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編輯推薦: |
脑机接口是当今的热点技术,技术先进,应用前景佳,一旦取得突破将颠覆性改变人类生活,也是一般消费者关注的焦点。本书由专业教师编写,不炒概念,只讲技术,适宜专业人士和具有相关专业基础的读者参考。
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內容簡介: |
在科技飞速发展的今天,脑机接口技术正逐渐从实验室走向现实应用,为人类社会带来前所未有的变革。本书简要概述了脑机接口的基础,重点介绍了脑电信号的神经科学基础和采集;脑电信号预处理与去伪迹;脑电信号特征分析;脑电信号特征分类方法等内容,旨在为读者提供脑机接口及脑电信号分析领域的全面知识和实用技术方法。本书适宜从事脑机接口领域的技术人员参考,也可供机器人、人工智能、医疗康复等相关专业人士参考。
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關於作者: |
陈骥驰,1990年11月生,工学博士,沈阳工业大学副教授,博士生导师,入选辽宁省英才储备计划,沈阳市拔尖人才,致力于人机智能交互,脑机接口,先进驾驶辅助系统研发等工作。主持国家自然科学基金(面上项目,青年科学基金),中国博士后科学基金面上项目,辽宁省科技计划技术攻关项目,辽宁省自然科学基金项目,辽宁省教育厅高等学校基本科研项目,沈阳市科技人才专项等。作为第一或通讯作者在国内外相关领域发表SCI等长文30余篇。授权发明专利10余件。研究成果获辽宁省自然科学学术成果奖一等奖(1/3),沈阳市自然科学学术成果奖三等奖(1/3)。担任国家自然科学基金通信评审专家,辽宁省科技厅计划项目专家等。
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目錄:
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1 脑机接口概述 001
1.1 脑机接口的研究意义 001
1.2 脑机接口系统的基本构成 004
1.3 脑机接口的研究现状和趋势 009
1.3.1 脑机接口的研究现状 010
1.3.2 脑机接口的发展趋势 017
1.4 本书各章节内容安排 020
参考文献 020
2 脑电信号的神经科学基础和采集 035
2.1 概述 035
2.2 脑电信号的神经科学基础 035
2.2.1 脑电信号的产生机理 035
2.2.2 脑电采集的位置及信号特点 037
2.2.3 脑电信号的分类 040
2.3 脑电信号的采集 042
2.3.1 脑电信号采集设备和技术 042
2.3.2 脑电信号的影响因素 052
2.3.3 常用的脑电信号分析工具箱 054
2.4 本章小结 067
参考文献 068
3 脑电信号预处理与去伪迹 072
3.1 脑电信号伪迹种类及其来源 072
3.1.1 生理伪迹 072
3.1.2 非生理伪迹 074
3.2 脑电信号预处理基本过程 076
3.2.1 滤波 076
3.2.2 剔除坏段、坏道 078
3.2.3 基于ICA 的伪迹去除 079
3.2.4 重参考 084
3.2.5 基线校正 084
3.3 脑电信号的其他伪迹去除方法 085
3.3.1 典型关联分析 085
3.3.2 盲源分离 086
3.3.3 小波变换法 087
3.3.4 回归法 089
3.3.5 经验模态分解 090
3.4 本章小结 091
参考文献 092
4 脑电信号特征分析 095
4.1 脑电信号特征提取 095
4.1.1 时域特征提取法 096
4.1.2 频域特征提取法 100
4.1.3 时频域特征提取法 103
4.1.4 空域特征提取法 104
4.1.5 非线性特征提取法 107
4.1.6 黎曼几何 117
4.2 脑电信号特征降维 123
4.2.1 主成分分析 123
4.2.2 最大相关最小冗余 125
4.2.3 遗传算法 126
4.3 其他脑电信号特征分析方法 129
4.4 本章小结 130
参考文献 131
5 脑电信号特征分类方法 135
