脑电信号分析方法与脑机接口技术(贾花萍,赵俊龙)思维导图

• 新皮层电活动---内嗅皮层---海马（整合） --边缘系统--大脑皮层及脑干下行通路。 • 海马特殊环路结构具有“放大器”的效 应，微小的异常电活动在此环路内被逐 渐放大，经传出通路抵达效应器后引起 脑电活动的异常同步化放电。因而海马 常常成为癫痫发作的起源地。
脑干网状结构对脑电的影响
• 脑桥中部与延髓尾侧之间的中缝核、 孤束核、蓝斑等结构与睡眠-觉醒周期及 脑电活动的同步化或去同步化波形有密 切关系。
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脑电节律的产生
• 非特异性丘脑核团--低频刺激--神经元爆发 性点燃，产生短暂的EPSP。 • 丘脑广泛的抑制性中间神经元--EPSP之后 的大而长的IPSP--阻断进一步的传入性刺激， 并使丘脑神经元广泛同步化，形成EPSPIPSP。 • 如此反复，使丘脑成为节律性脑电活动的起 步点，如α节律、睡眠纺锤或广泛性3Hz棘慢 复合波节律。 • 新皮层主要产生脑电活动的电压和电场， 而丘脑则是产生脑电活动节律的主要部位。
内嗅皮层
• 新皮层的信息主要通过内嗅皮层进入海 马。内嗅皮层的锥体细胞具有持续点燃 和暴发性点燃的特性，其传入纤维前穿 支与齿状回颗粒细胞形成连接。当内嗅 皮层-海马环路改变时，齿状回丧失某些 过滤信息的功能，并开始放大同步化放 电，加强而不是减弱内嗅皮层-海马环路 的异常活动。
扣带回
• 扣带回是额叶的一部分，也参与边缘系 统的组成。接受半球新皮层广泛区域的 传入，并通过海马-扣带回通路接受海马 的传入。
大、中型锥体细胞
小星形细胞
Ⅴ层 大锥体细胞层 大锥体细胞 Ⅵ层 多形细胞层 各种大小、形态不 等的神经元
EEG形成机制
结构基础：在皮层内含有大量的锥体细胞，
而且锥体细胞在皮层排列整齐，其顶树突相互 平行并垂直于皮层表面，因此其同步化活动易 总和而形成强大电场。

无痫样放电的EEG片断
相邻且有痫样放电的EEG片断
癫痫（Epilepsy）
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癫痫脑电信号中常见的特征波
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拟解决的主要问题
（1）最大化提取脑电信号的各种特征信息，并对其进行特征分析，为临床诊断提供更多、更准确和更综合的信息。 （2）分析脑电信号的产生机理及脑电信号中各种特征节律与病理关系，找出解决脑电疾病相关的信息，从而达到及早治疗的目的。 （3）将近似熵、功率谱估计等方法用于临床患者脑电信号的分析，探讨理论方法在临床上的价值。 （4）利用研究结果，为生物医学信号处理研究提供了新的思路。
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近似熵（Pincus，1991) 定义 用一个非负数来表示一个时间序列的复杂性方法，越复杂的时间序列对应的近似熵越大 。 算法 优点 计算所需数据短（100～5000点） 抗噪及抗野点能力强（特别是对偶尔产生的瞬态强干扰） 适用于确定性信号及随机信号
脑电信号的概述
脑电信号是由脑神经活动产生并且始终存在于中枢神经系统的自发性电位活动，是一种重要的生物电信号。 脑电信号非常微弱。主要有以下几个特点： 1）随机性及非平稳性相当强。 2）脑电信号具有非线性。 3）采集到的脑电信号背景噪声比较复杂，有50Hz的工频干扰，电极与皮肤的接触噪声以及电极与地之间的共模信号的干扰等等。

