周陽 鄧振進(jìn) 黃海萍 湖南省醫(yī)療器械檢驗(yàn)檢測(cè)所 （湖南 長沙 410014）

雙耳分聽模式下聽覺誘發(fā)電位研究

周陽 鄧振進(jìn) 黃海萍 湖南省醫(yī)療器械檢驗(yàn)檢測(cè)所 （湖南 長沙 410014）

P300誘發(fā)電位是事件相關(guān)電位的一種，它和人的行為以及專注過程有著關(guān)聯(lián)，P300受到很多因素影響，想要正確提煉信息十分復(fù)雜，它的幅度受到目標(biāo)概率、刺激間隔時(shí)間、刺激適應(yīng)的程度和任務(wù)的難度等因素影響。結(jié)合目前國內(nèi)外關(guān)于雙耳分聽模式下P300的提取研究設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，以給左右耳不同刺激提取腦電，找出P300的存在，對(duì)其成分進(jìn)行分析。

聽覺誘發(fā)電位 P300 腦機(jī)接口

P300誘發(fā)電位是事件相關(guān)電位的一種，它和人的行為以及專注過程有著關(guān)聯(lián)，且是低頻波。當(dāng)被試對(duì)某一內(nèi)容關(guān)注較大，P300幅度也會(huì)改變[1]?？梢?，P300受到很多因素影響，想要正確提煉信息十分復(fù)雜，它的幅度受到目標(biāo)概率、刺激間隔時(shí)間、刺激適應(yīng)的程度和任務(wù)的難度等因素影響[2]。

1.研究?jī)?nèi)容

結(jié)合目前國內(nèi)外關(guān)于雙耳分聽模式下P300的提取研究設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，以給左右耳不同刺激提取腦電。對(duì)采集到的腦電數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和對(duì)比，找出P300的存在，對(duì)其成分進(jìn)行分析。

2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)采集

2.1 試驗(yàn)儀器

本文中腦電數(shù)據(jù)的采集使用的是Neuroscan腦電采集分析系統(tǒng)，包括模擬和數(shù)字兩種信號(hào)采集方式，還有在線實(shí)時(shí)分析和離線分析等強(qiáng)大的軟件分析功能，能夠保證快速有效地處理數(shù)據(jù)。

電極帽：32導(dǎo)的Neuroscan電極帽，電極帽上點(diǎn)擊的分布采用的是國際腦電圖學(xué)會(huì)標(biāo)定的10-20電極導(dǎo)聯(lián)定位標(biāo)準(zhǔn)。本實(shí)驗(yàn)使用的導(dǎo)聯(lián)為FCZ、CZ、CPZ、PZ、FZ、OZ。

放大器：Neuroscan第二代放大器。帶寬從DC至3500Hz；共模抑制比為108dB。為保證早期成分的可靠記錄采樣率選擇為1000Hz，帶寬選擇0.01～100Hz。

2.2 實(shí)驗(yàn)刺激

本文中實(shí)驗(yàn)刺激均為聲音刺激，分為兩組實(shí)驗(yàn)。第一組選取數(shù)字1、2、4、6，左耳播放由1、2、4隨機(jī)組成的序列，右耳播放由1、2、6組成的序列，重復(fù)20次。第二組選取字母A、B、D、K，左耳播放由A、B、K隨機(jī)組成的序列，右耳播放由A、D、K隨機(jī)組成的序列，重復(fù)20次。8個(gè)聲音全部采用真人錄制，聲音為普通話女聲，錄音格式為WAV格式。

2.3 實(shí)驗(yàn)范式

本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的Oddball范式是ERP實(shí)驗(yàn)的經(jīng)典范式，其要點(diǎn)是對(duì)被試同時(shí)施加兩種相同類型的刺激，并且兩種刺激出現(xiàn)的概率不同，一種刺激出現(xiàn)的概率大，另一種刺激出現(xiàn)的概率小，并且兩種刺激隨機(jī)出現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)要求被試注意小概率刺激即靶刺激，并對(duì)其做出反應(yīng)。

2.4 被試情況

在本文實(shí)驗(yàn)中選擇2名在校大學(xué)生作為被試，均為男性，年齡在21～23歲。所有被試身體健康且均為右利手，聽力正常且沒有耳病史。

實(shí)驗(yàn)時(shí)被試無需反映也沒有視覺刺激，可閉眼或盯某一處不動(dòng)。電極帽由實(shí)驗(yàn)室專門人員給被試戴上，每個(gè)極點(diǎn)用專用注射器打涂導(dǎo)電膏，保證每個(gè)極點(diǎn)的電極阻抗低于 5kΩ。

