经颅直流电刺激对稳态视觉诱发电位的作用效应研究

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稳态视觉诱发电位(steady-state visual evoked potential,SSVEP)脑-机接口(brain-computer interface,BCI)以其训练时间短、高信噪比(Signal-to-noise ratio,SNR)和高信息传输率(information transfer rate,ITR)等优点而被广泛应用。但“SSVEP缺陷”、视觉刺激诱发疲劳和诱发频率较少等原因限制了SSVEP-BCI的研究。经颅直流电刺激(transcranial direct current stimulation,t DCS)由于具有非侵入性调节皮层兴奋性的能力,从而为提高SSVEP-BCI性能提供了可能。本论文将单次t DCS和重复t DCS应用于SSVEP-BCI的研究中,利用频域分析和脑功能连接分析方法对静息态实验、任务态离线实验和在线实验测得的脑电信号进行了分析,研究了t DCS对自发脑电和诱发脑电SSVEP产生的效应。首先,在t DCS对静息态脑电的效应研究中,本论文将伪刺激(sham刺激)和阳极t DCS(强度为2 m A,刺激时长为21 min)应用于受试枕区,先后采集了刺激前、伪刺激后和阳极t DCS后的5 min脑电数据,通过对三组数据进行频域分析、功能连接分析、脑网络参数分析以及相应的统计分析,最终得出阳极t DCS显著提高了顶枕区的alpha频段的幅值以及在alpha频段的各个脑区间的相干性和相位同步性,并提高了脑网络的“小世界”属性。其次,单次t DCS对SSVEP效应的研究分为离线实验和在线实验。离线实验采集了刺激前、伪刺激后和阳极t DCS后这三组SSVEP视觉刺激任务的顶枕区脑电。在线实验的视觉刺激任务增加了反馈环节,采集了阳极t DCS前、后的顶枕区脑电,并计算了受试对刺激任务的识别正确率。离线实验和在线实验都计算了基频幅值和信噪比。离线实验结果表明:t DCS未表现出对幅值和信噪比的显著影响。在线实验结果表明:t DCS显著提高了本身无法适应SSVEP-BCI系统的受试的识别正确率,但是对幅值和信噪比未表现出显著效果。最后,在重复t DCS的效应研究中,受试接受了连续五天的伪刺激和阳极t DCS(两种刺激间隔一周)。实验分别采集了伪刺激和阳极t DCS前、后的静息态和任务态数据,各包括静息态睁眼数据2 min、静息态闭眼数据2 min和两组6 min的离线任务态数据。静息态数据分析显示:重复t DCS对睁眼状态的beta活动、睁眼状态的gamma活动和闭眼状态的右顶叶alpha活动有增强效果,对闭眼状态顶中部的alpha活动有减弱效果。任务态数据分析显示:在10.75 Hz和11 Hz刺激频率条件下,重复t DCS显著提高了顶枕叶的平均信噪比。经颅直流电刺激可以增强alpha活动并且能提高SSVEP的信噪比,对t DCS以及SSVEP-BCI的研究和应用都具有重要意义。
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