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腦機交互系統技術

  • 作者：劉亞東//周宗潭//胡德文
  • 出版社：科學
  • ISBN：9787030576958
  • 出版日期：2019/06/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：303
人民幣：RMB 136 元      售價：元
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內容大鋼
    本書是作者及其團隊在腦機交互範式和原型系統研究上十余年的成果總結。書中提出P300超立方體編碼、序列運動想象範式、觸覺通道範式、移動目標選擇範式等創新性腦機交互方式方法。這些方法用於解決諸如運動想象模式拓展、視覺通道刺激優化、複雜系統腦機操縱等領域內存在的難點問題，進而推動腦機介面技術的實用化進程。基於這些方法，成功實現機械臂操作控制、智能地面移動平台控制、一級倒立擺控制等原型系統。這些系統多屬於國內首創，系統為腦機交互技術在各領域的應用提供整體方案，對相關係統研究具有借鑒意義。這些原型設計思想經過適當改造，可移植于實際系統的腦機控制中。
    本書主要面向腦機介面、人機交互、康復助殘等領域的科研人員和研究生，對人工智慧領域的科技工作者也具有參考價值。
作者介紹
劉亞東//周宗潭//胡德文
目錄
前言
第1章  腦機介面技術概述
  1.1  腦機介面的概念
    1.1.1  基本概念
    1.1.2  BCI的分類
  1.2  有損BCI
    1.2.1  有損BCI概述
    1.2.2  有損BCI發展中的一些重要研究
    1.2.3  有損BCI的發展趨勢
  1.3  無損BCI
    1.3.1  基於EEG的BCI
    1.3.2  基於fNIRS的BCI
    1.3.3  其他無損BCI
  1.2  本書的內容安排
  參考文獻
第2章  事件相關電位腦機介面
  2.1  引言
  2.2  P300 speller及其衍生範式
    2.2.1  P300 speller的設計
    2.2.2  oddball刺激範式與P300波
    2.2.3  P300 speller的改進和衍生範式
  2.3  P300-BCI與ERP-BCI
    2.3.1  ERP的P300成分
    2.3.2  瞬態視覺誘發電位BCI
  2.4  ERP-BCI的設計
    2.4.1  需求分析和選項確定
    2.4.2  設計要素Ⅰ：視覺設計
    2.4.3  設計要素Ⅱ：刺激編碼設計
    2.4.4  設計要素Ⅲ：刺激序列時間控制
    2.4.5  設計要素Ⅳ：信號處理與目標識別演算法
  2.5  相關的分析方法
    2.5.1  ERP特徵計算
    2.5.2  ERP特徵時空模式分析
  2.6  系統性能評價
    2.6.1  目標識別正確率
    2.6.2  信息傳輸率
    2.6.3  字元率
    2.6.4  寫人字元率
    2.6.5  實際信息傳輸率
  2.7  本章小結
  參考文獻
第3章  視覺腦機介面範式中的刺激類型
  3.1  引言
  3.2  視覺刺激類型的設計
    3.2.1  刺激類型的定義
    3.2.2  刺激類型的分類
  3.3  實驗設計和過程
    3.3.1  實驗範式設計
    3.3.2  實驗過程和數據採集
  3.4  不同刺激類型的比較

