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基于想象的腦機(jī)交互原理與實(shí)踐 讀者對(duì)象:本書不僅可供從事BCI研發(fā)的人員參考,也可供受認(rèn)知與神經(jīng)科學(xué)啟發(fā)的人工智能(包括類腦計(jì)算、腦機(jī)智能融合等方向)的研發(fā)人員參考,還可作為高年級(jí)本科生、碩士和博士研究生的教材。 ![]()
人類個(gè)體具有豐富多樣的心理想象活動(dòng),不僅有運(yùn)動(dòng)想象,還有言語(yǔ)想象、視覺想象、聽覺想象和觸覺想象等。想象力比知識(shí)更重要,是創(chuàng)造力的重要源泉之一。心理想象有望成為腦機(jī)交互(BCI)范式創(chuàng)新設(shè)計(jì)可選的心理活動(dòng);谙胂蟮哪X機(jī)交互是一類重要的BCI,通過(guò)心理想象誘發(fā)的腦信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)大腦與外設(shè)直接的通信和控制。本書強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合,認(rèn)為成功的BCI系統(tǒng)研發(fā)不是一個(gè)單純的工程實(shí)現(xiàn)方法或算法問題,更重要的是理論與原理。本書注重基礎(chǔ),包含了BCI的一些共性基礎(chǔ)內(nèi)容,包括BCI相關(guān)術(shù)語(yǔ)、BCI范式與神經(jīng)編碼、BCI金標(biāo)準(zhǔn)(在線BCI系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用的綜合評(píng)價(jià)方法——用戶可用性、滿意度和使用情況)。在此基礎(chǔ)上,本書聚焦基于想象的BCI基本概念、理論、原理和方法,以及運(yùn)動(dòng)想象BCI實(shí)踐和應(yīng)用。本書不僅可供從事BCI研發(fā)的人員參考,也可供受認(rèn)知與神經(jīng)科學(xué)啟發(fā)的人工智能(包括類腦計(jì)算、腦機(jī)智能融合等方向)的研發(fā)人員參考,還可作為高年級(jí)本科生、碩士和博士研究生的教材。
伏云發(fā),2012年博士畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院研究生院、中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所機(jī)器人學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,獲工學(xué)博士學(xué)位。現(xiàn)為昆明理工大學(xué)腦認(rèn)知與腦機(jī)智能融合創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人,擔(dān)任中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)會(huì)腦機(jī)接口與康復(fù)專業(yè)委員會(huì)第一屆委員會(huì)常務(wù)委員、中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)腦機(jī)融合與生物機(jī)器智能專業(yè)委員會(huì)第三屆委員、中國(guó)認(rèn)知科學(xué)學(xué)會(huì)計(jì)算神經(jīng)工程專委會(huì)委員、腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟專家委員會(huì)資深專家、腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟科普與科技倫理工作組副主席,從事腦機(jī)接口研究17余年,主要研究興趣為腦機(jī)接口與神經(jīng)反饋及其應(yīng)用。楊幫華,2006年獲上海交通大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位,現(xiàn)為上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院、醫(yī)學(xué)院雙聘教授,博士生導(dǎo)師,腦機(jī)工程研究中心負(fù)責(zé)人。獲上海市浦江人才、上海市五一勞動(dòng)獎(jiǎng)、上海市三八紅旗手,擔(dān)任中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)會(huì)腦機(jī)接口與康復(fù)專委會(huì)副主任委員、全國(guó)信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)腦機(jī)接口分技術(shù)委員會(huì)委員、中國(guó)腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟資深專家,深耕腦機(jī)接口領(lǐng)域20余年,主要研究領(lǐng)域包括運(yùn)動(dòng)想象腦機(jī)接口編解碼技術(shù)及其結(jié)合VR應(yīng)用,相關(guān)研究成果多次被中央電視臺(tái)報(bào)道。