面向實用的腦-機接口：縮小研究與實際應用之間的差距

目錄
譯者序
前言
第1章 BCI現(xiàn)狀及進展：概述、分析和建議 1
1.1 引言 1
1.2 本書概述 2
1.2.1 第1部分概述 3
1.2.2 第2部分概述 4
1.2.3 第3部分概述 5
1.2.4 第4部分概述 6
1.3 預測和建議 7
1.4 總結 10
參考文獻 11
第1部分 傳感器、信號和信號處理
第2章 混合光-電BCI：實踐和可能性 15
2.1 引言 15
2.2 EEG與fNIRS的基本生理起源 15
2.2.1 腦電的起源 15
2.2.2 fNIRS響應的起源 16
2.3 信號模型 24
2.3.1 血管響應建模 24
2.3.2 分光光度轉換 26
2.3.3 合成信號的生成 27
2.4 公開（外顯）的和想象（內(nèi)隱）的運動任務期間EEG-fNIRS聯(lián)合測量 28
2.4.1 fNIRS/EEG傳感器 29
2.4.2 實驗描述 29
2.4.3 信號處理 30
2.4.4 結果 31
2.5 結論 32
參考文獻 33
第3章 BCI中的組合分類技術 36
3.1 引言 36
3.2 理論背景 37
3.2.1 模式識別方法：組合的定義和背景 37
3.2.2 融合的模式識別視角 38
3.2.3 為組合的優(yōu)勢打下扎實的基礎 40
3.3 組合和融合的層次 41
3.3.1 特征級聯(lián) 41
3.3.2 分類級聯(lián) 42
3.3.3 分類融合 42
3.3.4 決策融合 44
3.4 組合的類型 45
3.4.1 分類器組合 45
3.4.2 堆疊式組合 45
3.4.3 多導聯(lián)組合 45
3.4.4 多模態(tài)組合 46
3.5 重采樣策略 46
3.5.1 數(shù)據(jù)集劃分 47
3.5.2 特征空間劃分 49
3.5.3 信號分割 50
3.6 融合算子 50
3.6.1 基于樣本的融合 51
3.6.2 時域融合算子 52
3.7 總結組合所得的結果 52
3.8 結論 54
參考文獻 55
第4章 采用獨立成分分析提升BCI性能 59
4.1 引言 59
4.2 ICA在EEG信號處理中的應用 59
4.3 ICA在BCI系統(tǒng)中的應用 61
4.3.1 偽跡剔除 62
4.3.2 提高任務相關腦電信號的信噪比 63
4.3.3 選擇電極 65
4.4 基于ICA的零訓練BCI 66
4.4.1 實驗和數(shù)據(jù)記錄 67
4.4.2 方法 68
4.4.3 結果 69
4.5 討論和總結 71
參考文獻 72
第5章 皮層腦電（ECoG）電極在BCI應用中的長期使用 75
5.1 引言：從術前診斷到運動解碼 75
5.2 ECoG電極的方法和技術 77
5.3 用于BCI的ECoG信號 80
5.4 用于BCI的多通道ECoG陣列 81
5.4.1 激光加工電極的制造 82
5.4.2 第一個研究的生物評價/結果 85
5.5 可長期植入的無線系統(tǒng) 86
參考文獻 89
第2部分 設備、應用和用戶
第6章 設備、應用和用戶介紹：基于共享控制技術的實用BCI 95
6.1 引言 95
6.2 當前和新興的用戶群體 96
6.3 BCI設備和應用場景 97
6.3.1 通信和控制 97
6.3.2 運動替代：恢復抓取功能 98
6.3.3 娛樂和游戲 100
6.3.4 運動康復與運動恢復 100
6.3.5 心理狀態(tài)監(jiān)測 101
6.3.6 混合BCI 101
6.4 基于共享控制技術的實用BCI：面向移動性控制 102
6.4.1 運動殘疾患者控制的臨場感遙操作機器人 103
6.4.2 BCI控制輪椅 104
6.5 利用EEG錯誤電位實現(xiàn)手勢識別系統(tǒng)的自適應 106
6.6 結論 108
參考文獻 109
第7章 BCI在手部運動功能康復中的應用 117
7.1 引言 117
7.2 脊髓損傷患者手部運動功能的康復：腦控神經(jīng)假肢 118
7.2.1 上肢的功能性電刺激 118
7.2.2 BCI與FES技術相結合 121
7.3 腦卒中后手部運動功能的康復：基于BCI的附加干預 123
7.3.1 BCI在腦卒中康復中的應用：*新進展 124
7.3.2 FES在腦卒中上肢康復中的應用 126
7.3.3 BCI與FES技術相結合在康復臨床中的應用：一種整合方法 126
7.4 結論與展望 130
參考文獻 131
第8章 以用戶為中心的BCI研發(fā)設計 138
8.1 基于技術的殘疾人輔助解決方案 138
8.1.1 理解和界定殘疾 138
8.1.2 輔助技術和BCI 139
8.2 以用戶為中心的BCI研發(fā)方案 141
8.2.1 以用戶為中心的設計原則 141
8.2.2 在BCI研究中與*終用戶合作 142
8.3 BCI支持或替換現(xiàn)有AT解決方案 148
8.4 結論 150
參考文獻 150
第9章 設計未來BCI：超越比特率 155
9.1 引言 155
9.2 BCI的控制特性 155
9.2.1 BCI范式的特定問題 156
9.2.2 克服BCI局限性的方法 157
9.3 BCI從可用性研究到神經(jīng)工效學優(yōu)化 158
9.3.1 ERP相關決定因素的現(xiàn)有文獻 158
