脑电信号是大脑进行生命活动产生的电信号,其中蕴藏着丰富的生命活动信息。基于脑电信号而建立的脑机接口是解析大脑活动信息,实现大脑与外部设备之间信息交互的有效方式。针对运动的脑机接口,通过对运动相关的大脑电信号进行分析和解码,结合机械假肢等外部设备可以实现运动功能的重建与恢复,这对运动功能障碍的患者的恢复和治疗具有重要价值。在面向运动的脑机接口的研究中,对运动相关脑电信号的分析和解码是极为关键的一步。本文对运动相关的头皮脑电信号（Electroencephalogram,EEG）进行了特征提取,以及对植入式脑电信号中的神经元峰电位信号（spike）和局部场电位信号（Local Field Potential,LFP）的锁相相位分布变化进行了分析。主要研究内容包括以下两个方面:第一,提出了基于多分支三维扩张卷积神经网络的运动想象EEG信号的分类算法。本文结合三维卷积神经网络的特点,将输入的二维运动想象头皮脑电信号按照采样电极的空间分布并结合时间维度信息转化为三维信号,这种转化同时保留了其时域特征和空域特征并加以利用。本文在三维卷积神经网络中引入了扩张卷积,构建了基于三维扩张卷积核的多分支三维扩张卷积神经网络。通过多分支三维扩张卷积神经网络,不仅可以同时提取头皮脑电信号的时间维度和空间维度的特征,而且在不改变卷积核大小的情况下,增大了感受野,保证了特征提取的充分性。实验结果显示,在9名不同受试者中的平均准确度为76.98%,标准差为9.51,显示了该算法良好的分类性能和适应能力。第二,在连续运动状态下,对spike和LFP delta节律的锁相相位分布进行了分析。针对猕猴单方向伸展抓握的运动范式,在不同运动阶段之间、三个事件前后100 ms时间窗内以及连续时间窗三种时间尺度下,对初级运动皮层、初级感觉皮层、后顶叶皮层三个脑区的锁相相位分布变化进行了分析。实验结果显示,在不同的运动阶段之间,神经元峰电位与局部场电位的锁相相位分布和峰值位置具有明显差异性。进一步对关键事件前后100 ms时间窗内的锁相相位分布分析,可以发现这种分布和峰值的变化在事件发生的前后是有显著差异的。在连续时间窗中对锁相的相位分布进行分析,发现这种变化在进入伸手阶段前后最为明显,且在猕猴等待阶段和伸手阶段,出现了变化的差异值最值。这为进一步揭示头皮脑电信号与大脑运动相关的神经元生理电活动的关系进行了一定程度的探索。本文在运动相关的实验范式下,在时域、空间域和组织细胞层面对大脑不同结构层次的电信号进行了分类和规律分析,进一步推动了对运动相关脑电信号的理解和应用,对多层面理解运动时大脑的电活动相关问题提供了新的研究视角。