文摘
稳态视觉诱发电位(ssvep)广泛应用于空间选择性注意。在这个过程中两种视觉模拟器,发光二极管(LED)和液晶显示器(LCD),通常用来唤起SSVEP的。摘要SSVEP的差异引起的这两个刺激器在空间选择性注意的研究调查。结果表明,领导可以在枕叶刺激强烈SSVEP的组件,以及诱发SSVEP的频率精度高,广泛与LCD相比。注意到另外一个重要的区别,注意观察频率谱而在液晶模式这种差异是有限的和可选择的频率也有限。实验发现表明,平均分类精度在所有实验中的测试对象在LED / LCD模式下分别为0.938和0.853,分别。这些结果表明,模拟器适合唤起了SSVEP的空间选择性注意研究。
1。介绍
注意是选择性地专注于一个领域的认知过程而忽略其他人(1]。视觉诱发电位研究视觉认知过程提供了一个灵活的方法(2- - - - - -4]。稳态视觉诱发电位(SSVEP)是大脑刺激的反应以恒定的频率闪烁(4,5]。SSVEP的记录作为一个连续振荡后头皮的刺激频率反侧(6- - - - - -11]。SSVEP的振幅增强当受试者的注意是暗示刺激。这侧分布振荡的振幅差异是有效的特性来研究视觉空间选择性注意(12),这种选择性特性被应用在几个研究测量方法,例如研究双目竞争的Zhang et al。13和王et al。14]
SSVEP的可以诱发不同的闪烁,如液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)和阴极射线管(CRT)。比较表明,CRT屏幕上产生视觉疲劳比液晶显示器(15]虽然没有显著差异SSVEP的诱发信号的LCD和CRT (15]。因此,CRT最近很少被用作刺激唤起SSVEP而LCD设备被广泛应用;他们是容易在各种模式中,但闪烁频率调整不灵活,因为频率有限的刷新率监视和目标频率不能超过一半的刷新率16液晶[],而导致有许多优势17]。首先,领导刺激器可以唤起强烈SSVEP的顶叶和枕叶皮质区。其次,领导刺激减少无关的干扰。最后,LED闪烁频率灵活得多的范围和精度(18];例如,它可以唤起SSVEP的频率范围1 - 90赫兹(17]。
因为设备可以唤起SSVEP, SSEVP结果不同的仿真环境的差异已经被一些研究人员调查的影响刺激器的研究大脑计算机接口(15,17,19,20.]。吴等人建议SSVEP的差异是高度相关的频谱差异闪烁用于BCI系统[17]。Cecotti等人发现,刺激的质量是一个重要的标准获取可靠SSVEP-BCIs,他们提出了一个新的策略基于LCD屏幕的刷新率同步视觉刺激,这对复杂好像变得更明智的领导刺激器。朱等人表明,属性的选择的刺激会影响使用性能,SSVEP-based BCI的安全和舒适。此外,改进在刺激过程可以提高SSVEP和信噪比,简化信号处理,并协助使用更多的目标,防止损失和关注使BCI自主操作(19]。帝伦等人研究了闪烁的复杂光谱(20.]。视觉刺激与伪随机位序列唤起特定的宽带视觉诱发电位(BBVEPs),可以可靠地用于BCI拼字的高速通信的应用程序(20.]。然而,几乎没有信息在文学的影响刺激空间选择性注意的研究及其应用。本文实验结果表明SSVEP的差异引发了两种不同的刺激器。的比较进行了频谱分析和分类的准确性基于两个古典范式提出的空间选择性注意摩根et al。1和穆勒等。21轻微的变化,喜欢刺激频率改为8赫兹和12赫兹LCD和LED条件对比的原因。刺激器都被证明唤起SSVEP的成功。为了研究LED和LCD刺激之间的区别,需要的频率是相同的。摘要液晶刺激器的频率设置为8赫兹和12赫兹,自从摩根等人提出8.6赫兹的频率和12赫兹在他们的研究论文;比较了刺激频率也设置为8赫兹和12赫兹,与20.8赫兹和27.8赫兹提出的一个穆勒等。
2。方法和安排
2.1。频率选择
研究的空间选择性注意、刺激频率必须确保反应是独特和强大到足以得到更好的模式的结果。上述研究表明,SSVEP将弱如果刺激频率超出30赫兹的范围(19]。额外的要求是刺激频率不能从对方(谐波、次谐波19]。这些频率不应选择在15 - 25 Hz避免诱导photoepileptic癫痫发作的风险。先前的研究表明,诱发SSVEP的信号在低频率(强22)和8赫兹和12赫兹引起光敏反应小于15 - 25赫兹的频率(23]。因此,闪烁的频率对8赫兹和12赫兹选择在这工作对比的原因。为了选择最佳刺激的视觉空间选择性注意的研究中,应该探索刺激器的效率。液晶刺激的频率是有限的刷新率。但领导的频率是灵活的。为了验证领导刺激器的优点在这两个范围(可以设置更高的频率)和准确性(0.1赫兹在额外的实验),在LED闪烁的现象也在20.8赫兹的频率对和27.8赫兹。