陳樹耿,2021年獲復(fù)旦大學(xué)醫(yī)學(xué)博士學(xué)位,澳大利亞昆士蘭大學(xué)訪問學(xué)者,現(xiàn)為華山醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科主管物理治療師,擔(dān)任中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)會(huì)腦機(jī)接口與康復(fù)專業(yè)委員會(huì)委員、中國(guó)研究型醫(yī)院學(xué)會(huì)神經(jīng)再生與修復(fù)專業(yè)委員會(huì)腦機(jī)接口學(xué)組委員,從事腦機(jī)接口及其臨床應(yīng)用和腦機(jī)制研究10余年,主持國(guó)家級(jí)和省部級(jí)腦機(jī)接口相關(guān)項(xiàng)目3項(xiàng),獲得中國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新與促進(jìn)獎(jiǎng)、上海康復(fù)醫(yī)學(xué)科技獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。吳小培,2002年獲中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位,現(xiàn)為安徽大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授,博士生導(dǎo)師,安徽省學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人后備人選,安徽大學(xué)“生物信息感知與人機(jī)交互”科研團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。2003—2006年在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)信號(hào)與信息處理博士后流動(dòng)站從事博士后研究工作。曾作為國(guó)家留學(xué)基金委公派訪問學(xué)者赴美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校學(xué)習(xí)。長(zhǎng)期從事信號(hào)處理領(lǐng)域的教學(xué)與科研工作,在多模態(tài)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理方法及其在腦-機(jī)接口實(shí)用化技術(shù)方面取得了多項(xiàng)有價(jià)值的科研成果。
第1篇 腦機(jī)交互(BCI)的一些共性內(nèi)容
第1章 BCI重要內(nèi)容:BCI相關(guān)術(shù)語(yǔ) 2 1.1 BCI直接相關(guān)術(shù)語(yǔ) 2 1.1.1 腦?機(jī)器接口(BMI) 3 1.1.2 腦?計(jì)算機(jī)交互(BCI) 3 1.1.3 腦機(jī)融合 3 1.1.4 大腦(Brain)或中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS) 5 1.1.5 計(jì)算機(jī) 5 1.1.6 BCI用戶 6 1.1.7 腦信號(hào)采集 6 1.1.8 BCI范式 6 1.1.9 BCI神經(jīng)編碼 7 1.1.10 BCI神經(jīng)解碼 7 1.1.11 神經(jīng)反饋(NF) 7 1.1.12 感覺運(yùn)動(dòng)假說(shuō) 8 1.1.13 BCI跨學(xué)科性 9 1.1.14 BCI系統(tǒng)中的兩個(gè)自適應(yīng)控制器(CNS和BCI) 9 1.2 BCI緊密相關(guān)術(shù)語(yǔ) 10 1.2.1 感覺運(yùn)動(dòng)節(jié)律腦機(jī)接口(SMR-BCI)相關(guān)術(shù)語(yǔ) 10 1.2.2 運(yùn)動(dòng)想象腦機(jī)接口(MI-BCI)相關(guān)術(shù)語(yǔ) 11 1.2.3 基于認(rèn)知的腦機(jī)接口相關(guān)術(shù)語(yǔ) 16 1.2.4 P300腦機(jī)接口(P300-BCI)相關(guān)術(shù)語(yǔ) 18 1.2.5 穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位腦機(jī)接口(SSVEP-BCI)相關(guān)術(shù)語(yǔ) 21 1.2.6 穩(wěn)態(tài)聽覺誘發(fā)電位腦機(jī)接口(SSAEP-BCI)相關(guān)術(shù)語(yǔ) 28 1.2.7 穩(wěn)態(tài)觸覺誘發(fā)電位腦機(jī)接口(SSTEP-BCI)相關(guān)術(shù)語(yǔ) 30 1.2.8 依賴性BCI(Dependent BCI) 31 1.2.9 獨(dú)立性BCI(Independent BCI) 