为什么有的同学八点写完作业，归
而你要写到十点？
纳
、
为什么总是丢三落四，忘东忘 条
西？
理
ห้องสมุดไป่ตู้
为什么其他同学的物品总是摆 放的仅仅有条，而你的总是乱
性
七八糟？
你知道多少？
你没能取得好成绩，甚至取得成功，是因为只使用了大脑潜力的一小部分，个人 能力并没有发挥出来。 如果我们想表现得更出色，那就必须重视我们的大脑，让大脑发挥更大的潜力。 其实你的大脑比你想象的厉害得多。
上发明而来的。
脑图的特征
• 一个中心N个基本点
围绕中心主题
发散出多个子主题 及要点
脑图的特征
使用脑图的好处？
快速提升 思维能力
强化大脑记忆
提高工作效率
激发联想和想像
画思维导图的工具
没有画上线条的空白纸张。 彩色水笔和铅笔。 你的大脑。 你的想象！
绘制步骤：
1.确定灵魂 2.确定主干 3.确定一级词语 4.确定分支并完善分支内容 5.附加图案 6.描绘颜色
并都 且知
……
世界著名大学，如哈佛、剑桥均开设了大到思维导图 的课程 波音747公司、李宁使用大脑思维导图的方法节省了大 量的时间
思维脑图的威力有多大？
“思维脑图”该年度提出，标志着人类对大脑潜能的 开发进入了一个全新的阶段，已成为21世纪风靡全球 的革命性思维工具，并成功改变2.5亿人的思维习惯， 被人称为“大脑瑞士军刀”。
定义
心智图（Mind Map），又称脑图、心智地图、脑力激荡图、 思维导图、灵感触发图、概念地图、树状图、树枝图或思维 地图，是一种图像式思维的工具与及一种利用图像式思考辅 助工具来表达思维的工具。
脑神经细胞结构与思维导图

信号滤波目的：排除脑电信号中无关频率的成分，降噪。 涉及：低通、高通、带通、陷波。
➢ 低通滤波：排除肌电等高频噪声 ➢ 高通滤波：排除皮肤电等低频噪声 ➢ 陷波滤波：去除50Hz工频干扰 滤波器的比较： ➢ IIR满足相同特性阶数较低，只能近似线性相位，必须浮点运算。 ➢ FIR满足相同特性阶数较高，可以做到严格线性相位，可以采用 整数运算。
1. 脑电图伪迹分析及数字滤波方法 2. 脑电信号的经典分析方法 3. 脑电信号的现代分析方法
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4.1 脑电图伪迹分析
典型的EEG伪迹成分
脑电信号是非常微弱的信号，只有微伏极。由于脑电信号是一种易变的 非平稳信号，其在采集过程当中，会不可避免地混入由非脑神经组织产生 的各种伪迹(干扰)成分。
常见的干扰有：眼动伪迹（EOG），心电伪迹（ECG），肌电伪迹 （EMG）和工频干扰。
不要动舌头，不要吞咽口水，保持身体不动等等。 2. 直接移除法
指通过观察或者自动识别的方法找出包含伪迹的EEG信号片段，直 接删除这些信号。但是这种方法会丢弃有用的信号。 3. 伪迹消除法
从脑电信号中识别并保留有用信号，分离出伪迹信号，这是伪迹去 除中比较理想的方法。
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4.1 脑电信号数字滤波
EEG信号滤波
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4.1 脑电图伪迹分析
物理性伪迹
1. 50Hz工频干扰：其伪迹可以出现在脑电图的所有导联中。 2. 电极接触不良：由于电极与头皮间接触面积发生改变，电阻抗 变化，产生干扰伪迹。
含工频干扰和去除干扰后时域图
含工频干扰和去除干扰后频域图
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4.1 脑电图伪迹分析
伪迹去除方法
1. 避免伪迹产生法 实验前告知受试者不要做可能产生伪迹的动作。比如保持闭眼状态，

