脑-机接口技术(Brain computer interface，BCI)是不依赖于人体正常周围神经通道以及肌肉的一种新型交流技术，可以为丧失肢体行动能力的残障人士提供直接由脑与外界环境交流的可行途径。根据依赖的感官不同，可以将BCI系统分为视觉BCI系统、听觉BCI系统和触觉BCI系统等。视觉BCI系统具有高分类精度和高信息传送速率(Information transfer rate，ITR)的优点，但对用户的视力有较高的要求。BCI系统的主要服务对象为因病或伤造成肢体行动能力丧失的人群，而在这部分人群中，有相当比例的人不具备能够使用视觉BCI系统的条件。对于无法使用视觉BCI系统的人群，听觉BCI系统为他们提供了提高生活质量的可能手段。因此，听觉BCI系统的研究与开发，对视力受损，听力正常的群体具有十分重要的意义。听觉BCI系统的研究依然处于较为初期的阶段，现阶段的听觉BCI系统在分类准确率、ITR和用户友好度上都逊色于视觉BCI系统。提升听觉BCI系统的性能是当前听觉BCI系统亟需解决的问题。　　P300成分是事件相关电位(Event related potential，ERP)的一种，它是受关注的稀有事件发生后300～500ms出现的一个正向电位。本文的研究内容主要是对基于P300的听觉BCI系统构建以及改进，研究目的在于通过对听觉P300范式的改进，提高听觉BCI系统的分类精度以及用户友好度，主要工作有以下四方面:　　(1)对基于空间方位的听觉BCI系统进行了两方面的改进:一是改进了基于空间方位线索的听觉范式刺激排布方式;二是对范式的听觉刺激材料进行了改进，提出了以乐音为刺激的听觉范式。将结合空间方位线索的听觉P300范式（音阶范式）和以纯音为刺激的空间听觉P300范式纯音（高低中范式）在分类准确率、ERP以及用户友好度上进行比较。根据对比结果可知:在空间上使用刺激对称排布方式的高低中范式在系统的分类精度上尤其是在线分类精度上显著高于音阶范式并且用户接受度更高;而以乐音作为听觉刺激能够比纯音诱发出更强的P300信号，但同时也导致了非目标对目标的干扰度增大，影响了系统分类准确率，减少非目标刺激的干扰是音阶范式需要解决的问题。此工作中提出的听觉P300范式在不降低系统的可用选择数目上，减少了用户在使用听觉BCI系统中的记忆负荷，降低了认知任务的难度，有助于提升系统的性能以及可用性;尽管以乐音为刺激的新型听觉范式的性能不够优秀，但依然表现出了乐音作为听觉范式刺激的潜能，对基于音乐的友好型听觉BCI系统的开发设计有一定的参考价值。　　(2)提出了一个以自然环境声为刺激的友好型P300听觉BCI系统，该系统利用柔和的水滴声作为听觉刺激，减少了用户在使用过程中产生的不适与烦躁感，显著增强了听觉BCI系统的用户友好度，与此同时，系统的性能与使用纯音作为刺激的传统听觉BCI系统相比得到了提升。该系统在使用过程中，不仅能够减少来自外界环境噪声的干扰，也能够减少来自非目标刺激的干扰。显然，该系统较使用传统听觉BCI范式的听觉BCI系统更适用于日常生活环境中的实际使用。　　(3)在已提出的与BCI系统相关的疲劳研究中，对BCI用户在实际使用过程中的疲劳状态研究甚少，因此，本文在此对被试在使用听觉P300系统过程中的疲劳状态进行了观测与分析，选取出能够及时准确反映出被试状态的EEG指标，并根据被试在使用听觉P300系统时的状态总结了在进行BCI实验应注意的事项。从BCI性能的表现以及对被试的EEG不同波段的功率谱进行分析，可知以下几点:首先，被试在连续进行大约两个范式的离线训练工作量后（约30分钟），进入疲劳状态，引起BCI分类准确率的下降;其次，被试进入疲劳状态后，短暂的休息并不能使被试从疲劳状态中脱离，表现为BCI系统分类准确率上的持续低下;最后，被试主观上对自身疲劳状态的评估并不准确。该项工作表明BCI系统在为用户提供交流手段的同时，还能够实时监测用户状态，对拓宽BCI系统的用途具有实际意义。　　(4)对听-视融合范式进行了研究，提出了新的听觉刺激与视觉刺激信息分配思路，通过比较听觉刺激与视觉刺激匹配、听觉刺激与视觉刺激失匹配两种听-视融合范式，以及单感官模态的视觉范式在离线单试次上的分类准确率、ERP成分的幅值和在线准确率上的差异。可知相较视觉刺激与听觉刺激包含相同信息的信息分配方式，采用不同感官之间信息失匹配的方式能够在不增加任务难度以及被试工作负担的情况下，获得更好的系统性能表现。视觉刺激与听觉刺激失匹配的信息分配思路，减少了大脑在接收多感官信息时视觉主导现象的产生，使ERP信号得到增强，从而提升了BCI系统的性能。