甘 迪,黄 辉,李承智,等 .脑机接口对义指精细动作控制的研究进展 [ J ] .中国临床医学 , 2025, 32(1): 114-119.GAN D, HUANG H, LI C Z, et al.Advances in research on fine motion control of prosthesis fingers with brain-computer interface [ J ] .Chin J Clin Med, 2025, 32(1): 114-119.DOI: 10.12025/j.issn.1008-6358.2025.20241119
接口技术[j]。信号处理期刊,2023年,39 (8):1386-1398。doi:10。16798/j。ISSN。 1003-0530。 2023。ISSN。1003-0530。2023。
编码特征作为预测结果,邀请用户进行认知情况调 研。从用户调研数据的计算结果可知,用户对不同特 征编码的认知存在一定的共性,有共同的认知习惯。 1 )就属性语义来看,认知效率主要受色相、明 度、饱和度、尺寸、位置、形状的影响。色相:国军 标对色彩的应用有明确的规范,在进行色相编码时, 应考虑用户对专用色彩属性的认知习惯,严格遵守色 彩使用规范。对于没有硬性规定的色彩,也应以用户 过往的知识、经验为基础进行编码设计。如,在界面 设计中,一般认为红色表示危险,黄色表示警告,绿 色表示安全。明度:实验表明,在深色背景下,明度 越高信息等级越高。战术显控系统复杂性较高,合适 的明度编码设计适合应用于信息层级设计,能够有效 降低用户的学习成本。饱和度:饱和度取决于该色中 含色成分和消色成分(灰色)的比例。含色成分越大, 饱和度越大;消色成分越大,饱和度越小 [14] 。高饱和 度的色彩编码方式更能引起视觉关注,帮助用户集中 注意力。形状:在战术显控系统中,涉及形状属性的 元素主要为图形和符号,包括通用类和特殊类。在进 行形状编码时,现有图符应遵循沿用的原则,新的图 符应结合现实形态、行业背景进行设计,以符合用户 认知习惯、缩短学习过程,提高交互效率。尺寸:根 据实验结果显示,信息尺寸的大小与信息的重要等级 成正比,信息越重要,尺寸越大。位置:用户对显示 屏上的信息关注度依次为中间、左上方、右上方、左 下方、右下方 [15] 。在进行界面布局时,应注意信息等 级与其在界面中位置的一致性,同时要保证同类信息 的位置编码统一。 2 )就情感语义来看,战时用户的生理和心理负 荷较高,任务情景的不确定性易增加用户的操作压 力 [5] 。在进行交互界面设计时应考虑信息编码元素的 情感性。从实验结果来看,影响情感语义的特征主要 为形状和色彩。尖锐的形态容易让用户产生较大的心 理压力,而圆润浑厚的形状更容易使用户平静。在进 行形状编码时,可采用倒角的设计手法。根据蒙赛尔 色彩体系对色彩要素的划分及实验结果,战术显控系 统的主色可以选用冷色调,明度、饱和度不宜过高, 以避免色彩刺激增加用户的焦虑感。而对于重点信息 和即时变化类信息,可采用高明度或高饱和度的色 彩,以提高用户的警觉性。
土著藏族已经开发了自适应生理机制,以应对Qinghai-Xizang高原的低氧环境。据报道,与缺氧诱导因子途径相关的内皮PAS蛋白1基因(EPAS1)内的遗传变异与藏族之间的低氧适应性有关。大脑在体内表现出最高的氧气消耗,特别容易受到高空缺氧的影响。我们研究了Qinghai-Xizang高原中藏族的结构和功能性脑网络的遗传影响。在这项研究中,招募了135名年轻土著藏族(62名男性和73名女性)作为实验组。 65名与相关特征相匹配的低地汉族人被招募为遗传变异分析的对照组。基于先前的报道,选择了EPAS1中的12个单核苷酸多态性基因座进行基因分型。随后,使用磁共振成像(MRI)获得了大脑的T1结构和静止状态功能图像。单倍型分析表明,藏族中GA和CAAA单倍型的频率明显高于低地汉族个体。藏人被认为是更高的适应性。因此,藏族被归类为遗传适应的藏族(GHA-tibetans)和遗传适应性较低的藏人(GLA-tibetans)。自适应的大脑变化也参与了自发的休息状态活动网络。与Gla-tibetans相比,Gha-tibetans在左中央回和右侧毛氨酸回去,右侧额叶和右后扣带回回去的皮质表面积明显更大,在左PericalCarine Gyrus和右PericalCarine Gyrus和右上角的皮质体积中,右侧额叶和右后扣回去。在多个网络中观察到功能连接显着提高,包括体育体网络,腹侧注意网络,视觉网络和默认模式网络。这项研究揭示了EPAS1遗传变异与土著藏族中大脑结构和功能网络的适应性之间的关系,表明大脑的适应性变化主要集中在与视觉感知,运动控制和相关功能网络相关的区域上。这些大脑变化可能有助于土著人口在极端环境中更好地调节其身体活动。
