A new spatial contrast coding approach for SSVEP-based BCIs

Hui Zhong

doi:10.1016/j.jneumeth.2024.110357

2025-03-01

PRE

钟晖 (Hui Zhong)

Weihua Pei

Xiaorong Gao

DOI：10.1016/j.jneumeth.2024.110357

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摘要

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背景：基于稳态视觉诱发电位（SSVEP）的脑-机接口（BCI）系统主要采用频率、相位和混合编码方法。本研究提出了一种基于空间对比度的新编码方法，空间对比度是视觉刺激的空间属性之一。新方法：首先，本研究设计了具有11种背景对比度的棋盘格样刺激，以探讨背景对比度对SSVEP刺激-响应特性的影响。基于响应的空间对比度相关调制，本研究进行了离线模拟，以评估多目标对比度编码方法的可行性。最后，本研究设计了一个四目标SSVEP-BCI系统，以验证对比度编码方法。结果：具有相同频率和初始相位但不同背景对比度的棋盘格样刺激，其SSVEP响应在振幅、拓扑结构和相位方面存在差异。利用这些特性，离线模拟和在线验证均表明，所提出的BCI系统实现了良好的分类性能。在线BCI实验发现，四目标SSVEP-BCI系统在15 Hz条件下实现了平均信息传输率59.58±0.42比特/分钟，在30 Hz条件下实现了52.54±2.32比特/分钟。与现有方法的比较：与以往的频率、相位和空间编码方法不同，本研究采用基于背景对比度的编码方法实现了四目标BCI系统。结论：本研究提出了一种新的空间对比度编码方法，这将丰富SSVEP-BCI系统的编码方法，并推动SSVEP-BCI系统在更多场景中的应用。

Keyword:

Brain-computer interface (BCI)

Checkerboard-like stimulus

Spatial contrast

Steady-state visual evoked potential (SSVEP)

Task-related component analysis (TRCA)