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基于左右視野刺激范式的耳后SSVEP-BCI系統(tǒng)

作者: 梁栗炎,李文宇,張倩,張利劍,周潔,陳遠(yuǎn)方,高小榕 
單位:1.中國(guó)信息通信研究院2.清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系3.北京機(jī)械設(shè)備研究所
關(guān)鍵詞: 腦機(jī)接口; 穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位; 左右視野; 耳后; 凝膠電極; 
分類號(hào):
出版年·卷·期(頁(yè)碼):2023·42·4(361-369)
摘要:

目的 基于穩(wěn)態(tài)視覺(jué)誘發(fā)電位(steady-state visual evoked potential, SSVEP)范式的腦機(jī)接口(brain-computer interface, BCI)主要信號(hào)響應(yīng)位于枕葉區(qū),因而通常需要使用者洗頭、佩戴腦電帽并輔助使用導(dǎo)電膏,給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)不便。耳后區(qū)域雖然可直接通過(guò)電極貼的方式快速開(kāi)展SSVEP-BCI應(yīng)用,但由于SSVEP在耳后區(qū)域的響應(yīng)信號(hào)較弱,最終的系統(tǒng)性能受限。為提升SSVEP-BCI的耳后應(yīng)用性能,本研究引入左右視野刺激范式,設(shè)計(jì)耳機(jī)與凝膠電極結(jié)合的采集方式,開(kāi)發(fā)了一套便攜性的耳后SSVEP腦機(jī)接口應(yīng)用系統(tǒng)。方法 系統(tǒng)由刺激與反饋端、數(shù)據(jù)采集端、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3部分構(gòu)成,其中刺激與反饋端實(shí)時(shí)進(jìn)行SSVEP刺激及結(jié)果顯示;數(shù)據(jù)采集端可實(shí)時(shí)獲取耳后區(qū)域8通道的腦電數(shù)據(jù),分別支持貼片濕電極及凝膠電極方案;數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)采集到的信號(hào)實(shí)時(shí)處理識(shí)別,并將結(jié)果反饋至刺激與反饋端。最終,為驗(yàn)證系統(tǒng)性能,研究分別采用濕電極與凝膠電極的系統(tǒng)方案在開(kāi)放環(huán)境進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)SSVEP刺激與左右視野SSVEP刺激的在線對(duì)照試驗(yàn)。結(jié)果 在線驗(yàn)證試驗(yàn)中,凝膠電極的采集方式達(dá)到95.8%±5.3%的識(shí)別正確率及(22.9±3.0) bits/min的信息傳輸速率,與耳后濕電極方案效果接近。且左右視野刺激范式較標(biāo)準(zhǔn)范式的識(shí)別正確率提高了40.9%,信息傳輸速率提高了14.3 bits/min。結(jié)論 以上結(jié)果表明,基于左右視野刺激范式的耳后SSVEP-BCI系統(tǒng)取得了很好的應(yīng)用效果,使用者可快速開(kāi)展腦機(jī)交互應(yīng)用,有望將SSVEP-BCI推廣至更廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。

參考文獻(xiàn):

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