隐性视觉注意与听觉跨通路刺激范式诱发的事件相关电位信号分析与识别

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隐性视觉注意作为一种新型的脑-机接口(Brain Computer Interface, BCI)视觉刺激模式,因其适用于肌萎缩性脊髓侧索硬化症患者而具有较高的研究价值,近几年来被广泛关注。事件相关电位(Event Related Potential,ERP)是一种与人的感觉、认知过程密切相关的脑电信号,其主要内源性成分P300是目前BCI系统中较为常用的一种脑电特征信号。但基于传统单通道刺激模式BCI系统的ERP信号的可识别性与诱发速度之间存在相互制约的关系,进而影响了隐性视觉注意BCI信号的特征提取及信息转化速度。为了解决这一难题,本文在充分调研隐性视觉注意刺激范式、听觉刺激及ERP信号产生和P300成分特点与发展现状的基础上,对传统的隐性视觉注意Hex-o-Spell范式通过补充颜色识别特征进行了改进,并添加纯音类型的音频刺激,利用音调和方位之间的差异作为刺激特征,设计出隐性视觉注意与听觉相结合的跨通道刺激新模式。文中使用Neuro-Scan4.5数字脑电采集(64导)系统分别进行了听觉刺激、隐性视觉注意和跨通道刺激三类实验任务,并对上述实验组数据进行了ERP信号波形和P300成分特征的处理和分析。结果显示,跨通道刺激模式诱发的P300成分较单一通道刺激模式具有更短的潜伏期,表明其更加适用于高速脑-机信息交互系统。本文进而通过Fisher方法对上述三类实验任务进行了可分性分析,并采用支持向量机和线性判别分析对10名被试降采样后的脑电数据进行了模式识别,两种方法经过10次叠加的跨通道刺激实验分类正确率平均值均超过80%,相对于单通道刺激模式取得了更好的识别效果。最后,本研究还尝试对比了xDAWN算法对相关实验数据的滤波效果。上述研究结果表明,基于隐性视觉注意与听觉融合的跨通路刺激新范式有望在兼顾高识别率、高信息传输速率的脑-机接口系统中得到更广泛的应用。
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