脑控与双手联合多任务作业的脑-机接口方法研究

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脑-机接口(brain-computer interface,BCI)是一种通过检测大脑神经信号,不依赖肌肉组织和周围神经进行对外交互输出的方法。作为一种新型的人机交互方法,当前的绝大多数BCI研究主要集中于如何使用BCI提高病人或残疾人的对外交互能力,BCI对于健康个体的使用价值仍鲜有研究。健康个体在执行任务时,其双手在不断的进行操作以完成对外交互,而BCI可以提供“第三只手”进行多任务作业从而提高对外交互效率。针对上述问题,本文开展了以下研究:
  首先,本文首次探索了双手在进行多任务作业时,基于稳态视觉诱发电位的BCI(steady-state visual evoked potential-based BCI,SSVEP-BCI)作为“第三只手”辅助作业的可行性,使用多属性任务组作为双手任务与SSVEP-BCI并行,分析了双手作业与SSVEP-BCI之间的相互影响,并对10名健康受试者进行了实验。结果表明双手多任务作业与SSVEP-BCI之间无显著相互影响,这预示着SSVEP-BCI与双手联合进行多任务作业有较高的可行性。
  其次,为了实现可针对随机事件进行响应的BCI方法,本文进一步设计了一种连续闪烁SSVEP-BCI(continuous-flashing SSVEP-BCI,cSSVEP-BCI)的刺激编码方法与解码方法,并在多任务作业中探究了cSSVEP-BCI与双手联合作业的性能。同时,探究了训练对受试者使用该系统的提升效果。18名健康受试者参与了该实验,使用cSSVEP-BCI与双手联合作业时,在1s脑电数据的条件下实现了93.44%的平均识别正确率,验证了该方法的有效性。此外,cSSVEP-BCI与双手联合作业中BCI的平均识别正确率在训练后提升了15.43%,结果表明了训练可以提升受试者使用cSSVEP-BCI的识别正确率,从而提高联合作业效果。
  最后,采用cSSVEP-BCI联合双手多任务作业的实现方法设计了脑控与双手联合作业的在线游戏任务,以模拟双手进行持续任务操控的同时采用cSSVEP-BCI进行辅助操作。10名健康受试者参与了该实验,游戏中遇到随机事件时,在不影响双手任务的情况下使用cSSVEP-BCI实现了更多指令的输出。验证了该cSSVEP-BCI与双手联合作业的有效性。
  本文针对脑控与双手联合多任务作业的脑-机接口方法开展了研究,通过探究SSVEP-BCI联合双手多任务作业的实现方法,分析了双手多任务作业与SSVEP-BCI的相互影响,验证了健康受试者使用SSVEP-BCI实现脑控与双手联合多任务作业的可行性,研究结果有望为BCI在健康个体中的应用提供新思路。
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