稳态视觉诱发电位SSVEP介绍

诱发电位是当大脑受到脉冲电流、闪光或者变化的图像、连续的声音刺激时产生的神经动作电位或突触后电位。这种脑电位有一定的潜伏期，潜伏期的长短和刺激部位、记录部位的距离、神经冲动的传导速度等相关。

诱发电位主要有视觉诱发电位、听觉诱发电位以及触觉诱发电位三种。视觉诱发电位（Visual Evoked Potential，VEP）是大脑对于视觉刺激的一种自然响应信号，根据视觉刺激频率的不同，视觉诱发电位可以大致分为三类：

瞬时视觉诱发电位（Transient Visual Evoked Potential，TVEP）、

稳态视觉诱发电位（Steady-StateVisual Evoked Potential, SSVEP）、

伪随机码视觉诱发电位。

瞬时视觉诱发电位的视觉刺激频率一般小于4Hz，刺激的时间间隔较长，能保证每个脑电诱发电位的完整呈现，一般应用于视觉研究。相比瞬态视觉诱发电位，SSVEP刺激模块闪烁的时间间隔可以小很多，但相邻刺激之间会发生重叠，导致诱发产生的响应信号时间上也发生重叠。

刺激模块闪烁

SSVEP产生信号原理

研究者认为大脑里分布的各种神经网络都有其固有的谐振频率，在正常状态下，这些神经网络都是互不同步的，也是杂乱无章，没有规律的，此时的脑电信号是自发脑电。当施加一个恒定频率的外界视觉刺激时，与刺激频率或谐波频率相一致的神经网络就会产生谐振，导致大脑的电位活动在刺激频率或谐波频率处出现明显变化，由此产生了SSVEP 信号。

SSVEP 信号获取过程

从生理特性看，大脑的不同功能分区各有分工，不同皮层区域的感觉、运动、认知模块相互独立，如下图大脑皮层主要功能分布图所示，但各个功能模块相互协作，形成一个有机的整体。在大脑处理感知信息的过程中，多种模块并行工作。基于SSVEP 信号的BCI 系统就是通过检测枕叶视觉区的EEG 信号来判断大脑的思维活动。

大脑皮层主要功能分布图

通常用来诱发产生SSVEP 信号的视觉刺激源主要包括光刺激源、图形刺激源以及模式翻转刺激源。

光刺激源主要是用受到一定频率调制的LED、荧光灯、氙灯等光源作为视觉刺激。光源刺激器一般都包含一个精确的电路控制系统，通过控制可以产生各种不同频率的闪烁模式。光源的参数我们用一个调制深度来描述，它与所诱发的SSVEP信号幅度有关。

用于引起短暂性VEP或SSVEP反应的刺激物示例

图形刺激源主要是利用计算机显示屏幕闪烁刺激，即制作单一的简单方块、复杂的多个方块、不同颜色的图片等图形，且该图形以一定的频率闪烁刺激。

图形刺激

模式翻转刺激源也是产生于显示器屏幕，不同的是模式翻转刺激源主要是利用两个图形以一定的翻转速率交替出现来展现视觉刺激。目前，常用的图形模式有黑白棋盘格和栅格。

黑白棋盘格和栅格

外界的光线进入人眼后，视细胞层利用自身的感光作用，将光能转化为神经电位信号，然后传输至大脑皮层形成视觉诱发电位，进而可以利用BCI 系统采集并分析SSVEP 信号，在大脑皮层中与枕叶视觉区有关的脑电通道主要有六个，如下图所示。

视觉刺激频率

在实验中，当刺激频率在1-100Hz之间时，就能诱发产生SSVEP信号。

在基于SSVEP的BCI系统中，常选用的刺激频率范围是4-50Hz。

其中刺激频率为1-12Hz的频段，常被称为低频段；

刺激频率为12-30Hz 的频段为中频段；

30-50Hz 的频段为高频段。

SSVEP-Based BCI

当刺激频率为10Hz 时，SSVEP 产生响应最大；其次，能较明显的诱发SSVEP 信号的刺激频率集中在中频段，而高频段的刺激频率能诱发的响应最小。由于处于中低频段的刺激频率所诱发的SSVEP 信号能产生的响应较大，因此，目前基于SSVEP的BCI系统所采用的刺激频率的频段主要集中在中低频段（4-30Hz）。该频段的刺激频率存在一定的缺点:

• 以此频段频率闪烁的视觉刺激源更容易使受试者产生视觉疲劳；
• 当视觉刺激源的刺激频率在此频段时，易使受试者诱发出癫痫；
• 人的自发脑电波的alpha波段和beta波段的频率分别为8-13Hz 和13-30Hz，这将会与此频段的刺激频率发生覆盖重叠，从而引起错误检测。

中低频段的频率存在不少的缺点，但此频段却能使诱发的SSVEP 信号产生最大的响应，同时这些缺点可以通过增强SSVEP 信号能量来解决。所以很多研究也是基于中低频段的频率进行的。

参考：

内容整理于网络

基于SSVEP信号的在线BCI关键技术研究

基于SSVEP的脑机接口系统研究与设计