神经结构。最后,本文从深化理论研究、助力疾病诊疗、启发脑-机接口技术等方面对预测性编码相关研究的发展进行了展望。深入理解预测性编码在视、听觉神经活动中的计算模型及神经表征,有望为揭示大脑感知觉神经活动工作模式开辟新途径。 展开更多
关键词 感知觉 预期 预测性编码 视觉 听觉 脑电图
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基于P300与ErrP决策融合的脑-机接口目标检测方法
3
作者 孙静敏 尤佳 +3 位作者 王昊 许敏鹏 孟佳圆 张力新 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2023年第6期31-38,共8页
针对脑-机接口(BCI)技术在目标检测中的应用仍然存在检测准确率受限的问题,提出基于事件相关电位(ERP)中的P300与错误相关电位(ErrP)决策融合的新型编解码方法。BCI系统编码方面通过目标图像和视觉反馈分别诱发P300与ErrP特征,解码方面... 针对脑-机接口(BCI)技术在目标检测中的应用仍然存在检测准确率受限的问题,提出基于事件相关电位(ERP)中的P300与错误相关电位(ErrP)决策融合的新型编解码方法。BCI系统编码方面通过目标图像和视觉反馈分别诱发P300与ErrP特征,解码方面采用单独P300特征、单独ErrP特征、P300与ErrP特征层融合、P300与ErrP决策层融合这4种方案进行目标检测。10名健康受试者4种方案进行目标检测的平均结果显示,使用P300与ErrP决策层融合的平衡正确率最高,达到80.03%±5.20%,相比单独使用P300特征的方法提升了4.38%,相比单独使用ErrP特征的方法提升了11.29%,验证了混合BCI技术在目标检测任务中的可行性。 展开更多
关键词 脑-机接口 目标检测 P300 错误相关电位 决策融合
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运动相关皮质电位在运动康复领域的应用 被引量：5
4
作者 明东 顾斌 +6 位作者 蒋晟龙 刘爽 王坤 孟佳圆 杜金刚 王春方 杨佳佳 《纳米技术与精密工程》 CAS CSCD 北大核心 2015年第6期425-433,共9页
大脑在想象或执行身体运动时产生的运动相关皮质电位(MRCPs)因富含大量运动信息、有较严格的锁时和锁相特征而有利于揭示人体运动神经机制、指导运动康复训练以及疗效评价,故受到运动康复领域研究人员的关注.尤其近年随着基于脑电(EEG)... 大脑在想象或执行身体运动时产生的运动相关皮质电位(MRCPs)因富含大量运动信息、有较严格的锁时和锁相特征而有利于揭示人体运动神经机制、指导运动康复训练以及疗效评价,故受到运动康复领域研究人员的关注.尤其近年随着基于脑电(EEG)的脑-机接口(BCI)技术在康复领域应用的快速发展,利用MRCPs提取大脑运动信息特征逐渐成为运动康复型BCI的研究热点.本文介绍了MRCPs信号的3个时段分量特点及与之对应的皮质激活区,并从运动意图检测、运动参数识别、运动神经机制探索和康复训练效果评价4个方面综述了将MRCPs信号检测和特征解码用于运动康复领域的研究现状,总结归纳了存在问题并分析了未来MRCPs在康复医学中应用的可行性.笔者认为融合MRCPs与其他运动特征信息用于指导运动康复训练实践应是未来运动康复领域发展的主要趋势. 展开更多
关键词 运动相关皮质电位 运动意图 运动康复 想象运动 脑-机接口
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脑电时间效应对情绪识别模型的影响及解决措施研究 被引量：1
5
作者 刘爽 仝晶晶 +6 位作者 郭冬月 柯余锋 孟佳圆 陈龙 许敏鹏 綦宏志 明东 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期39-45,共7页
