學號：17020150056? ?姓名：張偉航
【嵌牛導讀】事件相關電位（Event-related potentials, ERP）是大腦對某種事件進行信息加工時誘發(fā)產生的一系列電活動。其中，P300電位是一種內源性的事件相關電位，與認知功能相關的，對概率相對較小的外界事件（刺激）發(fā)生的反應，其峰值一般出現在相關事件發(fā)生后300毫秒左右。本文基于Oddball范式的P300字符實驗，利用MATLAB處理原始數據，觀察P300波形。
【嵌牛鼻子】事件相關電位P300信號? ?Oddball范式? 腦機接口
【嵌牛正文】
一、研究背景和原理簡介
為了實現對腦機接口系統(tǒng)的控制，受試者需要有意識地對自己的大腦信號進行控制，這些被動或主動的神經響應形成了不同的從而形成不同的腦電信號模式，主要分為下列兩大類：誘發(fā)電位和對自發(fā)電位的控制。誘發(fā)電位記錄的是神經系統(tǒng)對刺激本身產生的反應，如P300電位、N200電位、以及穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位(Steady state visual evoked potential, SSVEP)等。 而對自發(fā)電位的控制，屬于內生腦電，即受試者通過進行某種特定的思維活動從而自發(fā)產生的腦電信號，如與想象運動相關的電位；慢皮層電位(Slow cortical potential, SCP)等。
P300電位一般由Oddball范式來誘發(fā)。經典Oddball范式是指兩種概率有很大差別的刺激以隨機的形式施加于同一感覺通道上。一種刺激出現的概率很大，稱為標準刺激；另一種刺激出現的概率很小或偶然出現，則稱為偏差刺激。若當偏差刺激出現的瞬間，受試者就盡快做出如默數刺激出現次數之類的反應。在實驗過程中，受試者需要關注偏差刺激，只要偏差刺激一出現就盡快做出反應（如默數出現次數等），此時，偏差剌激也稱為靶刺激。只有將小概率出現的偏差刺激作為靶刺激，才能誘發(fā)P300電位。EEG腦信號在靶刺激呈現后300ms左右出現一個正向峰值，這就是P300電位。理論研究表明，靶刺激概率越小，P300電位的幅值越大，概率小于1/3，即能誘發(fā)出足夠顯著的P300電位。經過多次疊加后P300電位的波形會更加明顯。
二、數據采集與處理算法
整個P300數據由基于Oddball范式的P300字符實驗產生，實驗過程如下：
實驗過程由一名被試者完成，字符矩陣的顯示周期為2.5s，在這個周期內，字符矩陣的每行或列均被隨機地加亮一次（概率為1/6），加亮的持續(xù)時間為100ms，兩次加亮之間的時間間隔為75ms：對于每個目標字符，受試者需連續(xù)重復進行15次實驗，即要經歷15個字符矩陣顯示周期，因此對于一個目標字符，字符矩陣會進行12×15次加亮.在實驗過程中，設備通過位于受試者腦部頭皮上的64個采樣電極，以240Hz的采樣頻率記錄腦電信號。
以AAS010R01為例，加載數據后。根據數據中得Flashing矩陣可以確定字符矩陣閃爍的時間（采樣頻率為240Hz）。根據數據中的StimulusCode矩陣可以確定某時刻選定的行數（1~12）。數據中的signal矩陣為所采集的信號，列數表示采樣的電極通道數，行數表示某一通道采樣得到的信號。StimulusCode矩陣可以分為三部分，分別對應字母CAT?？梢酝ㄟ^find命令找到StimulusCode矩陣中某一行對應的采樣點位置，并且在signal矩陣中找到對應的目標信號區(qū)間。由于P300信號是在刺激發(fā)生后300~500ms之內發(fā)生的，本次仿真實驗選擇刺激發(fā)生后0~825ms的目標信號（目標信號對應的采樣點個數為0.825×240=198）。
在實際應用中所獲得的原始信號總伴隨著自發(fā)腦電等隨機噪聲，因此必須采取措施消除或者抑制這些噪聲。而總體累加平均為一種傳統(tǒng)的并且有效的方法。對于每個目標字符，受試者需連續(xù)重復進行15次實驗，所以將15次實驗得到的目標信號取平均。P300信號以delta（0.5-4hz）腦波為主要貢獻和theta(4-7.5hz)腦波響應的融合。所以再將所得的信號通過截止頻率為8Hz的低通濾波器。為了更好的觀測各個電極的效果，所以將采樣得到的各電極信號分別輸出（共64個電極通道）。
三、數據處理結果
1.AAS010R01數據（CAT）
字母C的行刺激P300波形（64個電極通道的P300波形）：
字母C的列刺激P300波形（64個電極通道的P300波形）：
2.AAS011R03數據（GLOVE）
字母G的行刺激P300波形（64個電極通道的P300波形）：
字母G的列刺激P300波形（64個電極通道的P300波形）：
結果圖如上所示，得到64個電極通道的P300波形。各個電極效果不同，效果明顯的電極可以看到明顯的300ms延遲的P300信號，達到了仿真目的。
其他字母的結果圖本文地方有限，故省略。
四、結論與總結
不同電極得到的P300信號的信號不同，前半部分的電極通道的效果比較好，后半部分電極通道的效果比較差。所以在分析和辨別P300信號時，只需要關注部分效果比較好的電極即可。
初步分析可能是由于被試的主觀因素或者其他因素，某些字母的P300的信號并不是很明顯,并且大部分字母的行刺激P300信號比列刺激P300信號更明顯。對于相鄰的數據來說，由于字符在字符矩陣當中比較接近，對于被試者來說可能會產生一定的干擾。
五、參考文獻
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六、附錄
源數據和源代碼：
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