基于數據驅動的閉環腦機接口設計

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(1.華東理工大學信息科學與工程學院,上海 200237; 2.西安交通大學電氣與控制工程學院,西安 710049)

基于數據驅動的閉環腦機接口設計

孫京誥1,戚川1,潘紅光2

(1.華東理工大學信息科學與工程學院,上海200237;2.西安交通大學電氣與控制工程學院,西安710049)

基于神經元峰電位的植入式腦機接口開展相關研究,通過搭建大腦皮層仿真模型,并在控制理論分析的基礎上進行自發單關節運動任務。使用自適應維納濾波器完成神經元放電活動的線性解碼器設計。通過分析發現在視覺反饋信息缺失時,解碼器性能嚴重下降。針對此問題,使用基于數據驅動算法的緊格式無模型控制算法產生刺激信號來刺激仿真大腦皮層感覺區神經元,使其跟蹤存在感官反饋時感覺區神經元的放電活動。由于感覺區神經元放電信息的恢復,解碼器在感覺反饋信息缺失時的性能也得到了恢復。最后,通過仿真驗證了基于數據驅動算法的人工感官反饋有效性,并與整定的PID控制算法對比,結果驗證了本文設計的閉環系統的有效性。

大腦皮層仿真模型; 無模型控制; 解碼器; 數據驅動

腦機交互系統主要包括皮層神經元活動測量和外界交互設備,目的是為殘障人士恢復受損的運動機能[1]。閉環腦機接口主要包括皮層神經元活動信息的測量、對任務運動意圖進行提取的解碼器、反饋給大腦的感覺信息編碼器、完成運動任務的肢體。因此,大腦皮層、肢體、編碼器和解碼器共同組成了閉環腦機接口系統[2]。……