近年来,越来越多的研究者投入到基于脑电的情绪识别研究中。然而在实际应用中,建立高精确度的情绪识别模型仍面临巨大的挑战,其中一个难点就是如何剔除或降低脑电信号的时间效应,进而提高情绪识别模型的时间鲁棒性。拟通过增加情绪模型... 近年来,越来越多的研究者投入到基于脑电的情绪识别研究中。然而在实际应用中,建立高精确度的情绪识别模型仍面临巨大的挑战,其中一个难点就是如何剔除或降低脑电信号的时间效应,进而提高情绪识别模型的时间鲁棒性。拟通过增加情绪模型中训练样本的天数,降低时间效应对识别模型的影响。利用视频诱发被试的正性、中性、负性3种情绪状态,共9名被试参与实验,每名被试需在1个月内进行5次数据采集,每次采集的时间间隔分别是1天、3天、1周和2周。采集被试60导联的脑电信号,并提取6个频段的功率谱特征。在模式识别阶段,分类器的训练样本分别来自N天的样本(N=1,2,3,4),剩余(5-N)天的数据则作为测试样本,得到不同训练天数下的分类正确率。结果表明:脑电时间效应的确会影响情绪识别的正确率,当训练集与测试集中的样本来源于不同的两天时,识别率显著下降(P<0.01);随着训练集样本天数的增加,正确率提高,正确率与训练样本的天数呈正相关;当训练集中样本来源于2~4天时,相比于1天的情况,平均正确率的提高率分别为6.45%(P=0.006)、10.48%(P=0.000)、14.40%(P=0.000),即增加训练集中样本的来源天数,能显著降低时间效应对分类效果的影响。结果证实,脑电时间效应能显著降低情绪识别模型的识别正确率,增加训练样本的天数可降低时间效应对识别模型的影响,并提高情绪识别模型的时间鲁棒性,从而为情绪模型从理论研究走向应用提供技术支持与研究思路。 展开更多
关键词 脑电 情绪识别 时间效应 鲁棒性 支持向量机
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刺激视野面积对稳态视觉诱发电位的影响 被引量：2
6
作者 许敏鹏 罗睿心 +2 位作者 韩锦 孟佳圆 明东 《信号处理》 CSCD 北大核心 2022年第10期2064-2073,共10页
基于稳态视觉诱发电位(SSVEP)的脑-机接口(BCI)系统通常采用占据较大视野面积的闪烁刺激以诱发更明显的脑电特征,但容易造成使用者疲劳、紧张和头痛,限制了SSVEP-BCI的实际应用。针对此问题,该文以幅值、信噪比、典型相关系数和任务相... 基于稳态视觉诱发电位(SSVEP)的脑-机接口(BCI)系统通常采用占据较大视野面积的闪烁刺激以诱发更明显的脑电特征,但容易造成使用者疲劳、紧张和头痛,限制了SSVEP-BCI的实际应用。针对此问题,该文以幅值、信噪比、典型相关系数和任务相关系数为指标,探究了不同刺激视野面积(以角度尺寸进行衡量,范围为0.1°至13°)对诱发SSVEP信号特征强度的影响。分析结果表明,SSVEP信号的强度最初随刺激角度尺寸的增大而增大,但在角度尺寸达到3°左右后增长开始变缓并保持平稳。综合考虑系统舒适度和特征强度两个因素后得出结论,SSVEP-BCI系统的刺激角度尺寸约为3°时能够达到最佳性能。该文为SSVEP-BCI的最佳刺激角度尺寸选择提供了依据,相关研究成果在舒适友好型BCI方面具有潜在的应用价值。 展开更多
关键词 脑-机接口 稳态视觉诱发电位 刺激视野面积
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大脑精确计时增强顶-枕区alpha频段能量
7
作者 孟佳圆 孟强帆 +1 位作者 许敏鹏 明东 《航天医学与医学工程》 CAS CSCD 北大核心 2020年第4期290-297,共8页