9.3.2 美學、互動隱喻、可用性和性能 162
9.4 共享控制 163
9.5 創(chuàng)建有效的應用結構：三級任務 165
9.5.1 低層級：BCI控制信號 165
9.5.2 中間層級：應用 166
9.5.3 高層級：用戶 166
9.6 吸引終端用戶與期望的作用 166
9.7 研究交互：原型和仿真 167
9.7.1 展示用戶需求的低保真原型 168
9.7.2 面向設計與開發(fā)的高保真模擬 169
9.8 結論 171
參考文獻 172
第10章 BCI與虛擬現(xiàn)實相結合：面向新的應用和改進的BCI 177
10.1 引言 177
10.2 VR和BCI控制的基本原理 178
10.2.1 VR的定義 178
10.2.2 基于BCI的VR應用的總體架構 179
10.3 BCI控制的VR應用評述 181
10.3.1 運動想象控制的VR環(huán)境 181
10.3.2 基于SSVEP的VR/AR環(huán)境 186
10.3.3 基于P300的VR控制 189
10.4 VR對BCI的影響 191
10.5 結論 193
參考文獻 194
第3部分 應用接口和環(huán)境
第11章 BCI與用戶體驗評價 201
11.1 引言 201
11.2 BCI用戶體驗評價的現(xiàn)狀 202
11.2.1 用戶體驗影響B(tài)CI 202
11.2.2 BCI影響用戶體驗 203
11.3 將HCI用戶體驗評價應用于BCI 203
11.3.1 觀測分析 204
11.3.2 神經(jīng)生理測量 205
11.3.3 訪談和問卷調(diào)查 205
11.3.4 其他方法 206
11.4 案例研究 206
11.4.1 案例研究：意識控制羊 207
11.4.2 案例：倉鼠實驗室 208
11.5 討論和結論 210
參考文獻 211
第12章 多模態(tài)交互和多任務環(huán)境下的BCI框架 214
12.1 引言 214
12.2 在雙重任務環(huán)境中使用BCI面臨的挑戰(zhàn) 215
12.3 組合BCI 219
12.4 在多模態(tài)用戶接口中集成BCI：相關問題 220
12.5 討論和結論 221
參考文獻 222
第13章 腦電激活的人機交互及應用 225
13.1 引言 225
13.2 腦狀態(tài)識別算法和系統(tǒng) 226
13.2.1 醫(yī)療應用的神經(jīng)反饋系統(tǒng) 226
13.2.2 神經(jīng)反饋系統(tǒng)的信號處理算法 227
13.2.3 神經(jīng)反饋系統(tǒng)用于增強效能 227
13.2.4 情感識別算法 228
13.3 時空分形方法 230
13.3.1 用于可視化分析的腦電三維映射 230
13.3.2 基于分形的方法 231
13.3.3 實時腦狀態(tài)識別 232
13.3.4 特征提取 232
13.4 實時腦電激活的應用 233
13.4.1 神經(jīng)反饋訓練系統(tǒng) 234
13.4.2 基于實時腦電的情感監(jiān)測與識別 234
13.5 結論 236
參考文獻 237
第14章 視覺誘發(fā)電位的相位檢測在BCI中的應用 240
14.1 引言 240
14.2 信號處理和模式識別方法 241
14.2.1 空間濾波 242
14.2.2 相位同步分析 243
14.3 實驗證據(jù) 243
14.3.1 *佳刺激頻率 244
14.3.2 BCI操作的標定 246
14.3.3 BCI操作和信息傳輸速率 246
14.4 討論和結論 248
參考文獻 248
第15章 干電極腦電傳感器能否提高基于SMR、P300和SSVEP的BCI的可用性 250
15.1 BCI研究的動機 250
15.2 方法 253
15.3 實驗設置 254
15.4 P300的BCI 255
15.5 運動想象 255
15.6 SSVEP的BCI 256
15.7 結果 256
15.8 P300實驗范式 257
15.9 運動想象的干電極 259
15.10 SSVEP訓練 264
15.11 討論 265
參考文獻 267
第4部分 實用的BCI基礎設施：新出現(xiàn)的問題
第16章 BCI軟件平臺 271
16.1 引言 271
16.2 BCI2000 272
16.3 OpenViBE 274
16.4 TOBI 277
16.5 BCILAB 280
16.6 BCI + + 282
16.7 xBCI 284
16.8 BF + + 287
16.9 Pyff 288
16.10 總結 290
參考文獻 292
第17章 重要問題：報告BCI性能的準則 297
17.1 引言 297
17.2 性能指標 298
17.2.1 混淆矩陣 298
17.2.2 正確率和錯誤率 299
17.2.3 Cohen’s Kappa 300
17.2.4 敏感性和特異性 301
17.2.5 F-測量 301
17.2.6 相關系數(shù) 302
17.3 分類的重要性 302
17.3.1 隨機分類的理論水平 302
17.3.2 置信區(qū)間 303
17.3.3 總結 305
17.4 包含時間的性能指標 305
17.5 估計離線數(shù)據(jù)的性能指標 307
17.5.1 數(shù)據(jù)集操作 307