非眼动型脑-机接口中隐性视觉空间注意的神经学模型与识别方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81601565
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    17.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H2707.生物电磁成像
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Brain-computer interfaces (BCIs) have been demonstrated to be powerful in the application of neural rehabilitation. BCIs based on visual event-related potentials (ERPs) are famous for its high speed and large instruction set. However, the traditional gaze-dependent visual BCI, requiring users to adjust the vision focus by eye movements, is not a direct translation of brain intents. The advanced cognitive process only plays a minor part in the neural feedback training in the traditional approach, which is not good for neural rehabilitation. Therefore, the gaze-independent BCI based on the direct measurement of covert visuospatial attention (CVSA), a kind of advanced cognitive process, is desiderated. This project aims to develop a CVSA-based gaze-independent BCI using the hybrid features of steady-state visual evoked potentials (ssVEPs) and the N2pc which is an earliest endogenous component reflecting the visuospatial attention in the ventral stream. The combination of ssVEPs and N2pc could provide more abundant, stronger and higher signal-to-noise rate cognitive EEG features for mental states decoding. This project includes studying the fundamental laws of the ssVEP and N2pc hybrid features under the modulation of CVSA, exploring N2pc’s neural mechanism and constructing its evolution model, developing a new algorithm for fast decoding the endogenous attention state, and building a high-efficiency gaze-independent BCI with high speed and high accuracy. The new system could work more effective for neural rehabilitation and this project could also provide a new theory and method for BCI developments.
脑-机接口(BCI)在神经康复应用显示强大潜力。视觉响应诱发事件相关电位(ERP)型BCI有速度快、指令多等优点,但传统诱发范式需用户调整视线方向、用显性空间注意力选择目标指令,严重妨碍大脑控制意图直接表达、削弱高级认知反馈训练、制约应用效果,亟需研发直接检测大脑内源性隐性视觉空间注意力(CVSA)信息的非眼动依赖视觉响应型BCI新技术。项目采用与选择注意密切相关、能最早体现视觉注意、有鲜明偏侧性的短时内源性ERP成分N2pc和稳态视觉诱发电位(ssVEP)相结合的方式构建非眼动型BCI诱发范式以获得有用信息量大、信噪比高、相关特征强的认知脑电,研究隐性视觉空间注意调制N2pc与ssVEP混合脑电特征基本规律,探索内源性脑电成分N2pc形成神经机制并建立演进模型,发展快速解码大脑内源性注意力意图的新算法,为神经康复应用提供正确率高、速度快的非眼动新型BCI系统,为其发展提供新理论、新方法。

结项摘要

视觉型脑-机接口(BCI)有速度快、指令多等优点,但传统诱发范式需用户调整视线方向、用显性空间注意力选择目标指令,严重妨碍大脑控制意图直接表达。针对该问题,本项目研究了可用于BCI控制的大脑隐性视觉空间注意力(CVSA)新方法,包括研究CVSA下N2pc/ERP与SSVEP混合特征的基本诱发规律、基于ERP与SSVEP混合特征的超大指令高速BCI的范式设计、极微弱脑电特征的提取与识别算法、脑-机接口动态停止策略、系统集成与临床实验。本项目确定了CVSA下N2pc/ERP与SSVEP混合特征的基本诱发规律,建立了ERP的空、时、频、相多参数演进模型,筛选了可实现注意功能增强的SSVEP特征,构建了具有高信噪比ERP与SSVEP混合特征的诱发新方案,设计了高效的ERP与SSVEP混合编码策略,发展了基于空间滤波与模板匹配的极微弱脑电特征解码算法,建立了相应的BCI在线系统,实现信息传输率远超20 bits/min的传输速度,并已尝试将该系统用于基底动脉梗塞患者的日常交流。借助该BCI系统,患者能够表达出自己的意愿,如“想回家了”,“最想见的人是孙子”,“目前最不舒服的是腿部”等。在该项目的支持下,已发表或录用学术论文29篇,其中SCI期刊论文11篇,会议论文9篇,其中一篇被选为《IEEE transactions on Biomedical Engineering》封面论文,已申请专利4项。2018年,获首届Neuroscan Award奖项;2019年,获世界机器人大赛BCI脑控机器人比赛一等奖。

项目成果

期刊论文数量(20)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(9)
专利数量(4)
经颅电刺激在卒中后运动康复领域的研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中国生物医学工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Mu Siyu;Xu Minpeng;He Feng;Zhang Lixin;Ming Dong
  • 通讯作者:
    Ming Dong
整合贝叶斯动态停止策略对SSVEP-BCIs的性能提升研究
  • DOI:
    10.19650/j.cnki.cjsi.j1803193
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    仪器仪表学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    江京;许敏鹏;印二威;王春慧;明东
  • 通讯作者:
    明东
脑-机接口中脑电解码算法研究综述
  • DOI:
    10.7507/1001-5515.201812049
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    生物医学工程学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周晓宇;许敏鹏;肖晓琳;陈龙;顾晓松;明东
  • 通讯作者:
    明东
BCI Monitor Enhances Electroencephalographic and Cerebral Hemodynamic Activations During Motor Training
BCI 监视器增强运动训练期间的脑电图和脑血流动力学激活
  • DOI:
    10.1109/tnsre.2019.2903685
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Wang Zhongpeng;Zhou Yijie;Chen Long;Gu Bin;Yi Weibo;Liu Shuang;Xu Minpeng;Qi Hongzhi;He Feng;Ming Dong
  • 通讯作者:
    Ming Dong
Enhance decoding of pre-movement EEG patterns for brain-computer interfaces.
增强脑机接口运动前脑电图模式的解码。
  • DOI:
    10.1088/1741-2552/ab598f
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Neural Engineering
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Wang Kun;Xu Minpeng;Wang Yijun;Zhang Shanshan;Chen Long;Ming Dong
  • 通讯作者:
    Ming Dong

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其他文献

热释电红外传感器在生物特征识别领域中的研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    现代仪器
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    冯莉;明东;徐瑞;邱爽;许敏鹏;綦宏志;万柏坤;王威杰
  • 通讯作者:
    王威杰
整合贝叶斯动态停止策略对SSVEP-BCIs的性能提升研究
  • DOI:
    10.19650/j.cnki.cjsi.j1803193
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    仪器仪表学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    江京;许敏鹏;印二威;王春慧;明东
  • 通讯作者:
    明东
增强现实场景下基于稳态视觉诱发电位的机械臂控制系统
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    电子与信息学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈玲玲;陈鹏飞;谢良;许敏鹏;徐登科;闫慧炯;罗治国;闫野;印二威
  • 通讯作者:
    印二威
Enhancing performance of P300-Speller under mental workload by incorporating dual-task data during classifier training
通过在分类器训练期间合并双任务数据来增强 P300-Speller 在脑力负荷下的性能
  • DOI:
    10.1016/j.cmpb.2017.09.002
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Computer Methods and Programs in Biomedicine
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    陈玉倩;柯余峰;孟桂芳;蒋劲;綦宏志;焦学军;许敏鹏;周鹏;何峰;明东
  • 通讯作者:
    明东
基于动态自适应策略的SSVEP快速目标选择方法
  • DOI:
    10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.22.038
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    清华大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王春慧;江京;李海洋;许敏鹏;印二威;明东
  • 通讯作者:
    明东

其他文献

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AI技术路线图

许敏鹏的其他基金

脑机交互卒中运动康复系统及其诱导神经通路可塑恢复机制研究
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    61976152
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  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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