亮度偏差对立体显示舒适度影响的ERP研究

立体图像的左右视图偏差是影响立体显示舒适度的重要因素,亮度偏差是重要指标之一.本文利用事件相关电位(ERP)技术并采用经典S1-S2实验范式研究了亮度偏差对立体显示舒适度的影响.ERP数据分析以时域数据统计为主,提取了N270成分的特征参量——幅值,并对不同亮度偏差等级刺激诱发的N270的幅值进行分析对比.结果发现,亮度偏差大于10%,时被试会感觉到明显的不协调,偏差等级越大,被试的不协调感越强烈.行为数据分析结果与ERP统计结果一致,建议立体图像左右视图亮度偏差应低于10%,,从而保证观看舒适度.     

延迟干扰对空间工作记忆信息再认的影响

通过延迟匹配的实验方式,要求被试完成空间工作记忆任务和延迟干扰任务,主要对空间工作记忆再认阶段的行为和ERP数据进行分析.实验发现：延迟干扰任务对空间工作记忆的再认速度产生影响,正探测条件下,位置不同条件显著快于位置相同条件,而负探测条件则正好相反.正探测条件在枕区诱发的P1和N1的波幅大于负探测条件.此外,还发现不同实验条件下,P300的潜伏期存在差异,正探测条件下,位置相同条件的P300潜伏期显著长于位置不同条件;而在负探测条件下,位置相同条件的P300潜伏期显著短于位置不同条件.实验结果说明延迟干扰任务对空间工作记忆再认的影响主要出现在刺激评估和反应决策阶段.     

前额叶Gamma频段tACS对工作记忆影响的研究

基于行为学与脑电(Electroencephalogram EEG) 特征评估40Hz经颅交流电刺激（transcranial alternating current stimulation, tACS）对工作记忆的影响,进一步探究40Hz经颅交流电刺激对脑电与认知功能的调节作用。选取34名被试,并在伪刺激或真刺激后参与工作记忆任务,同时采集被试的行为学数据与脑电数据,最终通过MATLAB与SPSS-26.0进行数据分析,得出40Hz经颅交流电刺激对脑电、行为学数据指标的影响。通过数据分析发现事件相关电位中P3a成分与P3b成分的幅值在不同刺激、不同任务量下表现出显著性,且被试在真刺激后顶叶区的theta-gamma相位幅值耦合显著提升。因此可以得出40Hz经颅交流电刺激使得事件相关电位(Event-related potential, ERP)相关成分幅值有显著变化,且能显著提升被试脑内的相位幅值耦合程度,从而提升了专注度,进而显著提升工作记忆的能力,使得相关行为学数据显著提高。     

基于多种灰度闪光刺激的P300脑-机接口性能研究

因P300脑-机接口系统的准确率和信息传输率较高,已被广泛应用。研究表明,视觉刺激的强度会影响脑-机接口系统的性能,本文对此展开了相关范式研究。首先,按人眼感知灰度的敏锐度将视觉刺激强度划分为9种灰度值并设计刺激范式;然后,通过实验采集9种灰度值刺激源诱发的P300电位数据;最后,对数据进行分析,得到灰度值与P300电位强度和电位分类准确率的关系信息。实验结果表明,振幅、潜伏期与灰度值之间存在一种波动增长关系,同样,灰度值与电位分类准确率也呈现此种关系,为P300脑-机接口系统的刺激源设计提供了重要依据。     

基于触觉P300的脑控下肢康复机器人

基于P300信号的脑机接口技术在康复医疗领域具有广阔的应用前景,但P300信号的诱发方式多为视听刺激诱发,容易导致患者视听疲劳,同时也限制了视听障碍患者的使用。针对这些不足,设计一种基于触觉P300的脑控下肢康复机器人系统,在被试的左右食指处各放置一个振动器,通过调整左右手振动器的刺激间隔、刺激时长及刺激比例让P300信号更容易诱发和区分;利用共空间模式算法和支持向量机对信号进行特征提取和分类。被试通过选择关注左手或右手的振动刺激输出不同指令,从而控制下肢康复机器人进行相应动作。实验证明,被试通过感受振动刺激可以轻松诱发脑电中的P300信号,在不进行P300信号平均叠加的条件下,分类准确率为86.50%,既保证了较高的分类准确率,又缩短了指令输出时间。每位被试均可通过下肢康复系统顺利完成训练任务,证明了该方法的可行性。     

生产性噪声对工作人员脑认知影响的ERP分析

为工业企业听力保护计划制定、人机工程学设计及劳动者烦恼度缓解等提供客观的生理依据,分析了生产性噪声对工作人员脑认知的影响.采集自愿者在90 d B(A)的稳态机械性噪声刺激以及安静状态下的脑电信号,建立事件相关脑电位ERP中N1(N100)波的幅值脑地形图及P2(P200)波幅值的脑地形图,对ERP信号进行时频分析.结果表明噪声刺激与静音状态相比,ERP在N1波的幅值明显减少,而在P2波幅值变化呈相反趋势明显增加.噪声刺激下被试额区导联的N1幅值显著减小,P2幅值显著增加,表明高声压级生产性噪声导致被试烦躁、注意力分散,并干扰了认知能力.     

