20、生物医学信号处理：EEG与fMRI技术解析

生物医学信号处理：EEG与fMRI技术解析

1. 脑机接口中的EEG信号分析

1.1 脑机接口概述

脑机接口（BCI）是一种允许用户仅通过大脑活动来控制的系统，无需肌肉参与。它为严重运动障碍患者（如闭锁综合征患者）提供了使用辅助设备的可能，还可用于改善意识障碍患者的诊断和监测，甚至作为游戏的新输入设备。

BCI是一个闭环系统，由测量用户大脑活动的测量系统、信号处理算法、分类器以及执行用户指令并提供反馈的设备组成。这里主要关注信号处理部分。

1.2 测量技术选择

测量大脑活动的技术有fMRI、NIRS、MEG、EEG和iEEG等，但只有EEG和iEEG具有实际应用价值，原因如下：
- 测量电活动，适用于实时交互的时间尺度。
- 具有潜在的移动性。
- 个人用户能够负担得起。

这里重点讨论基于EEG的非侵入式BCI。

1.3 EEG - BCI的主要类型

当前文献中，EEG - BCI主要分为三类：
- P300 - BCI ：P300是在刺激后300 - 600 ms从中央顶叶位置记录到的事件相关波。当感知到目标刺激时，P300波增强。接口的输入反馈部分通常是一个随机突出显示项目的显示器，用户计数目标项目的命中次数。若检测到与某个项目相关的足够强的P300波，则执行与该项目相关的动作。
- SSVEP - BCI ：SSVEP由观察恒定频率闪烁的光诱发。用户观察的频率可在顶枕位置的EEG信号中检测到。输入部分是一个有多个不同频率闪烁区域的显示器。若