王平

摘要：相同步理論已經(jīng)很好的被引入腦電信號(hào)分析，本文利用相同步理論對(duì)大腦個(gè)體差異性進(jìn)行研究，通過對(duì)腦電信號(hào)的PLV值進(jìn)行計(jì)算，提取特征，最終計(jì)算腦電信號(hào)自我認(rèn)證值，得出結(jié)論是準(zhǔn)確率平均達(dá)到86%，說明很好的識(shí)別了受試者。

關(guān)鍵詞：腦電信號(hào)；相同步；個(gè)體差異

在控制運(yùn)動(dòng)腦電分類方面研究，主要集中在體育運(yùn)動(dòng)心理學(xué)和腦機(jī)接口系統(tǒng)方面研究。在體育運(yùn)動(dòng)心理學(xué)的應(yīng)用，通過利用運(yùn)動(dòng)員在大腦中想象所進(jìn)行的各種運(yùn)動(dòng)，通過對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，提高訓(xùn)練效果。在腦機(jī)接口系統(tǒng)的應(yīng)用，通過對(duì)不同的大腦控制運(yùn)動(dòng)意識(shí)產(chǎn)生腦電信號(hào)進(jìn)行分析，提取出相應(yīng)的腦電信號(hào)特征，利用一定的外部?jī)x器，還原大腦的想象的運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到對(duì)殘障人士運(yùn)動(dòng)的輔助作用。

當(dāng)今國(guó)內(nèi)外對(duì)控制運(yùn)動(dòng)腦電信號(hào)分析和研究，基本上是把腦電信號(hào)作為一種特殊的信號(hào)，利用各種信號(hào)分析方法，例如傅立葉變換、小波變換、拉普拉斯變換、主成分分析、獨(dú)立成分分析等，把腦電信號(hào)進(jìn)行不同形式的變換抽取出特征。對(duì)控制運(yùn)動(dòng)腦電信號(hào)分析主要面臨兩個(gè)難題，一是分類準(zhǔn)確率，特別是對(duì)于多種運(yùn)動(dòng)組合，分類準(zhǔn)確率還不能達(dá)到實(shí)用的需求，二是對(duì)于相同的方法，如果被試者不同，分類準(zhǔn)確率相差較大。

為了準(zhǔn)確的提出想象運(yùn)動(dòng)的腦電特征，把腦電信號(hào)分析回歸大腦的想象生理機(jī)制，是現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外對(duì)腦電信號(hào)分析的發(fā)展趨勢(shì)。如今很多場(chǎng)合都需要進(jìn)行身份認(rèn)證，身份認(rèn)證腦電研究和以往應(yīng)用運(yùn)動(dòng)想象腦電信號(hào)進(jìn)行BCI研究不同，以往的BCI腦電信號(hào)研究是分析不同受試者的腦電信號(hào)中的共同特征，從而提取出來投入運(yùn)用，而身份認(rèn)證腦電信號(hào)的研究，則是提取出能反映受試者本人和他人不同的腦電信號(hào)特征，從而達(dá)到利用此特征來找到該受試者的目的。

把相同步理論應(yīng)用于腦電信號(hào)分析，已經(jīng)有很多成功的例子。目前有許多方法去測(cè)量在信號(hào)xi（t）和xj（t）之間的同步，用于分析同步較普通的方法是經(jīng)典的相干（一致性）Cohij（f）。相干函數(shù)由信號(hào)xi（t）和xj（t）（代表兩電極i，j）的互譜密度函數(shù)得出，定義如下：

Si，j（f）=1N∑Nn=1Xin（f）Xjn（f）

另一種測(cè)量?jī)蓚€(gè)信號(hào)同步的量度是鎖相值PLV（phase locking value），此方法僅考慮此信號(hào)的相位。

PLV= （3）

這里，Φi（t），Φj（t）是電極i，j的瞬時(shí)相位。這相位的計(jì)算可以通過希爾伯特（Hilbert）變換或復(fù)Gabor小波變換。在文獻(xiàn)證明小波變換及希爾伯特變換的計(jì)算信號(hào)同步方面沒什么差別雖然以上它不包含信號(hào)的幅度信息，但更適合測(cè)量腦電信號(hào)的同步現(xiàn)象。

本文所用腦電信號(hào)來源于江西科技學(xué)院信息技術(shù)研究所腦機(jī)接口實(shí)驗(yàn)室，受試者在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，根據(jù)屏幕的指示，想象向左和向右運(yùn)動(dòng)，腦電獲取裝置會(huì)把受試者的腦電信號(hào)實(shí)時(shí)記錄下來。通過對(duì)十個(gè)學(xué)生進(jìn)行腦電獲取和分析，計(jì)算腦電信號(hào)的PLV值，分析左右想象運(yùn)動(dòng)物理機(jī)制的個(gè)體差異性。通過對(duì)十個(gè)學(xué)生的腦電信號(hào)自我認(rèn)證計(jì)算，結(jié)果表明利用PLV計(jì)算個(gè)體差異，能很好的認(rèn)證出受試者，其準(zhǔn)確率平均達(dá)到86%。（作者單位：江西科技學(xué)院信息中心）

本文受江西科技學(xué)院院級(jí)自然課題“基于相同步的個(gè)體腦電差異性研究”（編號(hào)XYKJ08YB02）資助

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