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意念打字

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新智注意力

清华意念拨号:稳态视觉诱发电位 SSVEP 简介

清华大学生物医学工程系的脑电波打字,也被广泛地昵称为“意念打字”,曾惊艳了无数人。


[图片]

王甲在《挑战不可能》节目中使用清华医学院SSVEP技术脑电波打字


而在清华大学医学技术研究中心或视友科技体验过脑电波打字的学生们则早已知道,这是采用了稳态视觉诱发电位(SSVEP)技术。


稳态视觉诱发电位


诱发电位主要有视觉诱发电位、听觉诱发电位以及触觉诱发电位三种。视觉诱发电位由于简单、方便被广泛应用于脑电信号的研究中。当视觉收到光或者图形闪烁等刺激时,脑电信号的电位会发生变化,这些电位的变化就是视觉诱发电位(Visual Evoked Potential, VEP)。...


清华大学生物医学工程系的脑电波打字,也被广泛地昵称为“意念打字”,曾惊艳了无数人。


王甲在《挑战不可能》节目中使用清华医学院SSVEP技术脑电波打字


而在清华大学医学技术研究中心或视友科技体验过脑电波打字的学生们则早已知道,这是采用了稳态视觉诱发电位(SSVEP)技术。


稳态视觉诱发电位


诱发电位主要有视觉诱发电位、听觉诱发电位以及触觉诱发电位三种。视觉诱发电位由于简单、方便被广泛应用于脑电信号的研究中。当视觉收到光或者图形闪烁等刺激时,脑电信号的电位会发生变化,这些电位的变化就是视觉诱发电位(Visual Evoked Potential, VEP)。


视觉诱发电位可以大致分为三类:


瞬时视觉诱发电位(Transient Visual EvokedPotential, TVEP);

稳态视觉诱发电位(Steady-State Visual EvokedPotential, SSVEP);

伪随机码视觉诱发电位。


SSVEP信号原理与基础


关于SSVEP信号的原理,主流观点认为大脑里分布的各种神经网络都有其固有的谐振频率,在正常状态下,这些神经网络都是互不同步的,也是杂乱无章,没有规律的,此时的脑电信号是自发脑电。当施加一个恒定频率的外界视觉刺激时,与刺激频率或谐波频率相一致的神经网络就会产生谐振,导致大脑的电位活动在刺激频率或谐波频率处出现明显变化,由此产生SSVEP信号。


从生理上看,大脑的部位各有分工,不同皮层区域的感觉、运动、认知模块相互独立,如下图所示,但各个功能模块相互协作,形成一个有机的整体。在大脑处理感知信息的过程中,多种模块并行工作。基于SSVEP信号的BCI系统就是通过检测枕叶视觉区的EEG信号来判断大脑的思维活动。



当人体受到一个固定频率的闪烁或者变换模式的视觉刺激时,大脑皮层的电位活动将被调制,从而产生一个连续的且与刺激频率有关(刺激频率的基频或倍频处)的响应,这个响应具有和视觉刺激类似的周期性节律,即为稳态视觉诱发电位(SSVEP)。SSVEP信号表现在EEG脑电信号中则是在功率谱中能在刺激频率或谐波上出现谱峰。通过分析检测谱峰处对应的频率,即能检测到受试者视觉注视的刺激源,从而能识别受试者的意图。


在使用视觉刺激装置来获取SSVEP信号时,在大脑皮层中与枕叶视觉区有关的脑电通道主要有六个,如下图:



获取SSVEP信号要注意的点


诱发SSVEP信号时对刺激源有一定的要求,在针对SSVEP信号的现实工程应用中要注意以下几点:


(1)能诱发SSVEP幅度随频率变化的响应曲线大致可以分为三个区域:低频区(4~15Hz), 中频区(15~30Hz), 高频区(30~60Hz)。不稳定的频率无 法诱发稳定的SSVEP信号,将严重影响对信号识别的准确率,因此稳定的刺激频率是必须的。


(2)不同人的SSVEP信号幅值不尽相同,对相同频率的响应敏感程度也存在差异,同时,由于谐波成分的存在,要尽量避免一个刺激频率是另一个刺激频率的整数倍,否则将容易引起识别错误的情况。


(3)诱发SSVEP信号的刺激源要具有友好性,满足受试者对于舒适性的要求,刺激频率过高或是刺激强度过大容易导致视觉疲劳而影响视力健康,甚至会诱发癫痫样脑电活动。


参考

[1] 基于稳态视觉诱发电位的脑-机接口系统研究

[2] 基于SSVEP信号的在线BCI关键技术研究

 

文章来源于网络,仅用于学术交流,不用于商业行为,

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