张力新 常美榕 王仲朋 陈 龙* 明 东#

1(天津大学医学工程与转化医学研究院， 天津 300072)2(天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072)

引言

脑-机接口(brain-computer interface，BCI)系统可不依赖外周神经或肌肉，通过解码用户大脑活动对外部设备发送控制指令，为人机交互控制与残疾人康复和辅助等提供了全新技术途径[1-2]。作为BCI的重要范式之一，运动想象(motor imagery，MI)是对运动行为的心理演练而未有明显运动输出，可直接映射用户运动意图，而且对无法进行自主运动患者的康复训练具有独特优势。MI-BCI能以自然、直观的命令方式实现控制，得以广泛研究[3-5]。

研究显示，目前MI-BCI的研究多以上肢控制为主，主要原因是需要精细控制的上肢(如手臂、手指等)映射到大脑皮层外表面且占据运动皮质较大区域，而下肢(如髋、腿、踝、脚等)位于皮层沟壑且仅占运动皮质小部分区域，如图1所示[6]。然而在步态康复研究控制系统中下肢分类具有重要作用。众所周知，脑电(electroencephalogram，EEG)信号时间分辨率较高，但其空间分辨率较低，限制了下肢MI-BCI系统性能。

图1 躯体感觉区和躯体运动区[6]Fig.1 Sensory and Motor homunculus of the human brain[6]

为提升下肢MI-BCI系统性能，有学者构建混合范式，根据用户群体可分为两类：肢体运动障碍患者和普通用户，对患者多采取MI结合肢体残存肌电等电信号方式；对普通用户则是将MI与视觉型、听觉型等反应式BCI融合，分析EEG包含的多种特征信息[7-9]。后者受众群体广，但反应式BCI占据用户视觉、听觉通道，增加用户的精神负担。

基于体感刺激的BCI系统范式，无需占据视觉、听觉通道，不会在执行MI任务时消耗更多的注意力，在未来应用中具有显著优势和技术发展潜力。……