2.2。实验范式
在这项工作中,我们集中在刺激器选择SSVEP-based空间选择性注意研究。因此,LED和LCD的最佳模式选择,分别。领导提出了刺激器在四个闪烁的LED阵列模式;其中一个被选为目标,加强主题的关注。这是一个经典范例唤起SSVEP的空间选择性注意的刺激器的研究(21]。此外,液晶刺激器提出了闪烁的广场背景与不同的角色在监视器。“5”被选为目标,加强主题的关注。由于液晶的灵活性,有很多方法可以呈现液晶刺激(19]。因此,液晶范式使主题更加舒适和集中选择实验。
2.2.1。液晶显示装置
经典左右双重视野刺激范式提出了唤起SSVEP的LCD (1),如图所示1。
两个视频的字符在每个试验实现了生成E-prime 2.0(心理学软件工具,Inc .)版本2.0.8.73)。受试者被定向到舒舒服服地坐在一个屏蔽室在实验和盯着视觉刺激呈现在面前的LCD 60厘米他/她。
2.2.2。领导的安排
类似于液晶,在领导的实验中,左右双视野刺激范式是根据古典选择一个(21]。为了与液晶实验相比,相同的闪烁频率。在图所示的范例2。
闪烁led形式不同的模式RRRRR或GRGRR等等(rr, G-green)。在试验中,每个模式持续了20年时间。每个模式的出现概率为GRGRR RRRRR为70%和10%,RRGRG和GRRRG分别。
2.2.3。范式
液晶实验的目标是性格“5”而导致实验的目标GRRRG模式”。“在每个试验的开始,一个固定“+”是显示在屏幕上;然后就会出现一个箭头在路口附近,表明其视野应该参加,如图3。受试者被要求按下一个按钮就看到目标,加强重点(15,24]。
序列和闪烁的持续了12个年代在每个试验中,总有20试验(10参加左,右)的实验。
2.2.4。一个额外的实验
为了研究领导效率的刺激,添加额外的实验。这次,闪烁的频率更改为20.8赫兹和27.8赫兹,从而验证范围(可以设置更高的频率)和准确性(额外的实验0.1赫兹)的刺激。
2.3。数据采集
录音室是屏蔽法拉第笼(常州lein电磁屏蔽设备有限公司有限公司GPQ2),从14千赫至10 GHz屏蔽电磁干扰。测试设备在300年全球经济系统(EGI产品;传感器阵列:64 -通道顶成人帽;脑电图收购软件:净站;计算机:PowerPC G5;放大器:净安培300)。采样率为250 Hz,和滤波窗口为0.3到100赫兹。
数据收集从8健康右手志愿者(6个男性,2女性;年龄:22±3年)与正常或矫正到正常视力。大部分的加工进行了Matlab(版本R2013a MathWorks)和一些预处理,如滤波、分割、和参比电极转换执行的净站(版本4.5.7 EGI)。
2.4。预处理
在三个实验中,第1 - 40 EEG数据过滤赫兹带通滤波器。原始脑电图数据被分割到20试验(10出席,出席右)为每个通道。每个时代都仔细检查和坏的审判是拒绝进行进一步分析,含有相关工件的眨眼,眼球运动、肌电图。
2.5。频率分析
快速傅里叶变换(FFT)技术是采用功率谱分析和拓扑图形绘制显示两种SSVEP的差异,由于LCD和LED,引发在频域。
2.6。短SSVEP-Based分类
为了减少的影响不属预定目标的频率提取SSVEP的特点在最大程度上,如图4,短SSVEP-based分类选择。首先,脑电图数据分割成小块(持续3 s)。然后,为了提取脑电图的特点在闪烁的频率6],分段脑电图与正弦循环复杂的信号具有相同的频率闪烁刺激的双方,分别ssvep的短。最终的分类是基于短期ssvep的方差。极限学习机(ELM)是用于分类25]。train-test比例是1:1,随机选择。线性核函数被选中后比较不同内核间的分类精度。
(一)
(b)
3所示。结果
3.1。频率分析和选择电极
频率在LED实验和液晶实验分析结果如图5。采用伪彩色显示的电活动拓扑图形;红色代表强大的神经活动区域,而蓝色代表弱的活动。图5(一个)结果显示当主题关注8赫兹在领导模式的人物5 (b)在液晶显示模式;同样,数据5 (c)和5 (d)是那些关注12赫兹。
(一)
(b)
(c)
(d)