基于脑电的水平运动立体影像视疲劳评估

针对长时间观看水平运动立体视频所引发的视觉疲劳这一现象,采用单一运动形式的水平立体视频刺激为实验素材,通过主观实验对比分析被试观看同样的3D素材与2D素材后所引起疲劳感受的差异性.分别采集被试疲劳前后的EEG(electroencephalography)信号与ERP(event related potentials)信号,提取疲劳前后30个电极EEG信号的θ、?、β3个波段小波系数的均值及其比值、、θ/(?+β)、(?+θ)/β、θ/β、(?+θ)/(?+β)作为时频域特征,提取样本熵作为脑电信号的非线性特征.将时频域特征与非线性特征作为联合特征进行立体视觉疲劳评估,避免了单一特征的局限性,多角度分析了视觉疲劳前后特征参数变化.实验结果表明,3D与2D视频均能够使被试在一定程度上产生视觉疲劳现象,且3D显示比传统2D显示对人的影响更大.对比分析ERP信号发现疲劳状态下的N200和P300成分幅值明显下降,而潜伏期略有增加.通过可分性指数FCSI(Fisher’s class separability index)算法、支持向量机SVM(support vector machines)、基于互信息的特征选择算法等筛选出评估水平运动视觉疲劳的最佳特征参数为CP3电极上的?/θ.同时,结合脑区分析发现,与水平运动立体视频关系最为密切的两个脑区可能为顶区与前额区.     

立体视频延时的事件相关电位研究

立体视频在无质量保证的互联网上传输时会引发立体视频左右视图的帧延时,影响观看质量.本文提出一种利用主观评价与客观脑电(electroencephalogram,EEG)相结合的方式分别对深度和水平延时运动立体视频刺激进行分析,并对二者的差异性进行比较.共有十名被试参加实验,被试观看随机呈现的不同延时等级包括无延时、延时1帧、延时2帧和延时3帧的立体视频片段,并对是否感知到延时效应做出主观判断,同时记录被试的EEG信号.从EEG信号中提取出事件相关电位(event related potentials,ERPs)并结合主观行为数据进行分析与比较.实验结果表明,为保证观看质量,深度运动立体视频中所能存在的最大延时帧数为1帧,水平运动中则不能存在延时效应.与水平延时运动相比,深度延时运动刺激产生的P300成分幅值变化范围更大,表明在深度延时运动刺激下大脑的活跃程度更高.同时,相同延时帧数的深度运动与水平运动刺激所产生的P300成分中,深度延时运动的潜伏期更长,这表明处理深度延时运动刺激所需时间更长.     

事件相关脑电位系统研究

使用Microsoft Visual C++6.0为开发工具,并结合已有的脑电采集器,设计实现了一种集诱发、采集和处理于一体的事件相关脑电位(event-related potential,ERP)系统。该系统的主要功能包括提供视觉刺激,实时采集和显示脑电信号,对信号进行预处理和小波多分辨分析,同时系统还解决了传统方法中关于刺激和采集不同步的问题。在刺激模式中,系统提供了两种刺激序列。一种是经典的Odd Ball模式,另一种是等概率模式。最后在实际应用中,通过利用Odd Ball模式对受试者进行视觉刺激,并对采集到的脑电信号经过预处理和小波多分辨分析,最终提取了ERP的P300成分,证明了系统在ERP研究中的可行性和有效性。     

听觉条件下蒙古语元音和谐的偏侧化分析

文章研究记录了被试在无意识状态下(给被试播放无声无字幕电影,并要求被试忽略所听到的声音)感知蒙古语元音和谐的脑电数据,以探讨听觉条件下大脑对蒙古语元音和谐的ERP反映情况.对比不同变化条件下的脑电数据(蒙古语元音:和谐与不和谐;紧元音:和谐与不和谐;松元音:和谐与不和谐),以进行偏侧化实验.分析结果显示:1在听觉条件下,以Oddball范式呈现不和谐元音作为偏差刺激,和谐元音作为标准刺激.不管是紧元音、松元音还是蒙古语元音,均未诱发明显的MMN和P300.2被试感知刺激时所激活的脑区集中在额叶、中央区和颞叶.但感知强度有所不同,大脑对紧元音的感知强度相比松元音和蒙古语元音的要弱,而松元音和蒙古语元音的感知强度较为相近.     