31 1.2.10 混合腦機(jī)接口(Hybrid BCI) 31 1.2.11 同步/異步腦機(jī)接口(Asynchronous/Synchronous BCI) 32 1.2.12 分布式腦機(jī)接口(Distributed BCI) 34 1.3 BCI用戶相關(guān)術(shù)語(yǔ) 34 1.3.1 BCI受試者(Subject) 35 1.3.2 嚴(yán)重運(yùn)動(dòng)功能障礙(Severe Motor Impairments) 35 1.3.3 BCI人因工程相關(guān) 37 1.3.4 BCI可用性(BCI Usability) 37 1.3.5 BCI用戶評(píng)價(jià) 39 1.3.6 BCI 使用情況 40 1.3.7 個(gè)性化BCI 41 1.3.8 BCI醫(yī)學(xué) 41 1.3.9 BCI醫(yī)學(xué)目標(biāo) 42 1.3.10 BCI倫理 42 1.3.11 BCI轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué) 46 1.4 實(shí)用BCI相關(guān)術(shù)語(yǔ) 46 1.4.1 BCI臨床驗(yàn)證 47 1.4.2 BCI臨床評(píng)估 47 1.4.3 BCI臨床推廣 47 1.4.4 BCI替代功效 48 1.4.5 BCI恢復(fù)功效 48 1.4.6 BCI增強(qiáng)功效 48 1.4.7 BCI補(bǔ)充功效 48 1.4.8 BCI改善功效 49 1.4.9 BCI系統(tǒng)穩(wěn)定性 49 1.4.10 BCI系統(tǒng)準(zhǔn)確性 49 1.4.11 BCI系統(tǒng)快速性 50 1.4.12 BCI系統(tǒng)可靠性 51 1.4.13 BCI系統(tǒng)安全性 52 1.4.14 BCI系統(tǒng)易用性 53 1.4.15 BCI標(biāo)準(zhǔn)化 53 1.4.16 BCI產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化 54 1.4.17 假冒偽劣BCI產(chǎn)品 55 1.5 用于BCI的腦神經(jīng)電磁信號(hào)記錄相關(guān)術(shù)語(yǔ) 55 1.5.1 腦信號(hào)時(shí)間分辨率 55 1.5.2 腦信號(hào)空間分辨率 56 1.5.3 腦信號(hào)偽跡 56 1.5.4 腦信號(hào)信噪比 56 1.5.5 腦信號(hào)靈敏度 57 1.5.6 腦神經(jīng)元電磁信號(hào) 57 1.5.7 頭皮腦電(EEG) 59 1.5.8 皮層腦電(ECoG) 59 1.5.9 ECoG網(wǎng)格 60 1.5.10 微電極陣列(MEA) 60 1.5.11 神經(jīng)元發(fā)放(NF) 60 1.5.12 尖峰(Spikes) 61 1.5.13 局部場(chǎng)電位(LFP) 61 1.5.14 腦信號(hào)功率譜 63 1.5.15 腦磁(MEG) 63 1.6 用于BCI的腦組織血氧水平記錄相關(guān)術(shù)語(yǔ) 64 1.6.1 腦組織代謝血氧水平信號(hào) 64 1.6.2 神經(jīng)血管耦合 64 1.6.3 功能磁共振成像(fMRI) 65 1.6.4 功能性近紅外光譜(fNIRS) 67 1.7 BCI相關(guān)腦結(jié)構(gòu)與功能術(shù)語(yǔ) 69 1.7.1 靜息態(tài)(RS) 70 1.7.2 任務(wù)態(tài)(TS) 70 1.7.3 大腦共同的解剖參考框架(CARF) 70 1.7.4 大腦分區(qū)表(Brain Atlas) 71 1.7.5 腦結(jié)構(gòu)連接性(SC) 71 1.7.6 腦功能連接性(FC) 72 1.7.7 腦圖譜 72 1.7.8 腦結(jié)構(gòu)圖譜 72 1.7.9 腦功能圖譜 73 1.7.10 運(yùn)動(dòng)皮層 73 1.7.11 腦干運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元 73 1.7.12 脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元 73 1.7.13 體感皮層 74 1.7.14 視覺皮層 74 1.7.15 聽覺皮層 74 1.7.16 視覺反饋(VF) 75 1.7.17 聽覺反饋(AF) 75 1.7.18 體感反饋(SF) 76 1.7.19 觸覺反饋(HF) 76 1.8 與BCI相關(guān)的其他術(shù)語(yǔ) 77 1.8.1 中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)自然/正常的輸入輸出 77 1.8.2 中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)人工的輸入輸出 78 1.8.3 BCI解決方案 78 1.8.4 非BCI解決方案 78 1.8.5 腦控技術(shù) 78 1.8.6 腦控機(jī)器人技術(shù) 79 1.8.7 