穩態視覺誘發電位(SSVEP)
誘發電位主要有視覺誘發電位、聽覺誘發電位以及觸覺誘發電位三種。視覺誘發電位由於簡單、方便被廣泛應用於腦電信號的研究中。當視覺收到光或者圖形閃爍等刺激時,腦電信號的電位會發生變化,這些電位的變化就是視覺誘發電位(Visual Evoked Potential, VEP)。
視覺誘發電位可以大致分為三類:
1.瞬時視覺誘發電位(Transient Visual EvokedPotential, TVEP);
2.穩態視覺誘發電位(Steady-State Visual EvokedPotential, SSVEP);
3.偽隨機碼視覺誘發電位。
SSVEP信號原理與基礎
關於SSVEP信號的原理,主流觀點認為大腦里分布的各種神經網絡都有其固有的諧振頻率,在正常狀態下,這些神經網絡都是互不同步的,也是雜亂無章,沒有規律的,此時的腦電信號是自發腦電。當施加一個恆定頻率的外界視覺刺激時,與刺激頻率或諧波頻率相一致的神經網絡就會產生諧振,導致大腦的電位活動在刺激頻率或諧波頻率處出現明顯變化,由此產生SSVEP信號。
從生理上看,大腦的部位各有分工,不同皮層區域的感覺、運動、認知模塊相互獨立,如下圖所示,但各個功能模塊相互協作,形成一個有機的整體。在大腦處理感知信息的過程中,多種模塊並行工作。基於SSVEP信號的BCI系統就是通過檢測枕葉視覺區的EEG信號來判斷大腦的思維活動。
圖片來源於[2]
當人體受到一個固定頻率的閃爍或者變換模式的視覺刺激時,大腦皮層的電位活動將被調制,從而產生一個連續的且與刺激頻率有關(刺激頻率的基頻或倍頻處)的響應,這個響應具有和視覺刺激類似的周期性節律,即為穩態視覺誘發電位(SSVEP)。SSVEP信號表現在EEG腦電信號中則是在功率譜中能在刺激頻率或諧波上出現譜峰。通過分析檢測譜峰處對應的頻率,即能檢測到受試者視覺注視的刺激源,從而能識別受試者的意圖。
在使用視覺刺激裝置來獲取SSVEP信號時,在大腦皮層中與枕葉視覺區有關的腦電通道主要有六個,如下圖:
獲取SSVEP信號要注意的點
誘發SSVEP信號時對刺激源有一定的要求,在針對SSVEP信號的現實工程應用中要注意以下幾點:
(1)能誘發SSVEP幅度隨頻率變化的響應曲線大致可以分為三個區域:低頻區(4~15Hz), 中頻區(15~30Hz), 高頻區(30~60Hz)。不穩定的頻率無 法誘發穩定的SSVEP信號,將嚴重影響對信號識別的准確率,因此穩定的刺激頻率是必須的。
(2)不同人的SSVEP信號幅值不盡相同,對相同頻率的響應敏感程度也存在差異,同時,由於諧波成分的存在,要盡量避免一個刺激頻率是另一個刺激頻率的整數倍,否則將容易引起識別錯誤的情況。
(3)誘發SSVEP信號的刺激源要具有友好性,滿足受試者對於舒適性的要求,刺激頻率過高或是刺激強度過大容易導致視覺疲勞而影響視力健康,甚至會誘發癲癇樣腦電活動。
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