研究目的：事件相关电位(Event Related Potential, ERP)与认知过程中的大脑活动紧密相关,反映了认知过程中大脑的神经电生理改变。以其作为脑电信号特征载体的脑-机接口(Brain Computer Interface, BCI)系统具有无创采集、操作简单的优点以及独特的时间分辨率优势。但由于空间分辨率相对欠缺,信噪比很低,导致了BCI系统存在分类正确率低、通讯速度慢等问题,成为制约实际应用发展的瓶颈。心算是大脑多个脑区共同参与的一项高级认知加工活动,心算任务的类型、内容、难度等特性对诱发的事件相关电位在时频域上的特征成分有很大影响,这些受影响的特征成分是否能够在一定程度上提高脑-机接口的信号识别率,进而提高系统的最终性能是本研究的重点。本研究在神经科学和认知科学研究成果的基础上,针对传统基于事件相关电位P300的脑-机接口系统中,采集信号信噪比低,特征脑电信号提供的信息量少的问题,提出一种视觉刺激下,利用大脑处理特定认知任务(即心算任务)时能有效激活相关脑区和响应信号的特性,进而增强脑电特征的脑-机接口范式。研究方法：研究中首先设计并改进了传统oddball实验范式,并在范式中引入了心算任务,具体包括两种不同认知复杂度的实验：较简单的传统计数任务实验与较复杂的一位加法心算任务的改进实验。对实验所采集到的脑电数据进行去除眼动等干扰、基线校正、滤波、分段等预处理,随后利用相干平均的方法提取脑电信号的时域特征,分析并对比不同实验范式对事件相关电位主要成分P300等成分的影响。继而从实用性角度出发,设计了以空间字符矩阵作为刺激来诱发P300的实验范式。经过信号预处理后获得实验结果,进一步验证了心算任务在脑-机接口范式中能够增强脑电信号特征。实验利用支持向量机分类方法对空间字符矩阵范式诱发的脑电信号进行简单分类,并比较了设置不同的输入数据模板、采用不同叠加次数时,各受试者及其导联脑电信号分类正确率的不同。研究结果：改进oddball范式实验分析显示,P300幅值平均提高了6.83μV,增幅达到73.94%；并且从400ms开始的脑区活动程度更为剧烈,时间更为持久；此外,不同于传统计数任务,心算任务在650ms处出现有明显的激活。结果说明引入心算认知处理过程的实验范式相比于传统计数任务范式能够更为显著地激活相关脑区、增强特征信号,所诱发出的事件相关电位P300具有潜伏期延长、幅值增加的特点。空间字符矩阵范式实验最后确定了最优模板以及相应分类数据导联。最终信号平均分类正确率达到85%以上。研究结论：研究结果表明：通过引入较复杂的心算认知任务,能够诱发出增强的事件相关电位特征信号,并且可以实现较高的分类识别率。因此将心算认知任务引入脑-机接口技术中有助于提高系统性能,为脑-机接口系统模型的设计和发展提供一种可能。