共享控制策略 79 1.8.8 腦機(jī)協(xié)作策略 80 1.8.9 神經(jīng)可塑性 80 1.8.10 自適應(yīng)神經(jīng)技術(shù) 81 1.8.11 神經(jīng)調(diào)控 82 1.8.12 神經(jīng)刺激 82 1.8.13 基于肌電的肌機(jī)接口相關(guān)術(shù)語(yǔ) 82 1.8.14 基于眼電或眼動(dòng)跟蹤的眼機(jī)接口相關(guān)術(shù)語(yǔ) 83 1.9 小結(jié) 83 參考文獻(xiàn) 84 第2章 BCI范式與神經(jīng)編碼 101 2.1 引言 101 2.2 BCI范式的定義和設(shè)計(jì)原則 102 2.2.1 BCI范式的定義 102 2.2.2 BCI范式的設(shè)計(jì)原則 103 2.3 BCI神經(jīng)編碼的定義和建模原則 104 2.3.1 BCI神經(jīng)編碼的定義 104 2.3.2 BCI神經(jīng)編碼的建模原則 105 2.3.3 BCI神經(jīng)編碼與BCI范式、BCI神經(jīng)解碼的關(guān)系 105 2.3.4 BCI神經(jīng)編碼與腦神經(jīng)編碼及計(jì)算機(jī)信息編碼的關(guān)系 105 2.3.5 BCI頻率/速率編碼 107 2.3.6 BCI時(shí)間編碼 107 2.3.7 BCI相位編碼 107 2.3.8 BCI神經(jīng)元群編碼 108 2.3.9 BCI相關(guān)性編碼 108 2.3.10 BCI稀疏編碼 108 2.3.11 BCI混合編碼 109 2.4 現(xiàn)有主要的BCI范式與神經(jīng)編碼 109 2.4.1 皮質(zhì)內(nèi)LFPs-BCI范式與神經(jīng)編碼 110 2.4.2 ECoG-BCI范式與神經(jīng)編碼 111 2.4.3 fMRI-BCI范式與神經(jīng)編碼 113 2.4.4 fNIRS-BCI范式與神經(jīng)編碼 113 2.4.5 MEG-BCI范式與神經(jīng)編碼 115 2.4.6 EEG-BCI范式與神經(jīng)編碼 116 2.4.7 混合BCI(hBCI)范式與神經(jīng)編碼 120 2.5 BCI范式與神經(jīng)編碼面臨的挑戰(zhàn)及未來(lái)研究方向 121 2.5.1 以用戶為中心設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)BCI范式與神經(jīng)編碼 121 2.5.2 變革傳統(tǒng)的BCI范式 121 2.5.3 突破現(xiàn)有的腦信號(hào)采集技術(shù) 122 2.5.4 BCI技術(shù)與先進(jìn)AI技術(shù)相結(jié)合提升腦信號(hào)解碼性能 122 2.6 小結(jié) 122 參考文獻(xiàn) 123 第3章 BCI金標(biāo)準(zhǔn):在線BCI系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用的綜合評(píng)價(jià)方法——用戶可用性、 滿意度和使用情況 132 3.1 引言 132 3.2 從離線BCI數(shù)據(jù)分析建模到在線BCI系統(tǒng)構(gòu)建和性能優(yōu)化的飛躍 134 3.2.1 離線BCI數(shù)據(jù)分析建模 134 3.2.2 在線BCI系統(tǒng)構(gòu)建和性能優(yōu)化 135 3.3 在線BCI系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用的綜合評(píng)價(jià)方法 137 3.3.1 在線BCI系統(tǒng)可用性評(píng)價(jià) 137 3.3.2 在線BCI系統(tǒng)滿意度評(píng)價(jià) 139 3.3.3 在線BCI系統(tǒng)使用情況評(píng)價(jià) 142 3.4 BCI金標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展趨勢(shì) 144 3.4.1 在線BCI系統(tǒng)可用性和用戶滿意度評(píng)價(jià)面臨的挑戰(zhàn) 144 3.4.2 在線BCI系統(tǒng)功效評(píng)價(jià) 144 3.4.3 提高在線BCI系統(tǒng)可用性和用戶滿意度的方法 145 3.4.4 不同采集方式和不同范式的BCI在轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用時(shí)面臨的障礙 146 3.5 小結(jié) 148 參考文獻(xiàn) 148 第2篇 基于想象的腦機(jī)交互(BCI)基本概念、理論、原理和方法 第4章 人類的心理想象及神經(jīng)影像研究 155 4.1 人類的心理想象活動(dòng) 155 4.1.1 人類的感知與心理想象活動(dòng) 155 4.1.2 人類心理想象活動(dòng)的類型 157 4.1.3 人類心理想象活動(dòng)的執(zhí)行與能力評(píng)價(jià)及提高方法 162 4.2 