脑电具有非侵入性、无创性、实时性等特点，广泛应用于神经科学、心理学、临床 医学等领域。
脑电信号具有微弱、易受干扰的特点，因此测量和分析时需要采用适当的放大和滤 波技术。
脑电的生理意义
脑电信号反映了大脑皮层神经元的兴 奋状态和信息处理过程，对于研究认 知功能、意识状态、情感调节等方面 具有重要意义。
频域分析定义
频域分析是通过将脑电信号转换 为频谱形式，分析其频率组成和 各频率成分的强度的分析方法。
主要参数
包括频率分布、功率谱密度、调频 、调相等，这些参数能够反映大脑 皮层神经元的兴奋性和同步性。
应用
频域分析在研究大脑皮层不同区域 的功能特性和认知过程等方面有广 泛应用。
时频分析
时频分析定义
时频分析是同时考虑时间和频率 因素，分析脑电信号在不同时间 和频率下的变化情况的分析方法
时域分析定义
时域分析是对脑电信号随 时间变化的分析方法。它 直接显示脑电波的振幅和 相位随时间的变化情况。
主要参数
包括平均振幅、峰值、谷 值、波形等，这些参数能 够反映大脑皮层神经元的 兴奋状态。
应用
时域分析在脑电研究中应 用广泛，特别是在研究大 脑皮层兴奋性、认知过程 和病理状态等方面。
频域分析
脑电信号的预处理
01
02
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去噪
去除脑电信号中的噪声，如肌 电、眼电等干扰。
滤波
通过滤波器将脑电信号的频率 范围限制在特定范围内，以便
更好地分析。
基线校正
消除脑电信号的基线漂移，使 其归零。
伪迹修正
去除由于电极接触不良等原因 引起的伪迹，确保数据准确性
。
03
CHAPTER
脑电信号的分析方法

脑机接口技术需要进一步优化和完善
虽然本研究取得了一定的成果，但脑机接口技术仍存在一些问题，如设备成本高、技术难 度大等，需要进一步优化和完善。
对未来研究的建议
加强脑机接口技术与传统康复治疗的结合研究
未来研究可以进一步探讨如何将脑机接口技术与传统的康复治疗方法相结合，以提高康 复治疗效果。
深入研究脑机接口技术在认知障碍和精神疾病治疗中的应用
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结论
研究成果总结
脑机接口技术能够显著提高康复治疗效果
通过对比实验，我们发现脑机接口技术能够有效地改善患者的运动功能和日常生活能力， 提高康复治疗效果。
脑机接口技术具有广泛的应用前景
本研究仅针对脑机接口技术在康复治疗中的应用进行了初步探索，但该技术在其他领域， 如认知障碍、精神疾病等也有着广阔的应用前景。
脑机接口技术在康复治疗中 的应用研究培训ppt课件
• 引言 • 脑机接口技术概述 • 脑机接口在康复治疗中的应用 • 脑机接口技术面临的挑战与解决方
案 • 未来展望 • 结论
01
引言
研究背景
脑机接口技术
技术结合应用
随着科技的不断发展，脑机接口技术 逐渐成为研究的热点，它为人类提供 了与外部设备直接进行交互的途径。
脑机接口技术能够实时监测大脑的运动意念信号，将这些信号解码并转化为控制指令，驱动外部设备或替代器官 进行相应的运动，从而实现对运动功能的精准调控。这种技术在康复治疗中具有巨大的潜力，可以帮助患者恢复 运动功能，提高生活质量。
感知功能康复
总结词
通过脑机接口技术，实现对感知功能的修复和重建。
详细描述
脑机接口技术可以通过分析大脑的感知信号，解码感知信息，并转化为相应的 控制指令，实现对感知功能的修复和重建。这种技术可以帮助患者恢复感知功 能，提高生活质量。

脑机接口技术的脑电信号分类与识别Hello, let's embark on a journey exploring the classification and recognition of brain electrical signals in brain-computer interface technology.你好，让我们踏上一段探索脑机接口技术中脑电信号分类与识别的旅程吧。

In the realm of brain-computer interfaces, the classification and recognition of brain electrical signals play a pivotal role. These signals, generated by the brain's neural activities, are captured and analyzed to decode the intentions and actions of the individual.在脑机接口领域，脑电信号的分类与识别起着至关重要的作用。

这些由大脑神经活动产生的信号被捕捉并分析，以解码个体的意图和行动。

The first step in this process is signal acquisition, where electrodes are placed on the scalp to record the brain's electrical activity. These signals, albeit微弱, are rich in information and hold the key to understanding the brain's functioning.这一过程的第一步是信号获取，将电极放置在头皮上记录大脑的电活动。