    3.4.1  字元識別方法
    3.4.2  拼寫性能
    3.4.3  分類器及特徵的時空模式
  3.5  本章小結
  參考文獻
第4章  事件相關電位腦機介面的超立方體編碼方案
  4.1  引言
  4.2  cube刺激編碼的設計
    4.2.1  cube編碼的生成
    4.2.2  目標預測方法
    4.2.3  性能指標及優化
  4.3  嵌入cube編碼設計
    4.3.1  嵌入cube編碼
    4.3.2  PITR計算和優化
    4.3.3  最優性能和配置的函數特性
  4.4  跨cube性能預測和優化方法
    4.4.1  score-P模型
    4.4.2  跨cube特徵分佈預測
    4.4.3  cube編碼的優化
  4.5  實驗設計
    4.5.1  刺激設計
    4.5.2  被試和數據採集
    4.5.3  實驗過程
    4.5.4  數據處理過程
  4.6  最優嵌入cube編碼及分析
    4.6.1  模型的檢驗
    4.6.2  最優嵌入cube編碼
    4.6.3  ERP時空特徵隨目標刺激概率的變化
  4.7  cube編碼優化的進一步討論
    4.7.1  關於碼長和正確率因素的進一步討論
    4.7.2  子菜單設計的優化策略
    4.7.3  刺激序列數的確定
  4.8  本章小結
  參考文獻
第5章  基於視覺搜索任務和視線獨立的腦機介面範式
  5.1  引言
  5.2  基於oddball視覺搜索任務的拼寫範式
    5.2.1  刺激序列設計
    5.2.2  兩種刺激呈現模式
  5.3  字元拼寫實驗
    5.3.1  拼寫實驗
    5.3.2  被試和數據採集
    5.3.3  系統校準
  5.4  數據處理與分析方法
    5.4.1  分類器訓練和在線字元識別
    5.4.2  ERP計算與分析
    5.4.3  離線性能分析
    5.4.4  EOG校準與分析
  5.5  結果與分析
    5.5.1  系統校準的結果

    5.5.2  在線拼寫正確率
    5.5.3  刺激誘發的特徵電位
    5.5.4  離線性能分析
    5.5.5  眼動顯著度分析
  5.6  oddball視覺搜索BCI範式的特點
    5.6.1  自糾錯拼寫系統的正確率要求
    5.6.2  中心視覺和外圍視覺比較
    5.6.3  任務複雜度和P300潛伏期的關係
    5.6.4  P300潛伏期的任務間差異
    5.6.5  練習效應
  5.7  進一步的改進
    5.7.1  最優目標集大小
    5.7.2  視覺設計的改進
  5.8  本章小結
  參考文獻
第6章  視覺P300誘發電位控制多關節機械臂範式
  6.1  引言
  6.2  RM-501機械臂及其控制系統
  6.3  機械臂控制P300範式設計與實現
    6.3.1  機械臂控制轉換方式設計
    6.3.2  BCI控制指令集設計
  6.4  信號處理演算法及參數選擇
    6.4.1  被試與信號採集
    6.4.2  P300信號特徵提取與分類演算法
    6.4.3  特徵分類演算法
  6.5  實驗結果分析與討論
    6.5.1  P300刺激呈現參數優化
    6.5.2  P300刺激重複次數優化
  6.6  本章小結
  參考文獻
第7章  基於視覺通道腦機介面的多移動目標選擇
  7.1  引言
  7.2  BCI類型選擇
  7.3  基於SSVEP的移動目標選擇範式
    7.3.1  SSVEP實驗範式設計
    7.3.2  實驗設計
    7.3.3  信號處理
    7.3.4  實驗結果分析與討論
  7.4  基於P300的移動目標選擇範式
    7.4.1  P300動態範式設計
    7.4.2  實驗設計
    7.4.3  信號處理
    7.4.4  實驗結果分析與討論
  7.5  本章小結
  參考文獻
第8章  機械臂控制的運動想象腦機介面範式
  8.1  引言
  8.2  範式設計、實現及控制策略
  8.3  數據處理
    8.3.1  信號預處理與特徵提取

    8.3.2  最小距離分析方法
  8.4  實驗結果分析與討論
  8.5  本章小結
  參考文獻
第9章  基於運動想象腦機介面的虛擬倒立擺控制
  9.1  引言
  9.2  IPC系統模型
  9.3  基於MI-BCI的IPC控制範式設計與實現
    9.3.1  EEG特徵選擇
    9.3.2  實驗準備
    9.3.3  離線訓練設計
    9.3.4  在線控制實驗設計
  9.4  信號處理演算法及改進
    9.4.1  EEG信號的非平穩性
    9.4.2  空域濾波演算法及其適應性優化
    9.2.3  分類演算法及其適應性優化
  9.5  實驗結果分析與討論
    9.5.1  實驗結果分析
    9.5.2  幾點討論
  9.6  本章小結
  參考文獻
第10章  真實倒立擺腦機協同控制系統
  10.1  引言
    10.1.1  BCI系統控制迴路的非對稱性
    10.1.2  提升BCI系統通信效率的基本方法
    10.1.3  增加被控對象的信息輸人源
  10.2  腦機共享自主性與腦機協同
    10.2.1  腦機協同BCI控制系統的基本原理
    10.2.2  人類原子運動理論
  10.3  基於腦機協同控制的IPC控制策略
    10.3.1  控制方案確定
    10.3.2  IPC平衡的協同控制實驗
    10.3.3  信號處理演算法
    10.3.2  實驗結果分析
    10.3.5  關於控制效果的討論
  10.2  本章小結
  參考文獻
第11章  多分類運動想象腦機介面範式設計
  11.1  引言
  11.2  六自由度MI-BCI的設計與實現
    11.2.1  實驗設計與數據採集
    11.2.2  數據處理方法及改進
    11.2.3  實驗結果分析
  11.3  序列MI-BCI範式
    11.3.1  實驗設計、數據採集與處理
    11.3.2  實驗結果
    11.3.3  分析與討論
  11.2  本章小結
  參考文獻
第12章  序列運動想象腦機介面範式在機器人控制中的應用

