时变脑信号的自适应建模与学习方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61906166
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0609.认知与神经科学启发的人工智‍能
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Brain signals are usually nonstationary due to neuroplasticity and signal recording noises. Most existing brain-machine interface (BMI) systems use static decoders and can not model the nonstationary changes accurately, thus face difficulties in maintaining a stable performance in a long-term, which has become a serious problem in BMI applications. After deeply analyzing the nonstationary properties in brain signals, we propose to use a novel dynamic multiple-model combination approach for robust decoding from nonstationary signals. By dynamically combining the models according to current brain signals, the assembled model can adapt to changes in signals to achieve the optimal estimation. We further extend the multiple model combination framework considering the properties of brain signals, and study online model updating and learning strategies with evolution computing and brain-inspired models, to maintain the effectiveness of models. The proposed method can adaptively adjust itself along with changes in brain signals, to build reliable and stable BMI systems which are capable for long-term use, thus is of great value.
神经可塑性和环境噪声干扰导致脑神经信号具有时变性、非稳性等特点,当前脑机接口系统中大多采用静态解码模型,对脑信号的时变性无法准确建模,导致系统不能长时间稳定工作,极大限制了脑机接口系统的应用。通过对脑信号时变性成因的深刻剖析,本项目提出多模型动态自适应融合的解决思路,通过多模型间的协同工作实现对脑信号变化的自适应,使不同模型在不同脑电模式下动态融合,获得联合最优的结果;同时针对脑信号本身特点,将多模型融合框架与演化计算、类脑计算模型相结合,研究解码模型随脑信号变化的在线可塑性学习和演化方法,以保证模型长期有效。本项目研究的时变脑信号自适应建模与学习方法,能够动态地适应大脑的变化,从而有望建立高可靠性、长期稳定可用的脑机接口系统,具有重要意义。

结项摘要

本项目的研究目标为通过建立多模型自适应集成建模与在线学习的脑电信号解码方法,使解码模型能够动态地适应大脑的变化,从而提高脑机接口系统中脑信号解码的可靠性和长期稳定性。围绕研究目标,本项目构建了一系列多模型的在线动态集成模型和方法,实现解码器对信号变化的自动化感知和自适应调整,有效提高临床侵入式脑机接口的控制精度14%以上。依托本项目共发表论文12篇,其中IEEE汇刊论文4篇,人工智能顶级会议NeurIPS 3篇,获得国际会议最佳海报/最佳论文2次,共申请专利3项。本项目提出的自适应神经信号解码方法,作为核心方法应用于我国首个临床侵入式运动脑机接口系统,有效解决高龄志愿者神经信号弱、稳定性差情况下的鲁棒控制问题,实现了临床志愿者脑控机械臂吃油条、喝可乐、打麻将等应用,受到国内外广泛关注。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(5)
专利数量(3)
Convolutional Multiple Instance Learning for Sleep Spindle Detection with Label Refinement
通过标签细化进行睡眠纺锤体检测的卷积多实例学习
  • DOI:
    10.1109/tcds.2022.3159285
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Cognitive and Developmental Systems
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Xuyun Sun;Yu Qi;Yueming Wang;Gang Pan
  • 通讯作者:
    Gang Pan
Learning graph in graph convolutional neural networks for robust seizure prediction
图卷积神经网络中的学习图用于稳健的癫痫预测
  • DOI:
    10.1088/1741-2552/ab909d
  • 发表时间:
    2020-06-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF NEURAL ENGINEERING
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Lian, Qi;Qi, Yu;Wang, Yueming
  • 通讯作者:
    Wang, Yueming
Subdomain contraction in deep networks for robust representation learning
深度网络中的子域收缩用于稳健的表示学习
  • DOI:
    10.1016/j.neucom.2022.09.084
  • 发表时间:
    2022-09
  • 期刊:
    Neurocomputing
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Yu Qi;Zhentao Pan;Gang Pan;Yueming Wang
  • 通讯作者:
    Yueming Wang
Dynamic Ensemble Bayesian Filter for Robust Control of a Human Brain-Machine Interface
用于人脑机接口鲁棒控制的动态集成贝叶斯滤波器
  • DOI:
    10.1109/tbme.2022.3182588
  • 发表时间:
    2022-12-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Qi, Yu;Zhu, Xinyun;Wang, Yueming
  • 通讯作者:
    Wang, Yueming
RCIT: An RSVP-Based Concealed Information Test Framework Using EEG Signals
RCIT:使用 EEG 信号的基于 RSVP 的隐藏信息测试框架
  • DOI:
    10.1109/tcds.2021.3053455
  • 发表时间:
    2022-06
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Cognitive and Developmental Systems
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Hanwen Wang;Yu Qi;Hang Yu;Yueming Wang;Cong Liu;Guoping Hu;Gang Pan
  • 通讯作者:
    Gang Pan

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其他文献

免疫系统防御强,遇到缺氧HIF帮(英文)
  • DOI:
    10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.06.01
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中国生物化学与分子生物学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    王可玥;祁玉;胡洪波
  • 通讯作者:
    胡洪波

其他文献

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祁玉的其他基金

面向单音节汉字发音解码的侵入式汉语言脑机接口研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    面上项目
面向单音节汉字发音解码的侵入式汉语言脑机接口研究
  • 批准号:
    62276228
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
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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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