按钮布局的一致性,机载显控系统的人机工效研究也 逐渐得到了相关领域的重视。为了解决仪表板日益拥 挤的问题,工程师在第 2 代机电伺服仪表的基础上对 飞行仪表进行综合,也对指示相关信息的仪表进行综 合,减少仪表数量;同时将无线电导航和其他经过计 算机加工的指引信息综合进相关的显示器中,形成第 3 代飞机仪表,即综合指引仪表。综合指引仪表不但 可以显示飞机综合的实时状态信息,同时还通过指引 信息告诉飞行员如何正确操纵飞机,以达到预定飞行 状态或目的地 [5] 。第 3 代头盔显示系统首次采用虚拟 成像技术,可直接将虚拟画面投射到驾驶员的面罩 上,配合计算机图像和数据处理运算技术,具备了实 时呈现画面的能力。 以人工智能、大数据为代表的信息技术在军事领 域广泛应用,现代战争形态演变不断突破,向着机械 化、信息化、智能化的方向发展。进入 21 世纪,触 屏及语音交互的方式取代了烦琐复杂的硬件按钮操 作,更为清晰的数字化屏幕也为信息显示提供了更大 的发展空间。第 4 代新型战斗机的机载设备通过更 大、更清晰的数字化屏幕呈现出更加多样的信息内 容。这一时期的人机交互主要通过数字屏幕进行信息 输出,通过语音、触摸屏和简洁的按键等多通道进行 信息输入。未来飞行员头盔的发展趋势是研制功能强 大、集综合性防护于一体的头盔系统,全息投影技术 也会逐渐发展成熟并应用于头盔显示器中 [6] 。历代战 机座舱显控界面见图 1 。 对战机座舱显控系统的发展,各领域的研究人员 针对人因工效、人机交互、座舱显示技术、人机协同 等方面进行了一系列研究。总结 20 世纪 80 年代至今具 有代表性的人物及研究成果,其研究成果引用量较高, 为座舱显控发展提供了理论依据或技术支撑,见表 1 。 军事技术的发展促使战场环境复杂性的大幅提 升,如 F–35 的大屏幕显示器将远不能满足飞行员获 取信息数据流的显示需求,而未来战斗机为了隐身, 会减小座舱空间,进而缩小座舱显示面积 [25] 。座舱内 的系统控制器将尽可能简化,除了保留一些控制飞行 的基本操作杆和少数与安全相关的控制器,其余的操
I , Aero Vironment 公司的 Puma AE , L-3/BAI 公司的 Geneva Aerospace Mobius , Insitu 公司的
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号质量,提高信噪比。特征提取根据特定的BCI范式所设计的心理活动任务相关的神经信号规律,采用时域、频域、空域方法或相 结合的方法提取特征。模式识别通过采用先进的模式识别技术或机器学习算法训练分类模型,针对特定的用户定制特征提取和解 码模型。 3. 控制接口:根据具体的通信或控制应用要求,控制接口把上述解码的用户意图所表征的逻辑控制信号转换为语义控制信号,并由
5 上海交通大学生物医学工程学院,上海,200030 【摘要】脑机接口(BCI)设备是进行神经刺激和记录的重要工具,在神经系统疾病的诊断和治疗中有着广阔的应用前景。此外,磁共振成像(MRI)是一种有效且非侵入性的全脑信号捕获技术,可以提供大脑结构和激活模式的详细信息。将BCI设备的神经刺激/记录功能与MRI的非侵入性检测功能相结合对脑功能分析具有重要意义。然而,这种结合对神经接口设备的磁和电性能提出了特定的要求。首先探讨了BCI设备与MRI之间的相互作用,随后对二者结合可能产生的安全风险进行总结和整理,从BCI设备的金属电极、导线等危害的来源入手,分析了存在的问题,并总结了目前的研究对策。最后,简要讨论了BCI磁共振安全性的监管问题,并提出了增强相关BCI设备磁共振兼容性的建议。