摘要: 目的:SSVEPs是由固定频率闪烁的视觉刺激诱发的大脑振荡反应,主要集中在初级视觉皮层,常用于神经科学研究和脑机接口(BCI)应用中。脑电信号的重参考是消除噪声的重要方法,我们梳理过去10年的SSVEPs研究发现,常用的参考方法有全脑平均参考(common average reference,CAR)、单电极参考(monopolar reference)和平均乳突参考(averaged-mastoids reference)。拉普拉斯参考(Laplacian reference)是一种局部参考,对位于电极点附近的浅层脑电信号源十分敏感,也许是更适合SSVEPs的参考方法。但是,目前SSVEPs研究中仅有少数使用拉普拉斯参考,并且,它与常用参考方法对脑电信号质量的影响未有系统的评估。
方法:本研究使用7个公开的SSVEPs实验数据集,评估CAR、单电极参考、平均乳突参考以及拉普拉斯参考对脑电信号质量的影响。数据集分别来自Chen等人(2017, JNP)、Chen等人(2017, Neuropsychologia)的实验一、Chen, McManus等人(2019, JOV)的实验一和二、Lygo等人(2021, NeuroImage)、Vilidaite等人(2018, Proceedings of the Royal Society)、Baker等人(2021, PLOS Computational Biology)。7个数据集的SSVEPs反应均集中于Oz。CAR将Oz的信号减去全部通道脑电信号的平均,通道数量分别是29(dataset #1-3)、32(dataset #4)、64(dataset #5-7);单电极参考将Oz的信号减去Fz(dataset #1-3)、Cz(dataset #4-7)的脑电信号;平均乳突参考将Oz的信号减去TP9\TP10(dataset #1-4)、M1\M2(dataset #5-7)脑电信号的平均;拉普拉斯参考将Oz信号减去顶枕区最靠近Oz的7-9个电极点的平均,分别是O1\O2\P3\P4\P7\P8\Pz(dataset #1-4)、O1\O2\PO3\PO4\PO5\PO6\PO7\PO8\POz(dataset #5-7)。选取SNR和信度作为SSVEPs信号质量的指标。
结果:拉普拉斯参考后SSVEPs信号的SNR最高,其次是CAR、平均乳突参考、单电极参考;拉普拉斯参考的SNR显著高于其他三种方法的SNR(Ps <. 05)。另外,拉普拉斯参考后SSVEPs信号的信度是四种参考方法中最高的。
结论:相较于常用的重参考方法,拉普拉斯参考可以得到SNR和信度最高的SSVEPs信号,并且,使用拉普拉斯参考可以减少SSVEPs的实验时长和准备时间。