  12.1  引言
  12.2  基於序列MI的機器人行走控制
    12.2.1  被試MI任務選擇
    12.2.2  機器人行走控制系統設計
    12.2.3  對比實驗設計
    12.2.4  實驗結果
  12.3  多關節機械臂BCI控制
    12.3.1  機械臂控制實驗平台
    12.3.2  六分類序列MI範式
    12.3.3  機械臂控制策略
    12.3.4  實驗流程和性能指標
    12.3.5  實驗結果
  12.4  實驗結果分析與討論
    12.4.1  序列MI範式的控制性能
    12.4.2  序列MI-BCI存在的不足及其對控制性能的影響
    12.4.3  序列MI範式設計中的關鍵因素
  12.5  本章小結
  參考文獻
第13章  基於非同步序列運動想象腦機介面的助殘輪椅控制
  13.1  非同步序列MI範式
    13.1.1  非同步序列MI任務設計
    13.1.2  非同步序列MI任務檢測演算法
  13.2  助殘輪椅BCI控制系統設計
    13.2.1  助殘輪椅實驗平台
    13.2.2  輪椅控制策略設計
    13.2.3  助殘輪椅控制任務設計
  13.3  實驗流程與結果
    13.3.1  實驗流程
    13.3.2  助殘輪椅控制結果
    13.3.3  非同步序列MI任務在線檢測結果
    13.3.4  離線數據分析結果
  13.4  分析與討論
    13.4.1  助殘輪椅控制結果分析
    13.4.2  序列MI任務非同步檢測結果討論
    13.4.3  存在的問題及改進措施
  13.5  本章小結
  參考文獻
第14章  多時間尺度非同步序列運動想象腦機介面範式分類演算法
  14.1  引言
  14.2  時間窗口長度對序列MI任務檢測性能的影響分析
    14.2.1  時間窗口長度對分類正確率的影響
    14.2.2  時間窗口長度對響應時間的影響
  14.3  多尺度時間窗口分類演算法設計
    14.3.1  特徵提取方法
    14.3.2  分類器設計
  14.4  實驗結果
    14.4.1  序列任務模板匹配結果
    14.4.2  多尺度時間窗口與單一尺度時間窗口的結果對比
  14.5  結果分析與討論
  14.6  本章小結

  參考文獻
第15章  觸覺腦機介面範式
  15.1  引言
  15.2  觸覺誘發通道
  15.3  觸覺刺激軟硬體設計
    15.3.1  觸覺刺激模塊通信設計
    15.3.2  觸覺刺激模塊控制設計
    15.3.3  觸覺BCI實驗軟硬體設計
    15.3.4  ERP信號誘發測試
  15.4  觸覺P300範式設計
    15.4.1  腦電信號採集
    15.4.2  離線訓練設計
    15.4.3  在線測試設計
  15.5  信號處理演算法
    15.5.1  信號預處理
    15.5.2  特徵提取演算法
    15.5.3  信號分類演算法
  15.6  離線實驗
    15.6.1  實驗結果
    15.6.2  離線結果分析
  15.7  在線測試
    15.7.1  實驗結果
    15.7.2  在線結果分析
  15.8  本章小結
  參考文獻
彩圖

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