正式實(shí)驗(yàn)前需要讓被試先聽一兩個(gè)完整的刺激，以便讓被試熟悉并了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。這樣更有利于實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行，減少實(shí)驗(yàn)中由于被試緊張或其他心理因素引起的干擾。

2.5 數(shù)據(jù)采集

在確定電極接觸良好，被試充分熟悉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后，就開始正式的腦電數(shù)據(jù)記錄。先記錄一段安靜時(shí)的腦電，再播放刺激。

圖1. Oz、Fz、FCz、CPz、Pz、Cz導(dǎo)聯(lián)信號(hào)

3.數(shù)據(jù)處理

3.1 腦電信號(hào)的預(yù)處理

聽覺誘發(fā)電位的幅值很小，而自發(fā)腦電的則大得多，為了提取誘發(fā)電位，需要將得到的信號(hào)進(jìn)行處理。首先，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行20Hz低通濾波，再取出其中200～400ms這一段數(shù)據(jù)，進(jìn)行降頻處理得到20個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)段進(jìn)行基線校正。現(xiàn)取導(dǎo)聯(lián)FCZ的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

3.2 利用相干平均法提取P300

在研究領(lǐng)域里，最普遍的用來提取P300特征量的方法是即是相干平均法。對(duì)從某電極取出的樣本進(jìn)行大量平均，減少工頻干擾或是自發(fā)腦電的干擾。實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)過大概20次的平均則可以提取出比較明顯的P300特征量。將波形利用相干平均法進(jìn)行疊加平均，然后截取200～400ms的波形，進(jìn)行下一步的處理，即基線校正。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了兩種靶刺激分別是1和2。圖1分別是Oz、Fz、FCz、CPz、Pz、Cz導(dǎo)聯(lián)得到的被選取的靶刺激為1、非被選靶刺激為2和非靶刺激為3的圖形。圖2分別是Oz、FCz、Pz、導(dǎo)聯(lián)得到的被選取的靶刺激為2、非被選靶刺激為1和非靶刺激為3的圖形。紅色實(shí)線代表被選取靶刺激的信號(hào)，紅色虛線代表非被選靶刺激的信號(hào)，藍(lán)色實(shí)線代表非靶刺激的信號(hào)。

3.3 數(shù)字語音實(shí)驗(yàn)分類結(jié)果及分析

在本文中每位被試參與3組語音實(shí)驗(yàn)，每組每個(gè)電

極10組樣本，總共30組，將訓(xùn)練數(shù)據(jù)分3份，交叉驗(yàn)證，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢驗(yàn)疊加平均特征提取的有效性，對(duì)數(shù)字語音實(shí)驗(yàn)每名被試單個(gè)電極進(jìn)行目標(biāo)和非目標(biāo)分類，選取被試的最優(yōu)電極作為分類正確率。結(jié)果顯示2名被試的單通道分類正確率高達(dá)70%以上。

3.4 字母語音實(shí)驗(yàn)分類結(jié)果及分析

圖2. Oz、FCz、Pz導(dǎo)聯(lián)信號(hào)

在本文中每位被試參與3組語音實(shí)驗(yàn)，每組每個(gè)電極20組樣本，總共60組，所以將訓(xùn)練數(shù)據(jù)分6份，交叉驗(yàn)證，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢驗(yàn)疊加平均特征提取的有效性，對(duì)數(shù)字語音實(shí)驗(yàn)每名被試單個(gè)電極進(jìn)行目標(biāo)和非目標(biāo)分類，選取被試的最優(yōu)電極作為分類正確率。

結(jié)果顯示每位被試單個(gè)電極的分類正確率高達(dá)75%以上，說明采用雙耳分聽的odd ball范式的實(shí)驗(yàn)可行，能夠達(dá)到有效區(qū)分靶刺激和非靶刺激的目的。同時(shí)在靶刺激較為復(fù)雜時(shí)，P300也更加清晰：范式越復(fù)雜，任務(wù)難度越大，P300就會(huì)越明顯。

[1] Allison BZ,Graimann B,Gr?ser A.Why use a BCI if you are healthy?[M].International Conference on Advances in Computer Entertainment,2007:7-11.

[2] 黃安湖.基于腦電信號(hào)的腦機(jī)接口系統(tǒng),(碩士生學(xué)位論文)[D].山東大學(xué),2008:56-67.

Study on Auditory Evoked Potentials in Binaural Listening Mode

ZHOU Yang DENG Zhen-jin HUANG Hai-ping Hunan Testing Institute for Medical Devices (Hunan Changsha 410014)

1006-6586(2017)15-0015-02

R318.04

A

2017-05-26