第一部分:运动想象系统的原理及组成[1]
图1来源于文献[1]
图1详解:想象左手右手运动的ERD现象。当想象左手运动时,大脑皮层右侧(C4电极附近) 出现ERD 现象,相关区域能量减小;当想象右手运动时,大脑皮层左侧(C3电极附近)出现ERD 现象,相关区域能量减小[2]。
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运动想象系统的生理基础是:当人在想象躯体不同部位的运动时,会相应的激活大脑的不同功能区域,从而产生具有不同特性的脑电信号。而所谓的不同特性指的是事件相关去同步化(Event-related desynchronization,ERD)和事件相关同步化(Event-relatedsynchronization,ERS)现象。当人在想象运动时,大脑皮层相关的区域会出现特定频率振幅减小,能量下降的情况,这就是ERD;而当人在想象运动结束或者进入大脑静息状态时,大脑皮层相关区域则会出现振幅增加,能量增加的情况,这就是ERS。而ERD 和ERS只会在EEG的特定频率范围内出现,比如8-12Hz的Mu波以及18-26Hz 的Beta 波。
图1 展示了想象左手和右手运动时,大脑头皮上检测出的ERD现象。当想象左手运动时,大脑右侧皮层的运动区域出现ERD 现象,相关区域的Mu 波和Beta 波振幅减小,能量降低。相反的,当想象右手运动时,大脑左侧皮层的运动感觉区域出现ERD现象,相关区域Mu波和Beta波振幅减小,能量降低。当想象不同部位运动时,EEG信号所包含的特性出现差异,而运动想象系统就是根据这些差异,有效地区分想象运动所产生的EEG信号,从而获知被试的运动意图。
运动想象系统是指对想象运动产生的EEG信号进行解码,从而获知被试的运动意图,将相应的控制命令传给外接设备,达到人机交互的目的。
第二部分:脑电信号的节律波[3]
两种分类方法:
分类方法一:以Schwab频率来划分的话,一般分为三类:慢波、中间快波和快波。
1)慢波包括0.5-3Hz范围的delta波、4-7Hz的theta波和8-13Hz的alpha波;
2)中间快波为频率在14-17Hz范围的波;
3)快波包括18-30Hz的beta波、31Hz以上的为gama波。
分类方法二:Walter分类,共有以下五种分类:
a.频率在0.5-3.5Hz范围内为delta波,
b.频率在4-7Hz范围内为theta波,
c.频率在8-13Hz范围内为alpha,
d.频率在14-25Hz范围内为beta波,
e.频率在26Hz以上的为gama波,
特别要注意的是这里对频率在10Hz左右的波称为节律。
参考文献
[1] 基于协方差特征的EEG解码及其在运动想象脑机接口系统的应用研究
[2] Neurophysiological predictor ofSMR-based BCI performance
[3] 基于运动想象的脑-机接口的算法研究