清华大学、中科院等研究机构研究人员提出BETA:面向SSVEP-BCI应用程序的大型基准测试数据库

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清华大学生物医学工程系，中科院半导体所集成光电子学国家重点实验室、中国医学科学院北京协和医学院生物医学工程研究所等研究机构联合推出BETA数据库，BETA数据库--面向SSVEP-BCI应用程序的大型基准测试数据库。

脑机接口(BCI)提供了另一种交互方式，在过去的二十年里引起了人们越来越多的关注。具体来说，基于稳态视觉诱发电位(SSVEP)的脑机接口在频率识别方法和数据共享方面有了显著的改进。然而，在这一领域，公共数据库的数量仍然有限。因此，研究人员在研究中提出了一个面向BCI应用(BETA)的基准数据库。该数据库由70名受试者的64通道脑电图(EEG)数据组成，这些受试者执行一个40个目标的提示拼写任务。BETA的设计等是为了满足实际应用的需求，它可以用作这些方案的试验平台。研究人员通过一系列的分析来验证数据库，并在BETA上对11种频率识别方法进行了分类分析，建议分别使用宽带信噪比(SNR)和BCI quotient的度量来分别表征单次试验和总体水平的SSVEP。

在该项研究中，研究人员提出了一个面向SSVEP-BCI应用的大型BEnchmark数据库--BETA。BETA数据库包含执行拼写任务的70名受试者的数据。70名健康志愿者(42名男性，28名女性)参与了该项研究，平均年龄25.14±7.97(均值±标准差，9 ~ 64岁)。所有参与者的视力均正常或已矫正至正常。

实验过程

本研究包括四组带有提示拼写任务的在线脑机接口实验。实验内容如下。每个区块由40个试验组成，每个刺激目标都有一个随机的试验。试验以0.5 s的提示(覆盖目标的红色方块)开始，然后进行所有目标的闪烁，最后以0.5秒的休息时间结束。参与者被要求在闪烁过程中避免眨眼睛。在0.5 s的休息时间内，通过改进的FBCCA方法在线处理后，得到的反馈在最上面的矩形中呈现。前15名参与者(S1-S15)闪烁至少持续了2秒，其余55名参与者(S16-S70)闪烁至少持续了3秒。为了避免视觉疲劳，在两个连续块之间有一个短暂的休息。

实验采用的Visual Speller

这项研究设计了40个目标BCI拼写器用于视觉刺激。为了改善用户体验，设计了类似于传统QWERT键盘的图形界面。虚拟键盘在刷新率为60 Hz的27英寸LED显示器(ASUS MG279Q游戏显示器，1,920×1,080像素)上显示。

如上图A所示，将40个目标(包括10个数字，26个字母和4个非字母数字符号) (点，逗号，退格<和空格_)排成五行，每行30个像素。正方形的刺激尺寸为136x 136像素，空白矩形的尺寸为966×136像素。最上方的空白矩形用于结果反馈(上图A)。

上图B为利用联合频率和相位调制对每个目标的频率和初始相位进行编码。

下图为在时间、光谱和空间领域的典型SSVEP特征。下图(A)为 9个顶枕通道(Pz、PO3、PO5、PO4、PO6、POz、O1、Oz、O2)平均10.6 Hz SSVEP的时程。虚线表示刺激开始。下图(B)表示的是在基本信号(10.6 Hz)至四次谐波(21.2、31.8及42.4 Hz)的频率范围内的SSVEP振幅的地形图。最左边的头皮图谱显示了刺激前基频的频谱振幅。

上图(C)9个通道的SSVEP在10.6 Hz处的振幅谱。在幅度谱中最多可以看到五个谐波。通道中的平均频谱以(A，C)中的黑线表示。

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