基于混合脑机接口与棋类游戏的注意力评估系统研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:veteran_eng
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现今智能手机和互联网技术等的发展极大地便利了人们的日常生活,然而也带来了很多问题,典型的就是人们做事情的注意力下降导致效率降低。提高注意力的前提是对注意力水平进行准确评估,许多对注意力的评估方法如量表分析、图像识别等具有主观性较大和易于伪装的缺点。生理学和神经科学等领域已经证实了注意力与人的脑电信号特征相关,而且近年来随着可穿戴设备和脑机接口技术的发展,使用便携式脑机接口设备来评估人的注意力水平成为当下的研究热门。本文从棋类游戏出发,选取比较典型的棋类游戏——中国象棋作为研究载体,使用本实验室团队自主研发的脑电头环作为采集设备,首先搭建了一个相关的游戏以及脑电和眼电检测、处理的一体化系统,然后围绕眼电检测与控制、注意力检测与评估等展开相关的方法研究。本文的工作内容如下:1)设计并实现了一个集脑电采集与可视化、多模式象棋游戏、眼电检测与控制、注意力检测与评估的一体化系统。其中脑电采集与可视化模块可以方便数据的保存、设备的纠错等。而象棋游戏具有人机对战、网络对战、残局推演3种模式。2)在眼电检测识别的基础上,本文提出并设计了一种新颖的、基于眼电控制的象棋操作方法。眼电控制象棋的操作方法包括打开开关、选择棋子、选择落位三个步骤。眼电开关的设置是为了避免按键长时间闪烁对人思考的干扰;通过与欲选择的目标闪烁进行同步眨眼来实现目标的选择。眼电按钮闪烁的刺激范式自适应象棋的局面,根据可供选择的按钮数自适应地调整闪烁的间隔以及方式(固定或随机)。3)设计注意力任务的脑电实验以及进行相关脑电信号处理方法的研究。首先设计了一种新颖的、与象棋游戏紧密结合的实验范式——观看残局推演,以此诱发被试者注意状态下的脑电特征。在训练样本集的处理上,本文先对数据进行小波阈值去噪,然后在经验模态分解的基础上,首先针对主要IMFs的二阶差分图(SODP)提取椭圆区域面积、平均距离、集中趋势测度三个特征,其次针对Hilbert谱提取解析信号复平面轨迹的椭圆区域面积以及边际谱能量作为另外一组特征。实验结果表明基于Hilbert谱分析的特征提取方法具有更好的效果,使用SVM分类准确率达到85.82%,优于传统的功率谱分析(81.69%)和基于SODP的特征提取方法(83.21%)。6名被试者的在线对照实验效果进一步证实了本注意力评估系统的有效性和实用性。
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