基于Hololens的增强现实脑-机接口研究

当前脑-机接口(BCI)发展迅速,但高性能无创BCI往往需要借助显示设备诱发特定脑电信号,其中最常用的为计算机屏幕,因其难以实现可穿戴而限制BCI的便携性。将增强现实技术(AR)与BCI相结合形成AR-BCI可以解决这一问题,提升BCI的实用性。然而已有AR-BCI研究仅有少量报道,且识别正确率与速度均有待提升。通过采用微软的可穿戴增强现实设备Hololens作为显示设备,实现一种基于稳态视觉诱发电位(SSVEP)的AR-BCI,通过Hololens设备产生视觉刺激诱发八种频率的SSVEP信号,分别开展在线与离线实验,并与基于计算机屏幕的刺激进行比较。参与实验的12名被试成功在增强现实环境中诱发出明显的SSVEP信号,利用1和2 s长的EEG信号分别实现平均88.67%和98.6%的在线识别正确率。该研究表明,AR-BCI有望在日常生活中实现可穿戴的便携化高性能控制型BCI系统。     

基于事件相关电位的认知负荷对任务时间效应的影响规律研究

为了探究不同脑力负荷下与任务时间效应相关的事件相关电位特征的变化规律,本研究设计了基于0-back和3-back任务的任务时间效应实验范式,以此开展了基于20名健康受试者的任务时间效应研究,并分析了被试在任务中的行为学和事件相关电位特征的变化规律。结果发现,在3-back任务中,受试者工作记忆任务的平均反应时间随着任务时间的增加显著下降(P<0.05)。而3-back与0-back任务中,受试者的反应时间变化系数随任务时间增加显著上升(P<0.05)。在不同认知负荷下,受试者两侧枕区的N1幅值均随任务时间增加而显著上升(P<0.05),前额区的P2幅值和P300幅值则随任务时间显著下降(P<0.05)。在0-back任务中,受试者枕区P300幅值变化量显著低于3-back任务(P<0.05)。在0-back和3-back任务中,受试者前额区P2幅值变化和反应时间线性相关(r=-0.44,P<0.05;r=-0.59,P<0.05),同时P2幅值和反应时间相关系数呈显著负相关(r=-0.39,P<0.05;r=-0.42,P<0.05...     

空间滤波方法在脑-机接口中的应用及研究进展

随着脑-机接口技术的不断发展,通过优化数据处理算法来提高脑-机接口系统的分类正确率已成为研究热点。近年在多种脑-机接口范式中都发现空间滤波能够提高脑电信号的信噪比并优化特征提取,从而提升脑-机接口系统的分类正确率。空间滤波在基于脑电的脑-机接口中正日趋凸显其重要应用价值。综述脑-机接口中的脑电信号处理常用的空间滤波方法,包括基本空间滤波器、用于脑电预处理及特征降维的空间滤波器,以及基于诱发节律和诱发电位的脑-机接口中用于特征提取的空间滤波器,并阐述各类空间滤波方法的基本原理、构建方法及相关研究成果。最后归纳目前存在的问题并对发展趋势进行展望。     

基于高频双频SSVEP的脑-机接口编码方法研究

目的通过高频刺激提升基于稳态视觉诱发电位(SSVEP)的脑-机接口(BCI)的用户舒适度,同时结合双频编码,克服高频导致的解码准确率下降问题。方法基于25.5~39.6 Hz频率设计了左右视野和棋盘格视觉刺激的2种60指令双频高频编码范式。共采集了13名受试者的数据,针对SSVEP信号进行频域空域特征分析,并根据频域诱发成分优化滤波器组参数。分别采用滤波器组的扩展典型相关分析(eCCA)、集成任务相关成分分析(eTRCA)以及任务判别模式分析(TDCA)等算法进行SSVEP识别以验证范式可行性。结果左右视野和棋盘格范式均成功诱发了稳定的SSVEP,左右视野基频及其谐波信噪比高,互调成分信噪比较弱,而棋盘格2个刺激频率的互调成分f1+f2的信噪比则明显高于30 Hz以上的二次谐波成分,同时还存在f2?f1成分和2f1?f2成分。结合脑地形图可以看出左右视野的f1和f2响应成分分别位于视野的对侧,而棋盘格则均集中于枕区中央。对于脑地形图振幅和信噪比的偏侧,左右视野刺激频率下PO3和PO4信噪比平均值符合对侧响应特征。5fb?1方法为最优滤波器组设置方法,左右视野TDCA的识别正确率最高,而棋盘格eTRCA和TDCA的识别正确率比较差异没有统计学意义(P>0.05),3种算法的信息传输速率均随数据长度的增加先升高后降低。结论设计的双频高频SSVEP-BCI范式能够较好平衡性能和舒适度,为实用性的大指令集BCI设计方法提供依据。     

