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非植入式主流解碼技術:分解算法

來源: 中國信息通信研究院編輯: 創澤時間:2022/12/21 主題: 其他[ 加盟]

分解算法是非植入式腦機接口係統的主流解碼算法。分解算法廣 泛應用於腦機接口係統的去噪與意圖解碼。分解算法通常使用矩陣分 解或提取空間濾波器來增加不同類別意圖的解碼可分離性。大多數分 解算法都是為特征提取而設計的,矩陣特征分解後通常需要連接到分 類器。獨立成分分析(ICA)是使用廣泛的分解算法之一。

ICA 一方 麵可對不同源信號進行特征分析,另一方麵還可用於去噪(例如去除 眨眼成分、偽影信號等)。在解碼腦意圖時,不同腦機接口範式的分 解算法存在差異。運動想象範式解碼多采用通用空間模式(CSP)及 衍生算法。CSP 可最大化不同分布的方差信號,例如對左右手運動想 象進行分類。在 CSP 基礎上逐漸衍生出濾波器組 CSP(FBCSP)、提 議判別濾波器組 CSP(DFBCSP)、臨時約束的稀疏組空間模式(TSGSP) 等。

穩態視覺誘發電位(SSVEP)解碼多采用典型相關分析(CCA) 及衍生算法。CCA 算法有效解決了以往非空域分解算法難於處理的 導聯挑選問題。近十年學者提出諸多 CCA 改進算法,例如濾波器組 CCA(FBCCA)、任務相關成分分析(TRCA)、集成 TRCA(eTRCA)、 任務相關成分分析算法(mTRCA、TDCA 等)。視覺 P300 電位解碼 算法依托 xDAWN 算法和 DCPM 算法。目前有增強 P300 誘發電位的xDAWN 算法以及將空間模式提取和模式匹配結合的 DCPM 算法。

近十年以黎曼幾何為代表的流形算法在腦機接口係統中廣泛應 用。黎曼幾何算法通常可以用於對稱正定(SPD)矩陣的空間上應用 運算,進而提供一個統一的框架來處理不同的腦機接口範式。

例如基 於最小均值距離(MDM)和帶有測地線濾波(FgMDM)算法對 MI 任務進行分類。MDM 類似於使用歐式距離而不是黎曼距離的最近鄰算法。FgMDM 將協方差投影到切線空間,將線性判別分析(LDA) 應用於切線向量,然後將它們投影回帶有選定分量的 SPD 空間。黎曼框架由於具有擴展性,因此易於多場景應用並與機器學習方法結合





植入式主流解碼技術-卡爾曼濾波器

類腦解碼器成為新一代解碼方法,得到類腦的解碼器可用於腦機接口控製,腦機接口係統在使用過程中,閉環控製的練習可以導致神經元為適應用戶的運動係統而發生變化

範式編碼技術-被動式範式

穩態視覺誘發電位(Steady-state visual evoked potentials,SSVEP)刺激範式朝向更高效,更舒適和更自然發展,應用在高速率腦機接口打字交互係統

範式編碼技術-.主動式範式(Motor Imagery, MI)

MRCP 和運動想象是不依賴於外部刺激的,由人體真實運動意圖誘發的主動式腦機接口範式,相較於運動想象,MRCP不依賴於重複的運動想象

腦機接口關鍵技術:采集技術、刺激技術、範式編碼技術等

腦機接口技術的應用場景按照信息流向分為腦狀態檢測,神經調控和對外交互三類,神經調控則是信息從外部和外設流向大腦,對外交互則是信息的雙向流動

腦機接口係統的關鍵指標:性能指標 可用性指標

性能和可用性兩方麵提出滿足五大需求的腦機接口係統關鍵指標,性能指標包括響應時間,識別正確率,可輸出指令數量和菲茨吞吐量,可用性指標包括易用性,長效性,魯棒性,安全性和互操作性

中國信通院《腦機接口總體願景與關鍵技術研究報告》

從性能指標與可用性指標兩個方麵有效衡量腦機接口係統是否滿足五大需求;腦機接口的實現也離不開核心關鍵技術的支撐,腦狀態檢測神經調控和對外交互技術等

情感計算白皮書2022:描繪了情感計算的學科全景

對指導學科建設和重大科研基金立項具有導向作用;有助於引導廣大科技工作者麵向經濟主戰場和重大實際需求開展科研攻關,促進相關從業人員對技術全景加深理解和認知

中國電子技術標準化研究院:腦機接口標準化白皮書(2021版)

闡述了腦機接口技術的基本概念,分類,相關理論與技術和全球產業情況,梳理了國際相關標準化組織,進一步推動腦機接口標準化工作,支撐類腦智能產業又好又快發展

中國人工智能產業發展聯盟發布《腦機接口技術在醫療健康領域應用白皮書》

腦機接口是腦科學和類腦智能研究的重要方向,腦機接口技術進入了快速發展階段,在信號獲取和處理,解碼算法和係統實現等關鍵技術領域取得了很多突破性進展

混合腦機接口控製機械臂

一種機器人末端執行器位置控製的新方法,即合理地控製手臂各位置的連杆。用戶可以自由的選擇要控製的連杆

腦機融合技術或許會成為未來人工智能的一個熱門方向

腦機融合技術,就是通過芯片和傳感器,用大腦控製各種設備能治療大腦損傷和缺陷,還能大大增強人類的認知與行為能力。
資料獲取
腦機接口
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中國信通院發布《2022年勒索軟件防護發
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植入式主流解碼技術-卡爾曼濾波器
非植入式主流解碼技術:分解算法
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腦機接口係統的關鍵指標:性能指標 可用性
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山東省關於印發智慧杆柱建設有關標準的通知
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