心理想象的神經(jīng)影像研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 177 4.2.1 較低級(jí)的心理想象的神經(jīng)影像研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 177 4.2.2 較高級(jí)的心理想象的神經(jīng)影像研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 184 4.3 小結(jié) 192 參考文獻(xiàn) 192 第5章 基于言語(yǔ)想象的BCI關(guān)鍵技術(shù) 212 5.1 引言 212 5.2 言語(yǔ)想象的神經(jīng)機(jī)制 213 5.2.1 言語(yǔ)想象的基礎(chǔ)生理過(guò)程 213 5.2.2 腦神經(jīng)信號(hào)采集 214 5.2.3 基于言語(yǔ)想象的BCI系統(tǒng)的腦區(qū)選擇 215 5.2.4 基于言語(yǔ)想象的BCI系統(tǒng)在不同波段下的表現(xiàn) 215 5.2.5 言語(yǔ)想象任務(wù)中的EEG動(dòng)態(tài)特征 216 5.3 基于言語(yǔ)想象的BCI系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)范式及想象材料 216 5.3.1 分類任務(wù)實(shí)驗(yàn)范式 217 5.3.2 解碼任務(wù)實(shí)驗(yàn)范式 218 5.3.3 想象音位/音節(jié) 219 5.3.4 想象漢字/單詞 220 5.3.5 想象句子 221 5.4 數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵技術(shù) 221 5.4.1 特征提取 221 5.4.2 分類與解碼 222 5.4.3 典型算法比較 223 5.5 存在的問題及發(fā)展趨勢(shì) 225 5.5.1 在線系統(tǒng) 225 5.5.2 實(shí)驗(yàn)范式 225 5.5.3 言語(yǔ)想象數(shù)據(jù) 226 5.5.4 解碼句子 226 5.5.5 多種狀態(tài)下腦神經(jīng)信號(hào)分析 227 5.5.6 多模態(tài)信號(hào)對(duì)言語(yǔ)信息的解碼 227 5.5.7 基于言語(yǔ)想象的BCI系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展及應(yīng)用 227 5.6 小結(jié) 229 參考文獻(xiàn) 229 第6章 基于視覺想象的BCI范式和神經(jīng)編碼與解碼 237 6.1 引言 237 6.2 視覺想象的神經(jīng)機(jī)制、VI-BCI范式設(shè)計(jì)與神經(jīng)編碼 238 6.2.1 視覺想象的神經(jīng)機(jī)制 238 6.2.2 VI-BCI范式設(shè)計(jì) 240 6.2.3 VI-BCI神經(jīng)編碼 244 6.3 視覺想象BCI神經(jīng)解碼方法 245 6.3.1 視覺想象相關(guān)腦信號(hào)特征提取和選擇 245 6.3.2 視覺想象相關(guān)腦信號(hào)特征分類 247 6.4 基于視覺想象的BCI存在的問題及未來(lái)研究方向 251 6.4.1 VI-BCI存在的問題 251 6.4.2 VI-BCI未來(lái)研究方向 252 6.5 小結(jié) 255 參考文獻(xiàn) 255 第7章 基于運(yùn)動(dòng)想象的BCI神經(jīng)科學(xué)原理 263 7.1 事件相關(guān)去同步化/同步化(ERD/ERS)現(xiàn)象及其 神經(jīng)科學(xué)原理 263 7.1.1 事件 263 7.1.2 事件相關(guān)去同步化/同步化(ERD/ERS)現(xiàn)象 266 7.1.3 ERD/ERS現(xiàn)象潛在的神經(jīng)科學(xué)原理或神經(jīng)機(jī)制 267 7.2 運(yùn)動(dòng)想象相關(guān)ERD/ERS現(xiàn)象及其神經(jīng)科學(xué)原理 268 7.2.1 實(shí)際運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)想象涉及的腦結(jié)構(gòu)與激活特征 268 7.2.2 實(shí)際運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)想象ERD/ERS現(xiàn)象 275 7.2.3 運(yùn)動(dòng)想象ERD/ERS現(xiàn)象的神經(jīng)機(jī)制 278 7.3 運(yùn)動(dòng)相關(guān)電位(MRP)的神經(jīng)科學(xué)原理 279 7.3.1 運(yùn)動(dòng)相關(guān)皮層電位(MRCP) 279 7.3.2 運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)備電位(RP) 280 7.3.3 