基于视听觉感知与认知的脑机交互方法与关键技术研究

脑-机接口是指在大脑和外部环境之间建立的一种直接的交流和控制通道。它在医疗、康复、人体功能再造、反恐、生物反馈训练等众多领域有着广泛的应用前景，它对科学技术自身的发展也有重要意义。本项目研究与视听觉相关的脑-机接口方法，以及与之有关的脑电信息传输、处理和控制技术。重点研究：视听感知与认知的脑功能分析方法；基于视觉激励调制和认知加强的脑机接口新范式；实现听觉多目标识别的脑―机接口新方案；机器人运动协调控制的策略与方法。此外，在相关的工程技术的研究中，将针对电极佩戴问题从工程角度研究提高使用方便性的解决方案，还将利用人工视听辅助提高人机交互的友好性。本项目的最终目标是为运动障碍的残疾人提供具有可操作性的脑―机交互新方法；同时也为实现较少人工干预的机器人控制提供可借鉴的方法和相关技术。

脑-机接口是指在大脑和外部环境之间建立的一种直接的交流和控制通道，它在众多领域有着广泛的应用前景。在国家自然科学基金委员会重大研究计划“视听觉信息的认知计算”资助下，4年中清华大学和国防科大课题组人员努力工作、紧密协作，超额完成了任务书的要求。本项目的主要特色与创新点如下：.1）研究了脑―机接口系统中视听刺激的新模式。综合利用频分、时分、码分等多种调制方式进行多目标视觉刺激，构建高效的脑机接口编码与解码方法。基于伪随机编码的脑机接口系统的信息传输率将超过国际目前的先进水平。面向残疾人提供简捷实用的脑-机接口系统，这些系统具有在线处理功能，并且具有电极少、性能稳定的特点。综合性能达到国际先进水平。.2）对脑机接口系统中感觉―知觉―认知脑信息的产生及通过交互作用强化进行了系统研究。统筹利用全时程脑电响应，包含与感觉相关的P1成分、与知觉相关的N2/P2成分、以及与认知相关的P3/LPC等多个成分。由于综合利用多种诱发成分与多种激励模式，加之在算法上的优化，提高了BCI系统的稳健性和适应性。在听觉脑-机接口中引入目标辨识和认知任务强化的概念，很好地解决听觉脑―机接口中神经信息弱，通讯效率低的问题。.3）研究了脑―机接口系统中运动协调控制的新机制。利用人脑对视听觉反应辅助实现运动协调。实现了利用P300与运动想象相结合的多模态脑机接口，可以同时控制机械臂多个关节运动的构想，增加控制的灵活性。针对脑机接口信噪比低、准确率差和延时长等问题，提出了基于机器智能辅助的脑机接口融合导航方法。设计并实现了一个脑机接口与双激光雷达融合的移动车导航系统。