脑机接口技术的脑电信号分类与识别Hello, I'm thrilled to embark on this journey of exploringbrain-computer interface technology, specifically focusing on the classification and recognition of brainwave signals. This fascinating field merges neuroscience with computer science, unlocking new possibilities for human-machine interaction.你好，我很高兴开始探索脑机接口技术之旅，特别是关注脑电信号的分类与识别。

这个迷人的领域将神经科学与计算机科学相结合，为人机交互开启了新的可能性。

At the core of brain-computer interfaces lies the ability to decode brainwave signals. These signals, generated by the brain's electrical activity, carry information about our thoughts, emotions, and intentions. By capturing and analyzing these signals, we can gain insights into the human mind and even control external devices with our minds.脑机接口技术的核心在于解码脑电信号。

这些信号由大脑的电活动产生，携带着我们的思想、情感和意图的信息。

通过捕捉和分析这些信号，我们可以深入了解人类的思维，甚至用意念控制外部设备。

脑机接口技术的脑电信号分类与识别Hello! Let's dive into the fascinating world of brain-computer interface technology, specifically focusing on the classification and recognition of brain electrical signals.嘿！让我们深入探索脑机接口技术的奇妙世界，特别是脑电信号的分类与识别。

Brain-computer interfaces, often abbreviated as BCIs, represent a frontier in neuroscience and technology integration. These interfaces enable direct communication between the human brain and external devices, opening up a vast array of possibilities in areas like healthcare, rehabilitation, and even entertainment.脑机接口（BCI）是神经科学与技术融合的前沿领域。

这些接口实现了人脑与外部设备之间的直接通信，为医疗、康复乃至娱乐等领域带来了无限可能。

At the core of BCI technology lies the ability to capture and interpret brain electrical signals, known as electroencephalogram (EEG) signals. These signals reflect the electrical activity of the brain and can provide insights into cognitive processes, emotions, and even motor intentions.脑机接口技术的核心在于捕获和解释脑电信号，即脑电图（EEG）信号。

脑机接口技术的脑电信号分类与识别Hello, I'm delighted to talk about the classification and recognition of brain electrical signals in brain-computer interface technology. This fascinating field holds immense potential for revolutionizing human-computer interaction.你好，我很高兴谈论脑机接口技术中的脑电信号分类与识别。

这个引人入胜的领域具有巨大的潜力，能够革新人机交互方式。

Let's start with the basics. Brain-computer interface, or BCI, is a technology that enables direct communication between the brain and an external device. At its core, it involves measuring brain activity, typically through electrodes placed on the scalp, and translating those signals into commands that can control external devices.首先，让我们从基础开始。

脑机接口（BCI）是一种能够实现大脑与外部设备直接通信的技术。

其核心在于通过放置在头皮上的电极测量大脑活动，并将这些信号翻译成可以控制外部设备的命令。

Now, the classification and recognition of brain electrical signals are crucial steps in this process. Think of it as decoding the brain's language. By analyzing patterns in the electrical signals, we can identify different types of brain activity, such as thoughts, emotions, or intentions.在这个过程中，脑电信号的分类与识别是至关重要的步骤。

脑机接口技术的脑电信号模式识别Hello! Let's dive into the fascinating world of brain-computer interface (BCI) technology and its application in electroencephalogram (EEG) signal pattern recognition.你好！让我们一起深入探索脑机接口（BCI）技术的奇妙世界及其在脑电图（EEG）信号模式识别中的应用。

BCI technology, at its core, establishes a direct communication bridge between the brain and external devices. It's akin to a translator, decoding the electrical signals generated by our brain into commands that can control external machines or applications.脑机接口技术本质上是在大脑与外部设备之间建立直接的通信桥梁。

它就像一位翻译，将大脑产生的电信号解码成可以控制外部机器或应用程序的命令。

Now, let's focus on EEG signal pattern recognition. EEG is anon-invasive technique that measures the electrical activity of the brain. By analyzing these signals, we can gain insights into a person's cognitive state, emotional responses, and even intentions.现在，让我们重点关注脑电图信号模式识别。