混合SSVEP-P300 BCI生产双频SSVEP

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简介

首尔国立首尔大学医学院的科研人员介绍了一种新的混合SSVEP- P300 拼写器(speller)，该拼写器能够产生双频SSVEP，在解决信息传输率(ITR)低的问题上有一定的效果。

基于稳态视诱发电位(SSVEP)的脑机接口(BCI)在监控器上产生微弱的SSVEP，不能使用谐波频率，而基于P300的BCI需要多个刺激序列。这些问题会降低信息传输率(ITR)。

在该项研究中，研究人员介绍了一种新的混合SSVEP- P300 拼写器(speller)，该拼写器能够产生双频SSVEP，从而克服了上述限制并提高了性能。混合SSVEP- P300 拼写器(speller)如下图所示。

四个不同的字符以不同的颜色和位置出现，以提高识别和性能(上图a)。因此，9个刺激由36个字符(A-Z、1-9和退格-Backspace)按顺序排列(上图b)。每个刺激以黑色（OFF）和白色（ON）闪烁，并具有不同的闪烁周期（SSVEP刺激周期；表1），以唤起SSVEP。rate维持在0.8。当刺激启动时，四个字符中的一个随机出现。字符出现在ON状态的时间(P300刺激期)随刺激的不同而不同(如下表)。例如，a到D之间的字符每两个ON状态出现一次。

实验中使用的常规拼写器:(a)SSVEP speller and (b) P300speller

研究人员使用典型相关分析(CCA)和阶梯线性判别分析(SWLDA)分别对SSVEP和P300进行了分类。

实验与结果

10名受试者参与了离线和在线实验，其中准确性和ITR与传统SSVEP和P300 spellers进行了比较。研究结果表明，离线分析不仅发现了P300电位，而且还发现了次谐波频率峰值的SSVEP，表明该speller可引发了双频SSVEP。与传统拼写器相比，这种双频刺激改善了SSVEP识别，通过使用谐波频率增加了目标数量，减少了P300的刺激时间，因而改善了ITR。

SSVEP对每个混合刺激在Oz的响应的平均功率谱。点划线代表P300刺激频率，而虚线代表每种刺激的SSVEP刺激频率。刺激4的点和点重叠，因为SSVEP和P300频率相同。

SSVEP speller(0.855±0.024)各序列的平均准确率均高于其他speller(混合speller: 0.819±0.027,P300 speller:0.831±0.030);下图a)，差异无统计学意义(F = 0.736,p = 0.493)。平均ITR在spellers (F = 51.294,p < 0.001)和序列号(F = 48.211,p < 0.001)之间存在显著差异，二者之间也存在相互作用(F = 22.103, p <0.001);下图 b)。其中混合speller(22.290±1.274 bpm)的表现优于其他speller(11.843±0.743 bpm);P300拼字机为13.251±0.938 bpm;p <0.001)。更重要的是，对于3或更高的序列号，混合拼写器的ITR始终显着高于其他拼写器（p <0.003）。

结论

双频SSVEP比传统SSVEP在精度和ITR方面更有优势，包括SSVEP的增强和对不同刺激的谐波闪烁频率的使用。本研究提出的方法减少了刺激时间，允许谐波频率用于不同的刺激。本研究为提高BCI拼写器的可靠性和效率提供了一种有效的方法。

参考
混合SSVEP-P300 BCI生产双频SSVEP
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