基于EEG和fNIRS的多模态脑机接口运动想象参数研究

Brain Computer Interface （BCI）is a novel human-machine interface technology, which can realize direct control of a device using thought.Besides providing aid for severed disable people, the technology can be used in fields such as military, entertainments, heahivor aid for normal people, as well as brain function researches. Currently, most of BCI researches are based on EEG. EEG has very good temporal resolution, but less spacial resolution.The disadvantage of EEG can be compensated by fNIRS to some extent, which has better spacial resolution. In our research, we will explore the classificaiton of movement imagination parameters of speed and force using EEG and fNIRS based multi-modality BCI technology. To get more movement imagination details to control a robot, the multi-modality brain signal feature extraction technology, the multi-feature fusion technology, and the multi-feature classification technology will be researched throughly. Then, we will research movement parameter imagination based robot multilayer control interface, as well as the trilateral adaptive algorithm for human brain, BCI model and robot multilayer control interface. Finally, a robot control demonstration system will be established using EEG and fNIRS based multi-modality BCI system. .

脑机接口是一种新颖的人机接口技术。该技术可直接利用大脑信息控制外围设备，实现"意念控制"。除了能为严重残疾人提供辅助控制外，还能应用于军事、娱乐、正常人的行为辅助以及脑功能的研究。目前，绝大多数的脑机接口研究技术都是基于EEG开展的。虽然EEG有很好的时间分辨率，但空间分辨率相对比较低。fNIRS的出现在一定程度上弥补了EEG空间分辨率过低的缺陷。本课题拟采用EEG和fNIRS联合测量的多模态脑机接口技术，采用运动想象作为研究范式，对运动想象的力和速度等参数进行研究。通过多模态脑信号特征提取、特征融合技术，对多模态的融合特征进行分类，以获得更多的运动想象的细节指令。同时，对基于运动想象参数细节指令的机器人多层控制结构接口进行研究，采用人、脑机接口模块和机器人多层控制接口的三边自适应算法，构建基于EEG和fNIRS的多模态脑机接口利用运动想象参数控制机器人的演示系统。

脑机接口是一种不依赖于正常的神经通路，直接利用大脑控制外部设备的一种技术。脑机接口不仅能为残疾人提供一种新的与外界交流的方式，还可以应用到军事、娱乐和脑功能的研究中。目前，绝大多数脑机接口技术采用脑电（EEG）的测量技术，然而EEG的空间解析度低，而功能性近红外（fNIRS）的出现在一定程度上弥补了EEG空间分辨率低的缺陷。本课题采用了基于EEG和fNIRS的多模态测量技术，可以提取更多的脑信息，提高了脑机接口中意图的识别率。采用了基于运动参数想象的研究范式，提高了脑机接口中生成控制指令的个数。建立了基于EEG和fNIRS的速度和力的解码模型，通过EEG和fNIRS的特征融合，识别出不同的运动想象参数，从而控制机器人运动的方向和速度。共发表和录用学术论文5篇，申请发明专利1项，国际实用新型专利1项。