文档介绍：安徽大学硕士学位论文摘要
摘要
脑-机接口(BCI)是在人脑和计算机或与其它电子设备之间,建立不依赖于
常规的信息输出通道(外周神经和肌肉组织)的对外信息交流和控制的技术。脑
-机接口使用在头皮或皮层神经元处记录的脑电活动,并把它转化为控制信号,
进而实现对外部环境的控制。通过脑-机接口,人可以直接通过脑来表达想法或
操纵设备,而不需要通过语言和肢体的动作。
脑-机接口技术是一种涉及神经科学、信号检测、信号处理、模式识别等多
学科的交叉技术。一个 BCI 系统是由信号采集、特征提取、分类算法、命令输
出等单元组成。脑-机接口技术的研究具有重要的理论意义和广阔的应用前景。
BCI 技术不仅为人们提供了一种全新的对外交流的通道,其更为重要的科学意义
和学术价值在于 BCI 的研究和开发过程将有助于人类对大脑认知模式、信息流
程和控制方式的深入理解,也为解读大脑思维模型和意识形成机制提供崭新的研
究渠道与方法。
本文首先介绍了脑-机接口的基本概念和研究现状,进而揭示研究 BCI 的目
的与意义。通过分析脑电信号的特征以及其对应的生物机理,选取适合 BCI 系
统所需要的脑电信号类型。通过分析和比较当前国内外研究 BCI 的方法和进展,
提出本文所设计的在线的 BCI 系统结构模型,即脑电信号经过放大、采集、处
理、特征提取和分类识别后,将识别结果转化成 BCI 系统所需的控制命令,最
终实现通过脑电直接对外部设备的实时通信与控制。按照此思路,逐一完成脑电
信号采集的电路设计、硬件平台建立、软件平台分析、外部控制设备以及反馈系
统搭建等工作。最后利用本文设计的 BCI 系统平台,实现两类比较典型的 BCI
实验系统。本文主要工作如下:
(1)脑电信号采集电路设计:
由于脑电信号微弱而且容易受到外界噪声干扰,本论文针对脑电信号的特点
及其产生的机理,设计出高共模抑制比的脑电信号放大电路,并通过精心设计模
拟滤波电路对脑电信号首先进行预处理,可以将微弱的脑电信号从复杂的噪声背
景中提取出来。同时利用采集卡将模拟的脑电信号转换成数字信号,通过 USB
接口传递给计算机,这样就可以在计算机系统中对脑电信号进行分析和处理。
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安徽大学硕士学位论文基于脑电信号的人机交互系统设计与实现
(2)BCI 软件平台设计:
系统的软件平台是联系 BCI 硬件系统各部分的纽带,管理着 BCI 系统的硬
件资源和软件模块。本文利用 VC++ 软件的强大功能,借助个人计算机的硬
件平台基础,把脑电信号的采集、处理、识别、分类、外界设备控制与反馈等功
能整合成一个软件平台,实现在线的 BCI 系统模型。该软件系统同时具有波形
实时显示、存储、回放、频谱显示等功能。
(3)两类 BCI 应用实验系统的实现:
按照本文设计的 BCI 的系统结构,采用本文所设计的 BCI 的硬件平台和软
件平台,实现两类 BCI 应用实验系统:一种是基于自发脑电 alpha 波的人机交互
系统,另外一种是基于稳态视觉诱发脑电的无线遥控小车控制系统。
在论文的最后,对本论文的工作和研究成果进行总结,在介绍目前 BCI 系
统研究需要解决问题的基础上,同时对下一步研究内容提出展望。

关键词:脑-机接口,脑电图,共模抑制,放大器,采集,特征提取,模式识别

II
安徽大学硕士学位论文 Abstract
Abstract
puter interface (BCI) is a technology for external information
exchange and control. It is established between the human’s brain puter or
other electronic devices and it is independent of routine brain information output way.
puter interface uses brain electrical activity which is recorded in the scalp
or cortical neurons, and puts it into a mand to the outside world, thus
achieves the control of the external environment. Through puter interface,
people can directly express their thought and manipulat