根据图5LED和LCD可以成功地唤起SSVEP的信号。然而,诱发SSVEP的强度在注意力和注意力不集中的州非常不同的在不同的渠道,尤其是在枕区。强烈SSVEP已经引起的领导,这是与先前的研究一致13,22,26,27]。在液晶显示模式下,结果是相似的。最独特和突出电极刺激频率选择深造,也就是说,O1(CH35),(CH37)和O2(CH39)在图6。
PSD分析的主题进行的结果1(CH35),(CH37)和O2(CH39)和平均结果如图7。在领导模式(数据7(一)和7 (c))、脑电图在频率更高的权力主体是细心的观察和注意频率和其他人之间的差异是显著的。在液晶显示模式(数据7 (b)和7 (d)),诱发SSVEP的振幅频率和注意力不集中注意频率几乎是相同的,尤其是在图7 (b)。
(一)
(b)
(c)
(d)
为了探索领导模式的效率,增加了一个额外的实验,范式是如图一样的范式3除了移动率改为20.8赫兹的左边时改为27.8赫兹在右边,和这些频率在中频乐队也在β波带28,29日]。
数据8(一个)和8 (b)在拓扑图形显示,有显著差异。观察在枕叶在每个子图很明显,和这种神经兴奋表明,强劲SSVEP的领导范式一直刺激。数据8 (c)和8 (d)显示有更高功率的脑电图频率注意主题和不同频率之间的差异是显著的。所以,结果导致的结论,在led模式下,强劲SSVEP的高频出现在枕叶和诱发频率精确;因此,它是适合用于空间选择性注意的研究特别是对多范围的。
(一)
(b)
(c)
(d)
3.2。分类
分类过程进行了10次在每个主题的数据和分类精度,如图9。结果表明,有更高的分类精度(平均利率= 0.928)的领导模式比LCD模式(平均利率= 0.853)在3 s的时间尺度。结果所有受试者对不同时间尺度图所示10。大时间尺度将导致更高的分类精度LED和LCD模式。和所有的时间尺度,在领导模式下观察更高的分类精度。
4所示。讨论
4.1。光谱分析
LCD和LED进行之间的对比实验和SSVEP的信号由这两个设备都是诱发闪烁;仍然有明显的光谱频率差异细心和漫不经心的主题;而且领导模式下的拓扑图形显示ssvep诱发的辨别力强,这是一个重要的特性研究空间选择性注意。因此,可以有效地检测主体的注意分配通过刺激器。
此外,在液晶显示模式下,一个强大的频率分量10 Hz左右观察。在α乐队,无法轻易消除。然而,在领导模式下,α组件没有被观察到。由于α波是注意力的程度之间存在着极为密切的关系(政府高级官员所指出的30.)和穆赫兰et al。31日),有一个重要的逆α波和注意力)之间的关系,这些结果可能意味着液晶会导致更少的关注。在液晶显示模式下,监控需要刷新在给定频率和它有灰色灰色(GTG)响应时间(灰色,灰色是监视器的响应时间从一个灰度到另一个灰度)。这些将观察到的原因α组件。
额外的实验的结果表明,LED刺激器可以唤起SSVEP的频率精度高,这使得它可以把空间分成更多的子空间。旁边,导致刺激器的灵活性在范围和精度也在这部分进行测试。
4.2。分类的准确性
分类精度的结果图提出ssvep的领导模式诱发的容易区分相比液晶模式在所有时间尺度从0.5到3年代这将有助于检测的选择性注意力,使我们能够使用它在选择性注意与高精度测量方法。
5。结论
本文的反应诱发SSVEP的详细从两个不同的刺激器进行了研究。比较两种不同的刺激器进行了光谱的分析以及分类的准确性基于两个古典范式摩根等人提出的空间选择性注意、穆勒等人轻微的修改。结果表明,强SSVEP的组件可以诱发领导模式与LCD模式。最好的地区收购SSVEP的枕叶两种模式。生成高度精确的灵活性和广泛的刺激频率的优势是领导模式。
注意到,旁边是一个重要的区别,注意频谱在LCD模式这种差异是相对有限,很难改变刺激频率。分类精度在所有受试者0.938和0.853在领导模式和LCD模式,分别。这使我们的结论是,领导刺激器是一个适当的设备来研究空间选择性注意和它的应用程序。
伦理批准
随后的过程都是按照道德标准的负责任的人体试验委员会(机构和国家)和1975年的赫尔辛基宣言,2008年修订的(5)。
同意
知情同意是获得所有个体参与者包括在这项研究中。
相互竞争的利益
作者宣称没有利益冲突。
作者的贡献
Songyun谢和刘张了同样的工作。
确认
这部分工作是支持由中国国家科学基金资助61273250,部分基础研究基金为中央大学(3102015 bj (II) GH07),部分研究生开始种子基金(Z2016124),西北工业大学和部分由陕西省科技计划项目(2015 gy003)。这项工作是由NPU-TUB联合实验室的神经信息学。