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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

2020-12-05阅读(1099)

稳态视觉诱发电位在脑机接口及认知过程中的应用研究

论文摘要

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。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 第二章 刺激信号的占空比对SSVEP幅度的影响
  • 2.1 引言
  • 2.2 实验设计和数据处理方法
  • 2.2.1 实验设计
  • 2.2.2 脑电记录
  • 2.2.3 脑电数据处理
  • 2.3 实验结果
  • 2.3.1 刺激脉冲占空比对基波和二次谐波的影响
  • 2.3.2 电极位置和脉冲占空比之间的相互作用
  • 2.4 实验结论及相关讨论
  • 第三章 不同颜色单色光诱发的SSVEP的比较
  • 3.1 引言
  • 3.2 实验设计
  • 3.2.1 实验刺激
  • 3.2.2 实验数据处理
  • 3.3 实验结果
  • 3.3.1 不同颜色光刺激的SSVEP能量差异
  • 3.3.2 不同颜色单色光刺激的SSVEP能量分布
  • 3.4 结论及讨论
  • 第四章 稳态视觉诱发电位神经网络间的相互作用
  • 4.1 引言
  • 4.2 实验设计
  • 4.2.1 实验刺激
  • 4.2.2 实验数据处理
  • 4.3 实验结果
  • 4.3.1 低频刺激和混合刺激时SSVEP的幅度比较
  • 4.3.2 低频刺激和混合刺激时SSVEP的分布比较
  • 4.3.3 高频刺激和混合刺激时SSVEP的幅度比较
  • 4.3.4 高频刺激和混合刺激时SSVEP的分布比较
  • 4.3.5 混合刺激时差频信号与和频信号的分布及幅度比较
  • 4.4 结论和讨论
  • 第五章 基于SSVEP的脑机接口中的刺激器类型选择
  • 5.1 引言
  • 5.2 实验设计和处理方法
  • 5.2.1 实验刺激
  • 5.2.2 测量闪光及记录SSVEP
  • 5.2.3 数据处理
  • 5.3 实验结果
  • 5.3.1 不同类型闪光的频谱差异
  • 5.3.2 不同闪光诱发的SSVEP的比较
  • 5.4 结论和讨论
  • 5.4.1 不同刺激器频谱的差异
  • 5.4.2 不同刺激器诱发的SSVEP的差异的讨论
  • 5.4.3 刺激器选择
  • 第六章 在短时窗中提取SSVEP的一种新方法
  • 6.1 引言
  • 6.2 实验设计和方法
  • 6.2.1 实验刺激
  • 6.2.2 稳定系数的定义及电极的选择
  • 6.2.3 模拟BCI数据的构造及译码
  • 6.3 实验结果
  • 6.3.1 电极的选择
  • 6.3.2 对模拟BCI数据的译码结果
  • 6.4 结论及讨论
  • 6.4.1 SSVEP的稳定性及电极选择
  • 6.4.2 稳定系数方法和功率谱方法的比较
  • 第七章 同一认知任务对不同频率SSVEP的影响
  • 7.1 引言
  • 7.2 实验设计和方法
  • 7.2.1 实验刺激
  • 7.2.2 记忆任务
  • 7.2.3 数据分析
  • 7.3 实验结果
  • 7.3.1 没有认知任务时SSVEP的分布
  • 7.3.2 8.3Hz闪光刺激下的SSVEP
  • 7.3.3 20Hz闪光刺激下的SSVEP
  • 7.3.4 8.3Hz刺激下的SSVEP分布地形图
  • 7.3.5 20Hz刺激下的SSVEP分布地形图
  • 7.4 结论及讨论
  • 7.4.1 对应于不同刺激频率的SSVEP网络
  • 7.4.2 与类似工作的比较
  • 7.4.3 低频刺激诱发的SSVEP与高频刺激诱发的SSVEP之间的比较
  • 第八章 用SSVEP研究注意的选择机制
  • 8.1 引言
  • 8.2 实验设计
  • 8.2.1 实验刺激
  • 8.2.2 实验数据处理
  • 8.3 实验结果
  • 8.3.1 低频刺激下注意对SSVEP的影响
  • 8.3.2 高频刺激下注意对SSVEP的影响
  • 8.3.3 在不同功能区注意对SSVEP的影响
  • 8.4 结论及讨论
  • 第九章 事件相关电位对SSVEP的调制
  • 9.1 引言
  • 9.2 实验设计和方法
  • 9.2.1 实验刺激
  • 9.2.2 数据处理
  • 9.3 实验结果
  • 9.3.1 叠加平均方法在长时间认知任务研究中的有效性
  • 9.3.2 ERP的分布与SSVEP的分布
  • 9.3.3 ERP与SSVEP波形的比较
  • 9.3.4 ERP与SSVEP相关系数的分布
  • 9.4 结论及讨论
  • 9.4.1 用ERP分析认知过程的有效性
  • 9.4.2 用SSVEP分析认知过程的有效性
  • 9.4.3 SSVEP网络与ERP网络活动强度的分布
  • 9.4.4 ERP与SSVEP之间的比较
  • 9.4.5 幅度调制和相位调制
  • 9.4.6 与物理学上的调幅现象的比较
  • 第十章 全文总结和将来的工作
  • 致谢
  • 参考文献
  • 作者攻读博士学位期间取得的研究成果

    • 相关论文文献

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