基于FastICA的P300电位快速提取方法

从两个方面研究了快速独立分量分析(Fast Independent Component Analysis,Fast ICA)方法在诱发脑电P300少次提取中的应用,并给出了针对健康和残疾被试的实验结果.首先,利用FastICA对观测信号进行去噪,然后对去噪后的P300分量进行较少次叠加平均,并对提取出的健康和残疾被试的P300特征进行了详细的比较分析;然后,从模式识别的角度出发,逐渐减少叠加次数,分别考察了根据提取出的P300特征进行靶刺激和非靶刺激识别的难易程度.实验结果表明了FastICA方法用于P300较少次提取的有效性.     

视觉搜索中空间注意范围等级调节的早期ERP效应

对18名被试青年进行事件相关电位(ERP)实验以研究视觉空间注意范围等级效应的脑机制.采用"提示-靶"实验范式,刺激材料使用等密度排列的字母组成的3个同心圆,以去除字母排列密度不均匀对注意范围等级效应的影响.记录反应时和ERP数据.结果表明:随着提示范围的增大,识别靶刺激的反应时延长,靶刺激引起的P1,N1波幅减小.行为数据和ERP波幅的等级式变化提示视觉注意范围的等级效应,并发现该等级效应受到了来自任务难度、刺激物数量及分布等多种因素的影响.     

基于近似熵的认知能力对事件相关电位的影响研究

选择青年组、血管性痴呆(VD))组以及与VD同一年龄段的正常老年组作为被试人群,其中VD组又依据简易智能量表的测试结果细分为轻度和重度VD组.采用视觉通道诱发的oddball实验模式,并对事件相关电位(ERP)信号进行近似熵分析.通过对不同被试组的近似熵对比发现,重度VD患者近似熵在整个实验过程中基本保持稳定,没有显著变化,而其余被试组随着刺激任务的开始,近似熵下降,随着任务的结束,近似熵升高.其次,轻度VD组的近似熵值明显高于老年组和青年组,尤其是在任务反应阶段其差异程度更为显著.ERP的近似熵分析较为清晰地展现出具有不同程度认知能力的被试者在执行认知任务过程中脑活动的变化,有效地反映了其大脑认知加工的过程和能力的大小.因此,近似熵为VD的早期诊断及程度分级提供了一个有效的途径.     

声音骨传导方式与空气传导方式在听觉诱发脑电实验中的对比

声音可以通过骨传导与空气传导两种方式被人的听觉系统所感知.区别于常用的空气传导方式,骨传导方式中声音通过颅骨的振动直接刺激听觉神经,具有抗干扰、频带宽、不受中耳疾病影响等特点.本研究设计了声音两种传播方式下的听觉脑电诱发实验,从波形分析、脑电地形图以及脑网络分析三个方面入手对诱发的脑电信号进行对比分析.实验结果表明,两种方式均可诱发出P300、N200波形,且骨传导方式下,幅值显著高于空气传导方式.两种方式下的脑网络也存在显著差异.     

矿工疲劳的ERP特征

煤矿井下设备操作不仅要求矿工保持警戒状态,而且需要持续地将注意力集中在单调枯燥的操作任务和体力作业任务上。由于长时间的轮班和重复性任务,矿工极易出现精神和生理疲劳。为了研究矿工疲劳对其安全能力的影响,应用事件相关电位(ERP)技术,研究Oddball任务下一线矿工下井前后脑电特征变化,从而获取疲劳评价的客观指标。通过测试和采集自愿参加实验的14名夜班矿工下井前后的主观疲劳水平、行为表现指标和脑电信号数据,对诱发ERP特征的波幅和潜伏期进行分析,从而确定矿工疲劳的主要影响因素。从主观疲劳评价和行为表现指标的角度分析可得,夜班矿工下井前后精神状态差异较大;进一步分析矿工ERP特征的变化,发现上井后P300的潜伏期显著增加,波幅明显下降,说明井下一线高负荷连续作业任务导致矿工的精神疲劳增加。ERP方法可用来研究矿工的疲劳程度;P300可以作为评价一线矿工疲劳的有效指标,从而为研究矿工疲劳的对抗措施提供依据。     

