基于Android的脑-机接口系统设计

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脑-机接口作为一种大脑与外界进行信息交互的全新方式,引起了科研人员、医护人员、残障人士等的广泛关注。  脑-机接口主要包括信号采集装置、信号处理装置和外围设备三个部分。目前多数脑-机接口系统只能在实验室实现,信号处理装置一般为个人PC机或笔记本电脑,且三个部分之间的信号传递一般采用有线方式,这严重阻碍脑-机接口技术走向应用。针对以上缺点,本文设计了一种基于Android的脑-机接口系统,采用Android移动设备作为信号处理平台,并通过蓝牙进行信号传递。具体工作内容如下:  (1)设计系统总体架构及相关人机交互界面,并将系统划分为五个功能模块,即蓝牙控制模块、数据处理模块、图形绘制模块、视觉诱发模块以及特征提取与模式识别模块。  (2)各个功能模块的设计与实现。蓝牙控制模块主要用于在Android移动设备与脑电采集装置之间建立连接,并实现数据互传。数据处理模块根据信号采集装置的数据格式,对数据进行拼接还原,将还原后的原始数据存储在Android移动设备的SD卡中,并实现了低通滤波器的功能。图形绘制模块实现了脑电图记录仪的基本功能,向信号采集装置发送“开始发送数据”指令后,在Android移动设备上绘制脑电图,发送“停止发送数据”指令后停止绘图。视觉诱发模块采用“模拟自然阅读”模式诱发脑电位,并记录相关原始数据。特征提取与模式识别模块提取反映受试者完成任务的信号特征,并识别出受试者完成的任务。  (3)测试整个系统及相关功能模块。经验证,Android移动设备与脑电信号采集装置之间的蓝牙设备连接正常,且在建立连接之后可以正确的进行数据传送、数字拼接还原及数据存储等操作。通过肉眼可以明显区分睁眼和闭眼状态的脑电图,绘制记录的原始数据的频谱图,在闭眼状态有明显的α波频谱分布。绘制视觉诱发模块记录的原始数据的ERP叠加图,可以看到明显的N200和P300成分。  经测试表明,本系统可以正常工作且记录的数据可靠,在Android移动设备上采用“模拟自然阅读”模式可以诱发出N200和P300成分。
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