5.1 基于传统机器学习的分类方法 136
5.1.1 线性判别分析算法 136
5.1.2 K 近邻算法 139
5.1.3 支持向量机算法 140
5.1.4 朴素贝叶斯算法 145
5.1.5 反向传播神经网络算法 146
5.1.6 集成学习算法 149
5.2 基于深度学习的分类方法 153
5.2.1 卷积神经网络 154
5.2.2 循环神经网络 159
5.3 其他脑电信号特征分类方法 161
5.4 本章小结 161
参考文献 162
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內容試閱:
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在科技飞速发展的今天,脑机接口技术正逐渐从实验室走向现实应用,为人类社会带来前所未有的变革。作为一种将神经信号转化为控制指令的技术,脑机接口打破了传统人机交互的界限,赋予了人类通过意念操控外部设备的能力。这一领域的研究不仅展示了神经科学与工程技术的结合如何改变人类生活,还为解决诸多医学难题、提升生活质量提供了新思路。本书系统地梳理了脑机接口技术的基础理论和脑电信号的处理方法,涵盖了从脑电信号的采集、预处理、特征提取到分类识别的全过程。全书共分为五章,深入探讨了脑机接口的基本理论、脑电信号的采集与预处理、特征提取与降维技术以及特征分类方法,旨在为读者提供全面的知识和实用的技术手段。
第1章脑机接口概述,首先概述了脑机接口的研究背景,阐明了其在医学、工程学和神经科学等多领域中的重要意义。随后,详细介绍了脑机接口系统的基本构成,包括脑电信号采集、处理、特征提取、模式识别与反馈等关键环节,并对当前的研究现状与未来的发展趋势进行了深入分析。
第2章脑电信号的神经科学基础和采集,着重探讨了脑电信号的神经科学基础,分析了脑电信号的产生机制及其在大脑各区域的表现特征,并对脑电信号的分类进行了详细说明。同时,介绍了脑电信号的采集方法,包括不同采集设备的应用、信号的影响因素及常用的信号分析工具箱,帮助读者全面了解脑电信号的获取与初步处理。
第3章脑电信号预处理与去伪迹,深入讨论了脑电信号预处理的必要性及其常用方法。内容涵盖了滤波、坏段与坏导剔除、基于独立成分分析的伪迹去除、重参考及基线矫正等基本步骤。此外,详细介绍了多种先进的伪迹去除技术,如典型关联分析、盲源分离和小波变换法等,旨在提升脑电信号分析的精确度和可靠性。
第4章脑电信号特征分析,主要集中于脑电信号特征提取与降维技术的介绍。内容包括时域、频域、时频域、空域及非线性特征提取方法,并进一步探讨了主成分分析、最大相关最小冗余和遗传算法等特征降维方法。此外,还对其他常用的特征分析方法进行了概要性介绍,为读者在信号分析过程中提供多样化的选择。
第5章脑电信号特征分类方法,系统地介绍了脑电信号特征分类的各种技术手段,涵盖了基于传统机器学习的线性判别分析、K近邻、支持向量机、朴素贝叶斯等算法,以及基于深度学习的卷积神经网络和循环神经网络等前沿方法。此外,还探讨了其他脑电信号特征分类技术,旨在为不同应用场景下的分类任务提供理论支持和实践指南。
本书由沈阳工业大学陈骥驰、魏春风和沈阳大学冯乃诗撰写,第1 ~ 3 章由冯乃诗和陈骥驰编写,第4、5 章由魏春风和陈骥驰编写。本书涉及的研究工作得到国家自然科学基金资助项目(62471319,62101355), 中国博士后科学基金面上项目(2021M692228),辽宁省自然科学基金项目(2022-BS-176),辽宁省教育厅高等学校基本科研项目(LJKMZ20220457),沈阳市科技人才专项(RC230517)等基金支持,在此表示衷心的感谢。
本书通过对上述各章内容的详细论述,旨在为读者提供脑机接口及脑电信号分析领域的全面知识体系和实用技术方法。本书适合相关领域的科研人员、工程师,以及对脑机接口技术感兴趣的专业人士作为参考和学习的资料。希望本书能为推动脑机接口技术的发展贡献一份力量,并激励更多人投身于这一充满挑战与机遇的研究领域。
陈骥驰
2024年10月
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