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基于SSVEP的大脑刺激设计
计算机接口
Marcin Jukiewicz，Anna Cysewska Sobusiak
摘要本文介绍了刺激设计的过程
用于基于SSVEP的脑-机接口。脑-计算机接口
可以用于大脑之间的直接通信
还有一台电脑，不用肌肉。此设备适用于事实证明，使用蓝绿色刺激可以提高性能
是BCI的，并且用户友好（不会造成
不适）。
很少分析的因素是用户的舒适度。尤其是
设计商业解决方案时需要考虑的重要因素。
最舒适的刺激被认为是
以明显高于40 Hz的频率闪烁。原因
因为这就是：这种闪烁被认为是恒定的
人眼发出的光，就其性质而言，对人眼来说不那么累人
看
作者认为刺激颜色可以提供舒适感
是相当重要的。在之前的研究[19]中，受试者
声称黄色是最舒适的，其次是绿色，
蓝色和红色。白色被标记为最不舒适的颜色。
创造一种普遍的刺激方案极具挑战性
颜色，视为每种颜色的舒适度
这是个人问题，取决于用户的偏好。
可能谐波的出现和幅度
测量的信号在很大程度上取决于所使用的信号
控制刺激。通常应用的信号为：矩形
信号（具有不同的填充因子）、正弦信号和
锯齿信号。哪种信号并不明确
导致更强的大脑反应：正弦[20]或矩形
占空比为50%[21]。
二、材料和方法
样本由8名受试者组成。每个都有电极
放置在头部表面，视觉皮层上方，
在O1和O2本地化中，根据国际标准
标准10-20[22]。此外，参考电极是
位于工作电极之间，定位Oz，和
接地电极置于受试者耳后。所有电极
连接到脑电图。使用的脑电图是OpenBCI
（使用放大器ADS1299，由Texas Instruments生产，
和8位控制微控制器Atmega328P和24位
模数转换器）。设备连接到计算机
通过蓝牙。刺激是通过
微控制器Atmega328P，控制RGB二极管，
受试者观察到的。为了获取信号，原始软件
使用C语言编写。对获得的结果进行了分析
在Matlab环境下进行。
图2.测量系统框图[23]
表二
不同颜色舒适度调查结果
刺激观察
绿蓝色红色黄色白色
平均值4 3.38 2.63 2.75 2.25
三、 结果
研究分三个阶段进行。连续的目标
阶段是刺激参数之一的选择：
其颜色、闪烁频率和产生方法。
在第一阶段，向每个受试者提供100 5-
第二次刺激分为5块。每个区块由20个刺激组成。
在每个区块中，刺激以10的频率闪烁，
20、30和40 Hz，5种颜色：红色、绿色、蓝色、黄色和
白色控制信号是正弦信号。
获得的结果如图3和图4所示。
图3显示了从所有受试者获得的平均结果。
获得的信噪比值之间的差异
事实证明，给定频率的比率相当小。
我们进行了方差分析检验，以检查显著差异
在所有频率的SNR值之间。我们获得了
显著性水平p<0.01。我们还进行了诚实显著性分析
差异Tukey-Kramer检验进一步研究
差异。在Tukey-Kramer测试的结果中，我们认为
10 Hz和20 Hz之间没有显著差异
以及在30 Hz和40 Hz之间。没有重大影响
一个频率的颜色差异。
此外，信噪比的值不应为
选择时考虑的唯一标准
刺激的颜色。舒适也是很重要的，这就是
实验过程结束后，受试者
被要求把颜色按顺序排列：从最多到最少
舒适，分配点（5分是最舒适的
1最小）。调查结果如表所示
2.
我们进行了Kruskal-Wallis测试以检查显著差异
舒适度调查结果不同
彩色刺激观察。我们获得了显著性水平
p>0.01。结果无显著差异
调查结果。
基于SSVEP的脑-机接口111的刺激设计
图3
刺激
表三
图4所示的点到点（0,0）的距离
颜色10 Hz 20 Hz 30 Hz 40 Hz
绿色5.11 4.96 4.15 4.16
蓝色3.94 4.35 3.61 3.63
红色3.73 3.82 2.98 2.85
黄色3.80 3.73 3.05 3.03
白色3.05 3.63 2.69 2.52
表四
TUKEY-KRAMER测试结果。在每个领域
以下各项之间的重大差异信息
插入颜色。
绿蓝色红色黄色白色
绿色X否是是
蓝色NO X NO NO NO NO
红色是否X否
黄色是否X否
白色是否X
根据图3和表2所示的信息。，
图4。它显示t根据图3和表2所示的信息。，
图4。它显示了价值之间的关系
与给定颜色观察相关的SNR和舒适度。
最好的颜色，即产生最强颜色的颜色
大脑反应，同时不会干扰受试者，
应距离图4的图上的（0,0）点最远。
计算距离如表3所示。
我们进行了方差分析检验，以检查显著差异
在所有频率的SNR值之间。我们获得了
显著性水平p<0.01。我们还进行了诚实显著性分析
差异Tukey-Kramer检验进一步调查差异。
Tukey-Kramer测试的结果如所示
表4.Green和
红色、黄色和白色。没有显著差异
在绿色和蓝色之间，但在蓝色之间也没有
和其他颜色。因此，根据表3和表4，我们选择了
绿色用于下一阶段的实验。
在研究的第二阶段，每个受试者
在5个区块中呈现105个5秒刺激。在每个区块中
