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稳态视觉诱发电位在脑机接口及认知过程中的应用研究

吴正华  
【摘要】: 稳态视觉诱发电位(Steady-state visual evoked potential,SSVEP)的产生机理到目前还没有统一的解释,主要有反馈网络理论、行波理论等。SSVEP的应用主要有两个方面,一是在脑机接口(Brain-Computer Interface,BCI)上的应用,另一个是在认知过程研究方面的应用。本文将就SSVEP的基本理论以及它的应用展开讨论,主要由以下一些内容组成。 1.通过研究在频率一定(10Hz),而具有不同的占空比的闪光刺激下所产生的SSVEP的幅度,发现当占空比为0.4左右时,产生的SSVEP的幅度明显大于其它占空比时的幅度。 2.通过用同样强度和频率的红、绿、蓝三种单色光分别刺激被试,结果显示不同单色光产生的SSVEP的分布基本一样,但强度不一样,蓝光对应的SSVEP最强,红光次之,绿光最弱。 3.用位于不同频段的闪光单独和同时刺激被试,通过研究两种情况下所得的不同频率SSVEP的幅度和分布,发现当不同的SSVEP网络被同时激活时,彼此之间并没有明显的相互作用,这说明它们基本上是独立的。 4.由于不同类型刺激器的发光原理不同,所产生的闪光的频谱结构就不一样。在同样刺激频率和亮度的情况下,所产生的SSVEP的强度将不一样。通过用位于不同频段的三种不同类型的闪光分别刺激被试,发现LED产生的SSVEP最强,而CRT和LCD所产生的SSVEP基波并无明显差别,但谐波差异很大。 5.在常规的功率谱方法中,所获得的SSVEP是在一定长度时间段内的平均值,当选取的时间段足够长时(一般长于3—4秒),将会在一定程度上消除或削弱自发脑电的影响,获得较高的准确性和稳定性,但传输率比较低。在本工作中,通过对SSVEP进行小波分析,引入了一个新的参数---稳定系数,该系数在短的时间段内也具有较高的抗干扰性,这使得对目标识别的准确性提高,从而也提高了系统的传输率。 6.为了比较同一个认知任务对不同频率SSVEP的影响是否相同,用位于不同频段的刺激分别诱发SSVEP,同时让被试执行同样的记忆任务。通过对两种情况的比较,发现同样的认知任务对不同频率SSVEP的影响基本是一样的,而对低频SSVEP的影响更为明显且稳定。 7.通过研究注意与不注意两种情况下的SSVEP幅度,发现注意时诱发的SSVEP显著增强,而在低频时注意对SSVEP的作用比在高频时注意对SSVEP的作用更明显。该实验结果支持了注意的早期选择机制。 8.首先让被试反复执行同一个记忆任务,通过传统的叠加平均方法得出该任务的ERP。再让被试在一个与任务无关的闪光刺激下执行同样的记忆任务,并用稳态检测地形图方法(Steady-State Probe Topography,SSPT)来提取SSVEP的变化过程。通过比较ERP和SSVEP的波形,发现ERP能对SSVEP进行幅度调制,在ERP和SSVEP都较强的区域,这种调制作用越明显。


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