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雙模態(tài)穩(wěn)態(tài)誘發(fā)腦電刺激系統(tǒng)設(shè)計

電子技術(shù)應(yīng)用

陳妮1，羅曉春2

1.廣西醫(yī)科大學(xué) 生命科學(xué)研究院；2.廣西貴港市人民醫(yī)院設(shè)備科

摘要： 穩(wěn)態(tài)誘發(fā)腦電具有頻率標(biāo)簽特性，在大腦的感知和認(rèn)知研究中具有廣泛應(yīng)用。利用雙模態(tài)刺激可以探索兩類感知功能之間的相互影響。為此，設(shè)計一個集成視覺和聽覺模態(tài)的周期性感覺刺激系統(tǒng)。系統(tǒng)以STM32F103RC為核心，控制AD9959輸出兩路正弦信號，輸出信號經(jīng)過七階低通濾波電路和十倍放大電路處理，再控制LED燈和蜂鳴器產(chǎn)生視覺和聽覺刺激。系統(tǒng)輸出的正弦信號參數(shù)的平均誤差分別為0.03%（頻率）、1.10%（幅度）、0%（相位）。進一步，開展腦電采集實驗。實驗結(jié)果表明系統(tǒng)輸出的視覺和聽覺刺激能產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誘發(fā)腦電。該系統(tǒng)在視聽感知功能研究方面具有應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞： 雙模態(tài) 感覺刺激 STM32F103RC AD9959 穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位

中圖分類號：R318.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245106
中文引用格式： 陳妮，羅曉春. 雙模態(tài)穩(wěn)態(tài)誘發(fā)腦電刺激系統(tǒng)設(shè)計[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2024，50(8)：48-53.
英文引用格式： Chen Ni，Luo Xiaochun. Design of bimodal steady-state evoked EEG stimulus system[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(8)：48-53.

Design of bimodal steady-state evoked EEG stimulus system

Chen Ni1，Luo Xiaochun2

1.Life Sciences Institute， Guangxi Medical University； 2.Equipment Department， Guangxi Guigang People’s Hospital

Abstract： The steady-state evoked EEG has frequency labeling characteristics, which is widely used in the research of brain perception and cognition. The interaction between the two types of perceptual functions can be explored by using bimodal stimulus. Therefore, a periodic sensory stimulus system integrating visual and auditory modes is designed. The system controls AD9959 to output two sinusoidal signals with STM32F103RC as the core. The output signal is processed by a seven-order low-pass filter circuit and a ten-fold amplification circuit, and then the LED light and buzzer are controlled to generate visual and auditory stimulus. The average errors of the sinusoidal signal parameters output by the system are 0.03% (frequency), 1.10% (amplitude), and 0% (phase), respectively. Further, EEG acquisition experiments are carried out. The experimental results show that the visual and auditory stimulus output by the system can produce steady-state evoked EEG. The system has application value in the research of visual-auditory perception function.

Key words : bimodal；sensory stimulus；STM32F103RC；AD9959；steady-state evoked potentials

引言

感知是認(rèn)知的早期過程，是發(fā)展為認(rèn)知的基礎(chǔ)。大腦在重復(fù)性刺激下的腦電響應(yīng)稱為穩(wěn)態(tài)誘發(fā)電位( Steady-State Evoked Potentials, SSEPs)。SSEPs具有頻率跟隨特性，這一特性使其作為刺激物響應(yīng)標(biāo)簽在大腦的感知認(rèn)知研究中得到廣泛應(yīng)用[1-3]。

視覺和聽覺刺激都能產(chǎn)生SSEPs[4]。恒定頻率的閃爍視覺刺激引起穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位(Steady-StateVisual Evoked Potentials, SSVEP)，重復(fù)性聽覺刺激誘發(fā)產(chǎn)生聽覺穩(wěn)態(tài)響應(yīng)(Auditory Steady-State Responses, ASSR)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在不同刺激頻率下SSEPs的幅度具有諧振變化特性，例如：刺激頻率為1~100 Hz的閃爍光能誘發(fā)SSVEP[5]，SSVEP幅度響應(yīng)的諧振特性出現(xiàn)在5~12 Hz、13~25 Hz、25~50 Hz三個頻段，ASSR的諧振頻率在40 Hz左右[6-7]。顏色、幅度、刺激器類型等視覺刺激參數(shù)都會影響SSVEP的幅度值[8-9]。目前，關(guān)于SSEPs響應(yīng)變化的研究大多集中在單一刺激模式[4,9]，僅有少數(shù)關(guān)于視聽刺激下SSVEP時空分布特性的初步研究[10-11]。然而，大腦對外界刺激的認(rèn)知往往需要綜合多種感覺刺激輸入，需要研究不同感官之間處理信息的相互作用。這就要在多種感覺刺激下研究一種刺激對另一種刺激誘發(fā)的穩(wěn)態(tài)電位的影響(增強、減少或不變)。一種能輸出多種模態(tài)感覺刺激的實驗裝置對于這類研究至關(guān)重要。

現(xiàn)有的刺激系統(tǒng)大多為商業(yè)系統(tǒng)，系統(tǒng)的刺激器類型及其參數(shù)不便于調(diào)整。為拓展實驗?zāi)Ｊ剑瓿霈F(xiàn)了利用微控制器改進刺激器的研究，包括：用于植入式神經(jīng)調(diào)控的紅外光刺激器、用于腦機接口系統(tǒng)的LED刺激器[12-14]等。為此，本文利用STM32F103RC(簡稱：STM32)微控制器和AD9959芯片，設(shè)計一個能輸出視覺和聽覺刺激的雙模態(tài)感覺刺激系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)開展SSEPs的實驗測試，測試結(jié)果表明所設(shè)計的系統(tǒng)能產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誘發(fā)響應(yīng)。

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http://www.viuna.cn/resource/share/2000006121

作者信息：

陳妮1，羅曉春2

（1.廣西醫(yī)科大學(xué) 生命科學(xué)研究院，廣西南寧530021；

2.廣西貴港市人民醫(yī)院設(shè)備科，廣西貴港 537100）

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