刺激以每一个偶数的频率闪烁
在8和48 Hz之间。控制信号为正弦信号。
图4.SNR值与不同频率下受试者舒适度的关系：
a） 10 Hz，b）20 Hz，c）30 Hz，d）40 Hz
获得的结果如图5所示
特征匹配先前的假设和获得的结果
在其他类似的研究中，在不同的研究中进行
中心。当呈现时，人脑的反应最强
刺激物以约16 Hz的频率闪烁。如果有
闪光几乎不可观察（或不可观察）的所需刺激
112 M.JUKIEWICZ，A.CYSEWSKA-SOBUSIAK
图5.SNR值与刺激频率的关系
图6.SNR值与刺激控制信号
可以观察到），建议他们使用频率
在33和44 Hz之间振荡。
在研究的第三阶段，介绍了每个受试者
在5个区块中有15个5秒的刺激。每个区块包含5个
刺激。在每一个区块中，刺激由不同的控制器控制
信号：矩形、正弦和锯齿。刺激是
以16 Hz的频率闪烁，呈绿色。
获得的结果如图6所示。获得的
特征与先前的假设一致。信号
在大脑中引起最强反应的是正弦信号
信号
四、 结论
关于刺激是如何产生的，没有一个精确的理论
面向SSVEP的实验应该看，频率是多少
如果它闪烁。其他研究的大部分结果
中心显示刺激颜色应为绿色或红色，
我们在自己的实验中证实了这一点。
获得了信噪比和刺激之间关系的特征
频率也与之前的假设一致。
所得结果与其他研究之间的一些差异
由控制信号的刺激分析得出。
本文研究了矩形信号产生的信噪比
值较低，这一结果不为其他研究所认同
中心。
瘫痪的人与周围环境沟通。
设计过程应提供高精度识别
提供的刺激和高用户舒适度。这是众所周知的
如何使用高级脑电图为脑机接口制作刺激。
近年来，便宜的脑电图变得越来越便宜
流行，例如OpenBCI，它使用ADS1299放大器。
在本文中，我们回顾了其他作者过去的作品并进行了比较
它与我们使用前面提到的脑电图获得的结果一致。我们
尝试确认是否可以在中成功使用OpenBCI
BCI项目。
关键词脑电图、开放脑机接口、SSVEP、脑机接口
一、 引言
BBRAIN-COMPUTER接口是一种允许
瘫痪的人导航机器人、假肢或
轮椅只使用他们自己大脑的反应。按创建
人类大脑和
外部设备，不使用肌肉或外周
神经系统，脑-机接口，绘制地图
可能将人的意图转换为指示信号。
脑-机接口（BCI）使用脑电图进行操作
（EEG）作为测量装置，然后通过
诱发电位分析。其中一个现象是
使用的是SSVEP（稳态视觉诱发电位）。那个
是一种在受试者“全神贯注”后可以观察到的反应
“看着以给定频率闪烁的刺激。”他说
频率是记录的信号特征之一
视觉皮层上方。在这种情况下，当刺激的数量
每一个都会随着其各自的
频率，可以确定哪种刺激是
受试者观察到的。
BCI最大的缺点是财务成本
与之相关。最近对廉价、商业化
有用的BCI设备有所增加。OpenBCI就是其中之一，
配备ADS1299放大器。制片人声称
OpenBCI足以在BCI系统中使用。关键
此类设备的潜在用户需要回答的问题
关注刺激设计。即OpenBCI是否允许
使用与其他流行语言相同的刺激
使用已知生产者脑电图的系统，如g.Tech或
BioSemi，或者刺激是否必须专门设计
考虑到OpenBCI的放大器。
Autors隶属于计量和光电研究所
波兹南大学电气工程与电子系
Poznan（电子邮件：marcin.h.jukiewicz@doctorate.put.poznan.pl,
anna.cysewska-sobusiak@put.poznan.pl).
图1.SSVEP研究中信号振幅的平均值与刺激的平均值
频率[4]
取决于颜色、频率、控制刺激的信号
对于个体而言，信号的幅度可以
相异为了选择最佳刺激参数
（最佳含义是指允许使用
最高精度）通常利用信噪比
比率
设计基于SSVEP的BCI的第一个重要方面是
选择适当的视觉刺激频率。它是
相信较大的信号（主频等于
闪烁刺激的频率）与噪声比（SNR）确保
通过人工智能算法提高刺激识别的准确性
[1], [2], [3], [4], [5], [6]. 许多出版物提到
SNR和刺激闪烁频率之间的相关性。
这些结果是从受试者的研究中获得的
呈现不同闪光频率的刺激。
从这些研究中收集的大多数结果在以下方面相似：
彼此给出了最详细的特征
在图1中，可以合理肯定的是
频率约为15 Hz的刺激会引起
人类大脑中最强烈的反应。
刺激设计的另一个重要方面是其颜色。
在这种情况下，研究并不符合每一项
其他的，当谈到频率的时候。表1。
包含刺激颜色的研究概述
进行了分析。颜色的选择取决于不同的
因素：受试者的舒适度、分类的准确性、价值
信号幅度或信噪比。
表1显示了最常用的颜色
是白色（4次出现），然后是蓝色和绿色（3次出现
外观）。一些研究[17]、[18]表明
刺激应该是双色的。在提到的文章中
110 M.JUKIEWICZ，A.CYSEWSKA-SOBUSIAK
表一
刺激颜色研究综述
面向SSVEP的研究
文章分析了颜色选择的颜色
[7] 白色、灰色、红色、绿色、蓝白色、灰色
[8] 白，红，蓝，白，蓝
[9] 黄，红，绿，蓝，绿，蓝 |