视、听偏差刺激选择性注意的ERPs研究

本实验采用了视听双通道伪同时呈现的oddball模式,以汉字和简单几何图形为视觉刺激,1000Hz和800Hz的纯音为听觉刺激,使用注意通道(注意和非注意条件)×刺激概率(偏差刺激概率均为15%,标准刺激的概率均为85%)的2×2因素设计,来研究视觉和听觉偏差刺激在注意和非注意条件下诱发的事件相关电位(ERPs)。实验中视觉和听觉刺激随机序列地呈现给被试(刺激间隔ISI为700～1300ms),被试被要求注意某一通道如视觉通道,而相应地忽视另一通道即听觉通道,以左右手触键反应,如左手反应视觉偏差刺激,右手反应视觉标准刺激。结果表明,听觉偏差刺激在注意和非注意条件下均诱发了类似的不匹配负波(MMN);而视觉偏差刺激在注意和非注意条件下没有诱发MMN或类似MMN的成分,这是因为视觉系统的平行加工特性和难以对视觉影像产生记忆痕迹。听觉偏差刺激在注意条件下重迭了N2b成分并跟随了P3a成分,这种重迭和跟随反映了选择注意中的定向反应。注意条件下听觉和视觉的偏差刺激诱发了较大波幅的P300成分,反映了工作记忆中的表象更新。本实验的结果支持Naatanen对MMN所做的观察,听觉偏差刺激所诱发的MMN与注意条件的无关性反映了听觉通道中感觉刺激特征的自动化加工。     

基于去趋势波动分析的不同特征音乐刺激下脑电特性

旨在研究受试者对不同特征音乐的心理生理反应, 探索脑电长程关联特性. 招募 10 名在校学生作为受试者, 参与 4 种具有不同物理特征的音乐聆听任务, 并完成自我情绪评价, 同步采集受试者任务期间的头皮脑电信号. 针对音乐刺激脑电的非平稳非线性特性, 使用一种检测非平稳时间序列的长程相关性非线性方法——去趋势波动分析, 通过计算脑电信号分频段序列的标度指数分析脑电信号长程相关性, 并结合行为学数据, 探究不同音乐特征对情绪加工的影响. 实验结果显示, 升调版欢快乐曲诱发的积极情绪感受会显著降低, 而无论升调还是降调都会显著降低悲伤音乐诱发的悲伤情绪效应; 在不同音调特征的音乐刺激诱发下, 受试者在 alpha, beta 频段上还表现出明显大脑偏侧化特点, 左半球脑动力表现更活跃. 所应用的标度指数可以反映不同音乐刺激下脑电的特异性.     

过度使用互联网对脑电时频特性的影响研究

应用小波变换以及非负矩阵分解的方法研究了过度使用互联网对脑电时频特性的影响.采用经典的oddball刺激实验,分别采集过度使用互联网者与正常受试者在新奇刺激出现时的事件相关电位(Event-relatecl potentials,ERP),并利用小波变换以及事件相关谱扰动提取ERP的gamma节律时频信息,然后对其ANOVA统计计算的F检验结果进行两分量的非负矩阵分解.结果发现,过度使用互联网导致ERP的P300波幅降低(p<0.05),潜伏期延长(p<0.05),另外对于gamma节律的影响主要发生在刺激后300 ms,频率范围在40-50 Hz内,主要集中在大脑的中央顶部.此结果说明过度使用互联网对大脑进行信息的整合和编码造成了影响.     

基于ERP技术的数字界面布局认知与评估

为了探索用户对数字界面不同布局形式的比较和评估的认知过程,根据事件相关电位技术,采用较高相似度界面布局与较低相似度界面布局的Oddball实验范式,并结合脑电数据与行为数据,分析比较了2种相似度条件下N2b成分、P300成分的波幅和潜伏期变化情况.结果表明:在靶刺激认知早期阶段,N2b成分的波幅与靶刺激和标准刺激的偏差程度呈正相关关系;进入较深层次加工过程后,靶刺激所诱发的P300成分的波幅与靶刺激和标准刺激的相似程度呈正相关关系.研究结论可拓展应用于界面的迭代评估过程中,为实际项目中数字界面产品风格继承性评估提供重要的参考依据.     

过度使用互联网对脑电时频特性的影响研究

应用小波变换以及非负矩阵分解的方法研究了过度使用互联网对脑电时频特性的影响．采用经典的oddball刺激实验,分别采集过度使用互联网者与正常受试者在新奇刺激出现时的事件相关电位（Event—related potentials,ERP）,并利用小波变换以及事件相关谱扰动提取ERP的gamma节律时频信息,然后对其ANOVA统计计算的F检验结果进行两分量的非负矩阵分解．结果发现,过度使用互联网导致ERP的P300波幅降低（p〈0．05）,潜伏期延长（p〈0．05）,另外对于gamma节律的影响主要发生在刺激后300ms,频率范围在4050Hz内,主要集中在大脑的中央顶部．此结果说明过度使用互联网对大脑进行信息的整合和编码造成了影响．