基于ERP情绪状态对工作记忆刷新功能影响研究

近年来,情绪对工作记忆的建设作用正逐步受到关注,尤其是情绪对工作记忆中央执行系统刷新功能的影响至关重要。组织16名青年受试者参与动态工作记忆任务实验,探讨积极、中性和消极三类不同情绪状态对工作记忆刷新功能的影响。实验首先采用国际情绪图片系统(IAPS)使受试者分别进入三类情绪状态,随后执行4个数字的动态工作记忆任务。结果发现,积极情绪状态下工作记忆刷新时间显著增长(积极情绪状态:(1.016±0.338) s;中性情绪状态:(0.814±0.347) s, P<0.05);刷新ERP在额中央部N2幅值显著小于中性情绪;工作记忆刷新的后期(400～1 000 ms),在频带13～30 Hz处的能量降低显著低于中性情绪。消极情绪状态下工作记忆刷新时间与中性情绪无显著差异;工作记忆刷新的早期(0～400ms),在频带0～8Hz处的能量升高显著低于中性情绪。以上结果说明积极情绪对工作记忆刷新存在干扰作用,但未发现消极情绪对工作记忆刷新的显著影响。有关情绪状态影响工作记忆刷新机制的初步研究将为提高工作记忆刷新绩效提供实验依据。     

抑郁大鼠40 Hz听觉稳态响应的特性研究

抑郁症已成为危害人类健康的一大公共卫生问题。目前，抑郁症的诊断主要依靠患者自述或填写专业量表，由医生进行判断。此方法存在误诊率高、一致性差等缺陷。由此，寻找一种精准、高效、便捷的抑郁症生物标志物具有极重要的价值和意义。本研究通过对比抑郁组和对照组大鼠听觉初级皮层处40 Hz听觉稳态响应(ASSR)差异，探究ASSR作为抑郁症诊断靶标的可行性。将24只大鼠随机分为抑郁模型组(n=12)和正常对照组(n=12),模型组通过持续8周的慢性不可预知温和应激刺激(CUMS)进行建模。通过采集并对比两组大鼠在建模前后的糖水偏好、强迫游泳、旷场实验等3种行为学指标，判断建模是否成功。随后进行电生理实验，采集大鼠在40 Hz-click声音刺激下，左右两侧初级听觉皮层处的局部场电位信号(LFPs),并对比试次间相位一致性(ITPC)及诱发功率两种常用指标。结果表明，与正常对照组相比，8周抑郁建模显著降低了模型组糖水偏好率(71.89±6.32 vs 87.65±3.54,P<0.05)和旷场运动距离(2 219±532 vs 2 930±315,P<0.05),显著提升了模型组游泳静止时间...     

基于增强现实的双眼异频编码稳态视觉诱发电位脑-机接口研究

近年来研究者们将基于稳态视觉诱发电位(SSVEP)的脑-机接口(BCI)系统与增强现实(AR)技术相结合，以提升BCI系统的灵活性和便携性，但基于传统SSVEP范式的AR-BCI普遍性能偏低。本研究利用AR设备对双眼分别进行投影的特点设计了一种双眼异频编码SSVEP范式，通过对左、右眼分别进行不同频率的编码提高SSVEP编码的信息量。共采集了14名被试的数据，采用任务相关成分分析(TRCA)算法进行SSVEP识别，对比双眼异频编码和双眼同频编码SSVEP范式在AR环境下的性能，分析两种编码下SSVEP的频域特征、信噪比和功率谱熵。双眼异频编码采用1、2、3 s脑电数据的平均分类正确率分别为90.9%、93.9%和95.0%,双眼同频编码采用1、2、3 s脑电数据的分类正确率分别为81.1%、87.8%和90.2%。当时间长度小于等于1 s时双眼异频编码刺激的分类正确率显著高于双眼同频编码刺激(0.5 s:t(13)=4.562,P<0.01, Cohen′s d=1.219; 1 s:t(13)=2.737,P<0.05, Cohen′s d=0.732)。特征分析发现，双...