基于LabVIEW的实时脑—机接口系统实现

脑-机接口(Brain-Computer Interface,BCI)是近十年发展起来的一种新颖的人机接口方式。它是不依赖于脑的正常输出通路(外周神经系统及肌肉组织)的脑-机(计算机或其它装置)通讯系统。脑-机接口的一个重要用途是为那些思维正常但有严重运动障碍的患者提供语言交流和环境控制途径,提高其生存质量。脑-机接口技术在工业、航空、军事等领域也有潜在的应用价值。它正成为脑科学、康复工程、生物医学工程及人机自动控制研究领域的一个研究热点。目前,脑-机接口的研究正处于发展阶段,现有的脑-机接口系统还存在通讯速度低、效果不稳定等技术障碍。 本设计是在LabVIEW7.1环境下实现的。美国NI公司的LabVIEW是虚拟仪器领域内使用较为广泛的计算机语言,是一种图形化的编程语言,与其它高级语言最根本的区别是其源代码不是文本而是框图,它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受,被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。 本文给出了基于瞬态视觉诱发电位的实时反馈脑-机接口系统在LabVIEW环境下的实现方案。该方案的关键部分是视觉刺激器的设计、脑电信号的实时处理及产生脑-机接口系统所需要的控制信号,同时也将判别结果实时反馈给受试者。利用一台计算机和实现脑电信号实时处理的Active One生理信号测量系统建立了一个基于视觉诱发电位的实时反馈脑-机接口实验系统。本文中采用头皮电极记录枕部的皮层视觉诱发电位,该记录方式无创,容易被人接受。 本文采用LabVIEW设计了脑-机接口视觉刺激器。不同的刺激模块代表了多种可能的选择,受试者注视屏幕上其中一个闪烁的目标,通过分析所产生的诱发电位可判别受试者所注视的目标。脑电信号实时处理部分采用少量次数的累加平均并结合高效FIR滤波方法,有效地提高了信噪比,从强噪声背景下提取出微弱的视觉诱发电位,将提取出的诱发电位信号与测得的模板信号进行匹配,判断出受试者所注视的目标,产生脑-机接口系统所需的控制命令,并且将该判别结果反馈给受试者,从而实现实时反馈的脑-机接口系统。 本文所采用的方案能有效地诱发出可识别的具有特征性的视觉诱发电位,并且能够提取出所诱发的视觉诱发电位信号,产生控制命令,实现了实时反馈的脑-机接口系统,提高了脑-机接口系统的通讯速度和准确率。