運(yùn)動(dòng)相關(guān)電位(MRP) 281 7.3.4 運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)備電位和運(yùn)動(dòng)相關(guān)電位的神經(jīng)機(jī)制 282 7.4 總結(jié)與展望 284 參考文獻(xiàn) 284 第3篇 基于運(yùn)動(dòng)想象的腦機(jī)交互(BCI)實(shí)踐與應(yīng)用 第8章 BCI中運(yùn)動(dòng)想象的執(zhí)行及能力的 評(píng)估和提高方法 289 8.1 引言 289 8.2 實(shí)際運(yùn)動(dòng)、動(dòng)覺運(yùn)動(dòng)想象與視覺運(yùn)動(dòng)想象 290 8.2.1 實(shí)際運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行 290 8.2.2 動(dòng)覺運(yùn)動(dòng)想象的執(zhí)行 292 8.2.3 視覺運(yùn)動(dòng)想象的執(zhí)行 292 8.2.4 實(shí)際運(yùn)動(dòng)、動(dòng)覺運(yùn)動(dòng)想象和視覺運(yùn)動(dòng)想象的比較 293 8.2.5 特別值得注意的問題 295 8.3 動(dòng)覺運(yùn)動(dòng)想象和視覺運(yùn)動(dòng)想象能力的評(píng)估方法 296 8.3.1 國(guó)際量表 296 8.3.2 心理測(cè)時(shí)法和心理旋轉(zhuǎn)法 298 8.3.3 腦功能成像 299 8.3.4 神經(jīng)反饋(NF) 299 8.3.5 事件相關(guān)同步化/去同步化 300 8.4 動(dòng)覺運(yùn)動(dòng)想象和視覺運(yùn)動(dòng)想象能力的提高方法 300 8.4.1 動(dòng)覺運(yùn)動(dòng)想象能力的提高方法 300 8.4.2 視覺運(yùn)動(dòng)想象能力的提高方法 302 8.4.3 冥想訓(xùn)練 302 8.5 BCI中運(yùn)動(dòng)想象的執(zhí)行、能力的評(píng)估和提高方法: 未來(lái)趨勢(shì) 302 8.5.1 運(yùn)動(dòng)想象的自動(dòng)化執(zhí)行、實(shí)時(shí)可視化客觀評(píng)估和高效的神經(jīng)反饋訓(xùn)練 302 8.5.2 個(gè)體之間和內(nèi)部運(yùn)動(dòng)想象的差異性、共性及MI-BCI盲問題 303 8.6 小結(jié) 303 參考文獻(xiàn) 304 第9章 運(yùn)動(dòng)想象相關(guān)腦信號(hào)分類方法 309 9.1 引言 309 9.2 傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)算法 310 9.2.1 線性分類器 311 9.2.2 非線性貝葉斯分類器 313 9.2.3 最近鄰分類器 314 9.2.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器 315 9.2.5 集成分類器 316 9.2.6 小結(jié) 317 9.3 深度學(xué)習(xí) 318 9.3.1 原理 319 9.3.2 深度學(xué)習(xí)中輸入形式的重要性 323 9.3.3 最新進(jìn)展 323 9.3.4 利弊分析 325 9.4 自適應(yīng)分類器 326 9.4.1 原理 326 9.4.2 最新進(jìn)展 326 9.4.3 利弊分析 328 9.5 黎曼幾何分類器 329 9.5.1 原理 329 9.5.2 最新進(jìn)展 331 9.5.3 利弊分析 331 9.6 遷移學(xué)習(xí) 332 9.6.1 原理 332 9.6.2 最新進(jìn)展 334 9.6.3 利弊分析 335 9.7 其他類型神經(jīng)活動(dòng)測(cè)量技術(shù)的分類算法 336 9.7.1 MI-MEG的分類方法 336 9.7.2 MI-fNIRS的分類方法 337 9.7.3 MI-ECoG的分類方法 338 9.7.4 MI-fMRI的分類方法 339 9.7.5 MI-Spike的分類方法 341 9.7.6 小結(jié) 342 9.8 總結(jié)與展望 342 參考文獻(xiàn) 343 第10章 運(yùn)動(dòng)想象BCI實(shí)驗(yàn)研究 358 10.1 引言 358 10.2 基于ICA的運(yùn)動(dòng)想象腦機(jī)接口研究 359 10.2.1 MI-EEG開源數(shù)據(jù)庫(kù) 359 10.2.2 ICA在MI-BCI中應(yīng)用的背景知識(shí) 361 10.2.3 ICA在傳統(tǒng)MI-BCI系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的適用性研究 362 10.2.4 ICA/CSP方法的遷移學(xué)習(xí)性能和ICA-MI-BCI導(dǎo)聯(lián)優(yōu)化問題 374 10.2.5 