探究刺激持續(xù)時(shí)間對(duì)大腦體感皮層的初始下降存在的影響

01 研究背景

       人腦與外部設(shè)備間的通信被定義為腦機(jī)接口。體感區(qū)域的大腦十分重要，因?yàn)楸挥糜谠谀X中刺激部分活動(dòng)。因此，有必要研究體感皮層對(duì)刺激持續(xù)時(shí)間的反應(yīng)，即通過(guò)增加/減少刺激持續(xù)時(shí)間，大腦的反應(yīng)是什么。本研究旨在提供一個(gè)最合適的刺激持續(xù)時(shí)間來(lái)產(chǎn)生可用于BCI的大腦體感皮層的初始下降。
 

02 研究方法

2.1 被試

       五名男性參與者，平均年齡27.2±4.5歲。被試視力正常或校正至正常。

2.2 實(shí)驗(yàn)材料

       無(wú)。

2.3 實(shí)驗(yàn)流程

       實(shí)驗(yàn)刺激為戳刺右手食指，進(jìn)行了六次戳刺實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中檢測(cè)左側(cè)感覺(jué)皮層。受試者坐在一張舒適的椅子上，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中被告知盡量避免身體運(yùn)動(dòng)。圖一描述了范式中的六次刺激與刺激間隔。刺激時(shí)間均保持刺激間間隔20秒，測(cè)試前和測(cè)試后時(shí)間分別為60秒和30秒。在休息期間顯示黑屏。在被試面前的電腦屏幕上，提供視覺(jué)范式進(jìn)行刺激。受試者被建議在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中睜大眼睛。

圖一
 

2.4 數(shù)據(jù)采集和處理

       采用了頻域機(jī)器(Imagent, ISS Inc.)，fMRI數(shù)據(jù)在690nm與830nm波長(zhǎng)分別被記錄以確定HbO與HbR濃度。通過(guò)總共使用8個(gè)發(fā)射器和2個(gè)探測(cè)器，總共使用了16個(gè)通道。數(shù)據(jù)采樣頻率為15.625 Hz。信號(hào)采集后，在截止頻率為0.15 Hz和0.33 Hz處分別應(yīng)用低通濾波器和高通濾波器。

03 研究結(jié)果

       定性地比較結(jié)果，在所有受試者的平均反應(yīng)中，血流動(dòng)力學(xué)反應(yīng)的幅度出現(xiàn)了一個(gè)有趣的趨勢(shì)。通過(guò)將刺激時(shí)間從1秒增加到5秒，血流動(dòng)力學(xué)反應(yīng)的幅度得到了改善。圖二顯示了1秒和5秒刺激時(shí)間的平均響應(yīng)。有趣的是，初始下降出現(xiàn)在一些5秒刺激長(zhǎng)度的試驗(yàn)中，但在平均結(jié)果中，它消失了。然而，在大多數(shù)1秒刺激長(zhǎng)度的試驗(yàn)中，初始下降都存在，因此在平均結(jié)果中也存在。

圖二

04 結(jié)論

       證明了不同的刺激持續(xù)時(shí)間對(duì)大腦體感皮層的初始下降存在的影響�；�于雙閾值的矢量相位用于檢測(cè)fNIRS信號(hào)中是否存在初始下降。研究結(jié)果表明，在短暫的刺激持續(xù)時(shí)間內(nèi)，大腦的體感皮層會(huì)出現(xiàn)初始下降，刺激持續(xù)時(shí)間一增加就會(huì)消失。

Effect of stimulation duration to the existence of initial dip

DOI：10.1109/EMBC44109.2020.9175930