脑-机接口是一种不依赖于正常神经肌肉通道的信息传输通道,其目的是为运动性功能障碍患者与外界交流提供一种新途径。近二十年来,脑-机接口技术在众多学者和研究人员的努力下不断发展进步,但想要满足实际应用的需求,还需要进一步的提升。目前研究的脑-机接口系统大部分分析的都是单一的脑电特征成分,这种系统可以实现对人大脑简单行为意识的识别,但想要用单一脑电特征成分完成大脑复杂思维任务的识别是比较困难的。近年来,融合多种脑电信号构成的混合型脑-机接口成为脑-机接口研究领域的一个重要方向。“模拟阅读”脑-机接口系统是由中南民族大学认知科学国家民委重点实验室提出的,模拟阅读的实验范式是采用一串靶和非靶字符组成的字符串来诱发事件相关电位,然后通过识别事件相关电位特征来确定目标字符。在模拟阅读实验范式基础上设计的双页脑控字符输入系统中一个字符的输入需要两次事件相关电位的诱发和识别,这就导致单个字符的输入耗时较长。为了解决上述问题,本文尝试在模拟阅读脑-机接口系统中加入一种新的脑电模式,设计一个融合两种脑电模式的混合型脑-机接口系统。本研究选择了融入稳态视觉诱发电位,设计一款基于模拟阅读和稳态视觉诱发电位的混合型脑-机接口系统(命名为IS-BCI系统)。具体内容如下:(1)基于模拟阅读和SSVEP的混合型脑-机接口的刺激范式(命名为IS范式)的设计。IS范式中融合了两种脑电信号模式,可以产生两种形式刺激,一种是模拟阅读诱发范式的靶与非靶刺激,另一种是稳态视觉诱发电位诱发范式下的闪烁刺激。IS范式的刺激界面设置为一个7行7列的键粒排布,键粒由上下两部分组成,上半部分写着该键粒所表示的字符的名字,下半部分是一个小视窗,小视窗里面用来显示刺激字符。模拟阅读诱发范式是采用一串靶和非靶字符组成的字符串来诱发事件相关电位,稳态视觉诱发电位的诱发范式是通过不同颜色的两个字符串的交换实现固定频率闪烁。两种刺激在显示刺激的小视窗中同时出现。通过检测靶刺激诱发的N2P3出现的位置判断目标字符所在的列,通过目标频率识别判断目标字符所在的行,目标字符的行列位置确定就可以完成字符输入。(2)模式识别及结果分析。对于IS范式下采集的混合脑电信号中包含诱发的两种脑电特征,其中在时域下进行独立成分分析,提取N2P3特征,选择支持向量机对提取的特征进行分类。在频域下,首先对信号进行空间滤波,去除无关频率的影响,然后选用典型相关分析对频率特征完成识别分类。文中还分析了行间距和时间窗长度对稳态视觉诱发电位识别准确率的影响,选择了最优的行间距和时间窗长度,提高了IS-BCI系统的字符识别准确率。结果分析,模拟阅读脑-机接口双页字符输入系统单个字符的识别时间为5.7s,IS-BCI字符输入系统单个字符的识别时间只需3.45s,即稳态视觉诱发电位的融入并没有降低模拟阅读脑-机接口系统的性能,而且新设计的IS-BCI系统相较于模拟阅读脑-机接口字符输入系统的信息传输率提高将近1倍。