目的探究单间隔精确计时的神经响应,为大脑计时系统异常快速检测寻找更多的神经标记。方法12名受试者训练合格后参与了包含2种任务、基于时间模板的精确按键实验。任务1要求受试者在提示结束后的任意时刻按键2次,并保证2次按键间隔为100... 目的探究单间隔精确计时的神经响应,为大脑计时系统异常快速检测寻找更多的神经标记。方法12名受试者训练合格后参与了包含2种任务、基于时间模板的精确按键实验。任务1要求受试者在提示结束后的任意时刻按键2次,并保证2次按键间隔为1000ms,1500ms或2000ms。任务2与任务1的计时要求相同,但只进行第1次按键。用多变量模式分析(MVPA)对特征进行筛选和分类。结果任务1中3种时长任务的平均误差时间均小于60ms,合格率均较高。以第1次按键时刻对齐的事件相关电位(ERP)显示,3种情况波动趋势相似,相邻峰值间依次相差约500ms,说明受试者按照任务要求进行了精确计时。时-频分析发现,与无精确计时(第1次按键前)相比,精确计时过程中,顶-枕区alpha频段能量显著上升,3种时长条件结果相似。利用朴素贝叶斯分类器对有/无精确计时情况下的alpha能量特征进行分类,任务1在3种时长条件下的平均准确率分别为67.40%,69.60%,63.67%,最高达91.59%;任务2准确率依次为67.71%,67.92%,66.75%,最高达92.01%。上述分类结果证实了alpha特征的稳健性。结论单间隔的精确计时可引起大脑顶-枕区alpha频段能量的增强。 展开更多
关键词 精确计时 脑电 alpha频段能量 顶-枕区
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基于快速序列视觉呈现的脑-机接口应用范式研究进展
8
作者 孙静敏 孟佳圆 +4 位作者 尤佳 杨明明 江京 许敏鹏(综述) 明东(审校) 《生物医学工程学杂志》 EI CAS 北大核心 2023年第6期1235-1241,1248,共8页
快速序列视觉呈现(RSVP)是一类心理学视觉刺激实验范式,要求受试者辨别在同一空间位置上连续呈现的由数字、字母、单词以及图片等组成的刺激流中的目标刺激,可以在短时间内辨别海量信息。而基于RSVP范式的脑-机接口(BCI)不仅能够广泛用... 快速序列视觉呈现(RSVP)是一类心理学视觉刺激实验范式,要求受试者辨别在同一空间位置上连续呈现的由数字、字母、单词以及图片等组成的刺激流中的目标刺激,可以在短时间内辨别海量信息。而基于RSVP范式的脑-机接口(BCI)不仅能够广泛用于辅助交互、信息判读等场景,而且具有稳定、高效的优势,已经成为人-机智能融合的常用技术之一。近年来,RSVP-BCI研究主要集中在脑控拼写器、图像识别以及意念游戏等方向,因此,本文着重梳理了这三个领域中RSVP-BCI的范式设计和系统性能优化,展望了其生活娱乐、临床医疗、特种军事等前沿方向的潜在应用,以期为RSVP-BCI相关的研究提供参考和新思路。 展开更多
关键词 快速序列视觉呈现 脑-机接口 脑电图 范式设计
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脑-机接口中错误相关电位的解码算法研究 被引量：3
9
作者 孙劲松 钟子平 +3 位作者 肖晓琳 孟佳圆 许敏鹏 明东 《生物医学工程学杂志》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期463-472,共10页
基于错误相关电位(ErrP)的错误自检测有助于改善脑-机接口系统的实用性。但单试次ErrP信号的准确识别仍是阻碍这一技术发展的难题。为了衡量不同算法解码ErrP信号的能力,本文使用两个不同的公开数据集,对研究与相关应用中常见的4种线性... 基于错误相关电位(ErrP)的错误自检测有助于改善脑-机接口系统的实用性。但单试次ErrP信号的准确识别仍是阻碍这一技术发展的难题。为了衡量不同算法解码ErrP信号的能力,本文使用两个不同的公开数据集,对研究与相关应用中常见的4种线性判别分析算法、2种支持向量机、逻辑回归以及判别典型模式匹配(DCPM)共8个算法展开对比。文中主要分析了算法的分类正确率和算法性能随训练集样本数量的变化情况。实验结果表明DCPM具有最佳的综合性能。本研究揭示了各算法性能与训练样本数目和ErrP试验范式间的相互影响,为研究与实际应用中ErrP解码算法的选择提供参考。 展开更多
关键词 脑-机接口 错误相关电位 模式识别 单试次检测
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