视觉稳态诱发电位作为注意标签的理论基础及其应用

摘要

视觉稳态诱发电位(Steady-State Visual Evoked Potential，SSVEP)是由一定频率的视觉刺激所诱发的并与其刺激具有相同（基频）或整数倍（谐波）频率的周期性响应。目前，SSVEP广泛应用于认知心理学的研究和脑机接口(Brain Computer Interface，BCI)的开发。在认知心理学研究中，SSVEP作为注意标签，可以同时内隐地测量注意在多个刺激上的分配或分布;在BCI领域，SSVEP作为信号源，具有高信噪比、不需要训练和高信号传输率等优势。但是，对于SSVEP作为注意标签和BCI信号源的应用基础，目前仍存在着不少争议。此外，许多因素对SSVEP的影响效应及其作用机制，也有待进一步的考察。为此，本研究探讨了注意对不同频率的SSVEP的调节作用以及不同频率的SSVEP的相互作用，以使SSVEP可更好地应用在认知心理学研究和BCI开发。
　　整项研究包括三项实验:
　　实验一探讨了不同频率下SSVEP的基频与二阶谐波的差异，并对刺激频率与响应频率进行了区分。结果表明，相比于刺激频率，响应频率才是SSVEP振幅和信噪比的关键影响因素;当响应频率相同时，基频与二阶谐波之间没有明显差异。前人研究中关于基谐波分离的结论需要进一步排除响应频率差异的影响。
　　实验二探讨了注意对不同响应频率的基频和二阶谐波的调节作用。结果发现，外显注意对同一响应频率的基频和二阶谐波的调节作用没有明显差异，但对不同响应频率的SSVEP的调节作用存在显著差异，并在alpha频段最大。在选择基于SSVEP的BCI的刺激频率时，除了alpha频段外，还可考虑theta频段。
　　实验三探讨了不同频率的SSVEP的相互影响。其中，实验三a考察了仅有两个刺激的情况下，不同频率的SSVEP的相互作用;实验三b则在更多刺激的情况下，考察不同频率的SSVEP差异及相应的BCI性能。结果表明，不同频率的SSVEP是相互独立的;在BCI中，刺激的数量和频率的分布不会影响SSVEP，但会影响目标识别的准确性和BCI的性能。
　　本研究的结论认为，在认知研究中，响应频率对基于基谐波分离的研究效度有重要影响，而刺激频率对基于注意的调节效应的实验效应量和检验力有重要影响;在BCI中，刺激的数量、频率及其布局都会影响BCI的性能，其中刺激频率主要影响注意对SSVEP的调节量，而刺激数量和频率布局则主要影响BCI识别算法的性能。

目录

声明

致谢

摘要

图目录

表目录

1 引言

1．1 视觉稳态诱发电位的特点及其神经机制

1．1．1 视觉稳态诱发电位的特点

1．1．2 视觉稳态诱发电位的源定位

1．1．3 视觉稳态诱发电位的产生机制

1．2 视觉稳态诱发电位在认知研究中的应用

1．2．1 视觉稳态诱发电位作为注意标签的理论基础

1．2．2 视觉稳态诱发电位作为注意标签的优势和局限性

1．3 视觉稳态诱发电位在脑机接口中的应用

1．3．1 脑机接口的组成

1．3．2 视觉稳态诱发电位作为脑机接口信号源的基础

1．3．3 基于视觉稳态诱发电位的脑机接口的性能及其变化

1．4 问题提出和研究目的

1．4．1 不同频率的SSVEP的基谐波差异

1．4．2 注意对不同频率的SSVEP的调节作用

1．4．3 不同频率的SSVEP的相互作用

1．5 研究构思

2 实验一：不同频率的SSVEP的基谐波差异

2．1 研究目的

2．2 方法

2．2．3 实验设计

2．2．4 数据记录和分析

2．3 结果分析

2．3．1 不同频率刺激的SSVEP频谱

2．3．2 不同刺激频率的基频和二阶谐波的振幅差异

2．3．3 不同响应频率的基频和二阶谐波的振幅差异

2．3．4 不同频率刺激的SSVEP的信噪比

2．3．5 不同刺激频率的基频和二阶谐波的信噪比差异

2．3．6 不同响应频率的基频和二阶谐波的信噪比差异

2．4 讨论

2．5 结论

3 实验二：注意对不同频率的SSVEP的调节作用

3．1 研究目的

3．2．1 被试

3．2．2 材料与设计

3．2．3 数据处理

3．3 结果分析

3．3．1 外显注意下不同响应频率的基频与二阶谐波的差异

3．3．2 外显注意对基频和二阶谐波的调节效应的差异

3．4 讨论

3．5 结论

4 实验三：不同频率的SSVEP的相互作用

4．1 研究目的

4．2 方法

4．2．2 实验设计

4．2．3 数据处理

4．3 结果分析

4．3．1 不同注意状态下的SSVEP频谱变化

4．3．2 不同频率的SSVEP的相互作用

4．3．3 不同刺激数量下的SSVEP振幅

4．3．4 不同刺激数量下基于SSVEP的BCI的性能

4．4 讨论

4．5 结论

5 总讨论

5．1 视觉稳态诱发电位的基频和谐波

5．2 视觉稳态诱发电位作为注意标签的效度

5．3 基于视觉稳态诱发电位的BCI的信号质量

6 总结论

参考文献