مقايسه كارايي تحريك هاي بينايي مختلف براي تحقق واسط مغز-رايانه مبتني‌بر پتانسيل برانگيخته بينايي در حالت دايمي

Comparison of Several Visual Stimuli for Development of a Brain Computer Interface Based on Steady-State Visual Evoked Potentials

پتانسيل برانگيخته بينايي حالت دايمي (SSVEP)، به صورت گسترده در پياده سازي واسط هاي مغز-رايانه استفاده شده است، با اين‌حال، دستيابي به محرك هاي بينايي كه پاسخ SSVEP مناسبي را ايجاد كنند و درعين‌حال به كمترين خستگي چشم منجر شوند، يك چالش تحقيقاتي به روز است. در اين مطالعه، شكل موج هاي سينوسي، مربعي، دندان‌اره‌اي، جمع دو سينوسي، و مدولاسيون فركانس، با استفاده از يك سخت‌افزار اختصاصي توسط LED و شكل هاي دايره، حلقه و دو مستطيل چشمك زن با فاز مخالف، با استفاده از نرم‌افزار Cogent روي صفحه LCD توليد شدند. با آزمايش روي 12 نفر، قدرت پاسخ و هم چنين سطح خستگي چشم در نگاه كردن به محرك ها، مقايسه شدند. نتايج آزمايش ها با محرك هاي توليدشده توسط LED، نشان داد كه قدرت پاسخ براي محرك به‌صورت جمع دو سينوسي، به‌طور معناداري كمتر از ساير محرك ها بود و پاسخ ساير محرك‌ها، تفاوت معناداري نداشتند. دراين ‌بين، تحريك با مدولاسيون فركانس، كمترين سطح خستگي چشم را به دنبال داشت؛ بنابراين، اگر هر دو معيار سطح خستگي و قدرت پاسخ براي مقايسه در‌نظر‌گرفته شوند، تحريك با استفاده از مدولاسيون فركانس با قدرت پاسخ (2 pV)4/17 و ميانگين امتياز سطح خستگي 58/1، بهترين نتيجه را به دنبال داشت. نتايج آزمايش ها با محرك هاي توليدشده روي LCD، نشان داد تحريك به شكل دايره، حلقه و مستطيل، به‌ترتيب بيشترين قدرت پاسخ را داشته اند؛ اما هر سه تحريك، در سطح خستگي آزاردهنده براي چشم بودند. اگرچه محرك دايره اي شكل (با قدرت پاسخ 2 pV7/26 و ميانگين امتياز سطح خستگي 8/3)، دامنه پاسخ بالايي داشته است؛ اما پيشنهاد نمي شود كه از محرك هاي گرافيكي و دايره اي‌شكل براي توسعه واسط هاي مغز-رايانه استفاده شود؛ چون مولفه سطح خستگي پايين را تامين نمي كند. در‌مجموع، پيشنهاد مي شود در توسعه واسط هاي مغز-رايانه مبتني‌بر SSVEP، از شكل موج هاي مدوله شده توسط مدولاسيون فركانس استفاده شود، تا ضمن بهره بردن از دامنه پاسخ مناسب، خستگي چشم كاربر در سطح پاييني نگه داشته شود.

Steady State Visual Evoked Potentials (SSVEP) have been widely used in development of Brain Computer Interfaces (BCI). However, it is still a research challenge to have visual stimuli which provide strong SSVEP response while produce little eye fatigue. In this study, rectangular, sinosoidal, sawtooth waveforms applied to a LED were compared with sum of two sinusoidals and a frequency modulated waveform to determine the most appropriate visual stimulus for realization of a BCI system. Moreover, circular, ring and anti-phase two rectangular flickers were generated by Cogent toolbox on a laptop screen and compared. Experiments were performed on 12 participants to determine the SSVEP response and eye fatigue corresponding to each of these visual stimuli. Experiments with the waveforms demonstrate that sum of two sine waves generated significantly lower SSVEP amplitude, but the responses for other four waveforms were not significantly different. On the other hand, the frequency modulated waveform resulted in the least eye fatigue significantly lower from other waveforms. Therefore, considering both criteria, frequency modulated waveform can provide superor performance in a BCI system with an average response of 17.3 pV2 and 1.58 fatigue level in a 1-4 fatigue scale. Experiments with visual stimuli on LCD showed that circular stimuli provided highest and anti-phase rectangular the lowest response. But all of them produced high levels of eye fatigue. Although, Circular stimuli had the highest power (26.7pV2) but due to its related high eye fatigue (3.8) it is not recommended for practical applications. In conclusion it is recommended to use frequency modulated visual stimuli for development of practical BCI systems to satisfy both strong response and low eye fatigue criteria.