不同ICA算法在ICA-MI-BCI系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的性能比較 380 10.3 DNN在MI-BCI中的應(yīng)用研究 381 10.3.1 EhythmNet及其性能仿真 382 10.3.2 EhythmNet在實(shí)測(cè)MI-EEG分析中的應(yīng)用 386 10.4 小結(jié) 395 參考文獻(xiàn) 395 第11章 運(yùn)動(dòng)想象BCI及其結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)研究 399 11.1 引言 399 11.2 運(yùn)動(dòng)想象腦機(jī)接口基本知識(shí) 401 11.2.1 運(yùn)動(dòng)想象腦機(jī)接口系統(tǒng)的分類 402 11.2.2 運(yùn)動(dòng)想象腦電信號(hào)的特性 404 11.2.3 運(yùn)動(dòng)想象腦機(jī)接口基本原理 407 11.2.4 國(guó)內(nèi)外腦機(jī)接口康復(fù)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀 408 11.2.5 運(yùn)動(dòng)想象腦機(jī)接口特征提取方法的研究現(xiàn)狀 410 11.3 運(yùn)動(dòng)想象腦機(jī)接口與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的康復(fù)應(yīng)用 411 11.3.1 研究現(xiàn)狀 411 11.3.2 面臨困難 411 參考文獻(xiàn) 412 第12章 雙向閉環(huán)運(yùn)動(dòng)想象BCI主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的功效評(píng)價(jià)方法 415 12.1 引言 415 12.2 雙向閉環(huán)MI-BCI主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的康復(fù)理論/原理與方法、主要作用 和臨床研究案例 416 12.2.1 雙向閉環(huán)MI-BCI主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng) 416 12.2.2 雙向閉環(huán)MI-BCI主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的康復(fù)理論/原理與方法 418 12.2.3 雙向閉環(huán)MI-BCI主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的主要作用 419 12.2.4 雙向閉環(huán)MI-BCI主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的臨床研究案例 419 12.3 雙向閉環(huán)MI-BCI主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的康復(fù)訓(xùn)練周期和康復(fù)功效評(píng)價(jià)方法 422 12.3.1 雙向閉環(huán)MI-BCI主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的康復(fù)訓(xùn)練周期 422 12.3.2 雙向閉環(huán)MI-BCI主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的康復(fù)功效評(píng)價(jià)方法 422 12.4 雙向閉環(huán)MI-BCI主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的可用性、用戶滿意度和使用情況 評(píng)價(jià)方法 428 12.5 發(fā)展趨勢(shì)展望 429 12.5.1 雙向閉環(huán)MI-BCI主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)功能障礙康復(fù)效果評(píng)價(jià) 面臨的挑戰(zhàn) 429 12.5.2 雙向閉環(huán)運(yùn)動(dòng)想象BCI主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)與用戶相關(guān)的挑戰(zhàn) 430 12.5.3 雙向閉環(huán)MI-BCI主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)面臨的臨床應(yīng)用挑戰(zhàn) 430 12.5.4 雙向閉環(huán)MI-BCI主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn) 431 12.6 小結(jié) 431 參考文獻(xiàn) 432
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