脑机接口是一种通过读取人类大脑的脑电信号并将其处理后转换成电脑指令,输出到外部设备完成对外部设备的直接控制而无需大脑神经和正常肌肉参与的系统。通过脑机接口技术可以帮助神经和肌肉控制出现障碍的病人实现轮椅驾驶、文字输入、语音输出等功能。实验范式是脑机接口的其中一个主要研究方向,一个设计合理的实验范式能够控制整个实验的流程,给予使用者提示,刺激使用者产生包含某些易于分类的特征的脑电信号,并采集下来进行计算分类,最后将分类结果转换成输出指令输出到外部设备完成脑机接口的功能。本文将以运动想象脑机接口的基础实验范式为基础,设计在线异步的实验范式,改进一般实验范式存在的使用不方便、使用者受到屏幕限制、自由度低、精确度低等缺点,提升使用者的使用体验,提高脑机接口反馈控制的自由度和精度。本论文首先需要设计出脑电外部采集系统和运动想象的离线训练实验范式,以实现在线异步实验范式的功能。使用数字脑电图仪作为主体,辅助以电极帽、电极、电极线搭建了脑电采集系统。以运动想象的基础实验范式为基准,将空闲态作为新的自由度引入实验范式中,改进离线训练实验范式并进行实验验证,提高了实验范式的自由度;研究了缩短离线训练实验范式中的想象时间和休息时间的可行性,并通过实验得出达到最佳正确率的最短时间,从而减轻实验中受试者的疲劳度。为了进一步提高在线实验范式自由度,本论文引入了稳态视觉诱发在线实验范式,确定了稳态视觉诱发算法处理的最佳通道组合和时间窗长度,并设计了以运动想象为主、稳态视觉诱发为辅的混合型在线异步实验范式。通过设计一个控制小方块去触碰目标长方形的小游戏来测试在线异步实验范式的实用性,使用游戏的得分来评估实验范式的使用效果。改进实验范式的判断流程,将运动想象的分类结果转换为控制小方块进行向左、向右、向上运动的输出指令,并在此基础上添加一个以稳态视觉诱发电位控制的自由度,作为小方块的回退输出指令。实验结果显示,该在线异步实验范式在使用中取得了很好的效果,其设计思路会在脑机接口的实际应用中提供很大的帮助。