52、神经适应性技术研究进展

肥宅快乐水901

于 2025-09-15 04:14:37 发布

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分类专栏：神经适应技术：人机共生的未来文章标签：神经适应性技术 N170成分脑电图

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神经适应性技术研究进展

1. N170 成分在真实和计算机生成面部图像中的研究

1.1 研究背景

在当今社会，计算机生成（CG）刺激在电影、电视和视频游戏中广泛存在。随着越来越多的科学研究利用 CG 媒介进行实验，了解大脑对这些刺激的处理方式是否与真实刺激相同变得至关重要。N170 成分是在刺激出现后 140 - 200 毫秒时，在枕颞脑区可观察到的一个负峰，对面部刺激的 N170 成分，其振幅通常比非面部刺激更强。然而，目前关于 CG 图像和真实图像呈现时 N170 成分活动差异的研究较少，且结果存在冲突。

1.2 研究方法

图像获取与处理 ：从 Stirling 面部数据库获取面部图像，并将其转换为 CG 图像。同时，纳入真实和 CG 的房屋图像作为对照，以展示 N170 成分的面部特异性活动。
实验对象与记录 ：选取 10 名参与者（1 名男性，9 名女性；年龄 20.5 ± 2.59），使用 BrainVision BrainAmp DC 放大器，按照扩展的 10 - 20 系统在 32 个头皮位置记录脑电图（EEG）。
图像呈现 ：使用 Unity 程序呈现图像，共 16 个块。真实和 CG 图像随机在各块中呈现，每块中随机混合呈现面部和房屋图像。每个图像呈现 5000 毫秒，图像间间隔 1000 - 2000 毫秒。
数据分析 ：将 N170 活动量化为刺激后 134 - 154 毫秒时，通道 P7/P8、PO7/PO8 和 PO9/PO10 的平均振幅。使用 2（面部 vs 房屋）x 2（真实 vs CG）x 2（左半球 vs 右半球）重复测量方差分析（ANOVA）进行统计分析。

1.3 研究结果

对比条件	F 值	p 值
面部与房屋	6.047	0.036
左半球与右半球	5.140	0.049
真实图像与 CG 图像	0.472	0.509

结果显示，面部比房屋产生更强的 N170 活动，且右半球的这种活动通常比左半球更强。而真实图像和 CG 图像的主要效应和交互作用不显著，这支持了在本研究使用的卡通滤镜范围内，CG 图像对 N170 成分的影响与真实图像无明显差异的假设。

1.4 研究流程

graph LR
    A[获取图像] --> B[转换为 CG 图像]
    B --> C[招募参与者并记录 EEG]
    C --> D[使用 Unity 程序呈现图像]
    D --> E[量化 N170 活动]
    E --> F[进行统计分析]

2. 利用线性反卷积处理重叠脑电位的眼注视相关电位研究

2.1 研究背景

经济价值的计算是日常决策的重要组成部分。脑电图眼注视相关电位（EFRPs）是研究自由观看情况下神经处理的常用方法，但存在同一数据时段内多次注视的问题。本研究旨在利用同步脑电图（EEG）和眼动追踪记录，研究单个产品和产品组合的经济价值的神经相关性。

2.2 研究方法

实验任务 ：参与者完成 Becker—DeGroot–Marschak（BDM）拍卖任务，涉及单个产品和产品组合。产品组合由低价产品（0 - 4 英镑）和高价产品（8 - 12 英镑）组成，分为互补和非互补两种类型。根据主观支付意愿（WTP）将产品和产品组合分为低价值和高价值。
数据处理 ：使用 Unfold 工具箱中的线性反卷积方法处理重叠脑电位，同时使用回归样条处理眼动特征对 EFRPs 的非线性影响。

2.3 研究结果

不同条件下注视持续时间的系统差异导致扫视起始在 EEG 数据时段内不规则出现，这可能解释了实验条件之间的差异。通过线性反卷积提取与注视起始独特相关的脑电位，使用样条回归建模并解析扫视幅度对注视神经反应的非线性影响。

2.4 研究步骤

参与者完成 BDM 拍卖任务。
记录 EEG 和眼动追踪数据。
使用 Unfold 工具箱进行线性反卷积处理重叠脑电位。
使用回归样条处理眼动特征的非线性影响。

3. 分离情感因素对隐式光标控制的影响研究

3.1 研究背景

先前的隐式光标控制实验展示了被动脑机接口（pBCI）在主控制循环中的应用，但该范式引发的反应可能包含与显著性和效价相关的交互作用。数据隐私和同意问题在 pBCI 关注个人主观解释时尤为敏感。

3.2 研究方法

实验设计 ：使用一个较大的网格，在两种不同条件下仅突出其中心节点。一种条件下，参与者被告知光标目标是到达中心（“积极”条件）；另一种条件下，目标是远离中心（“消极”条件）。条件在受试者内进行平衡。
数据分析 ：使用窗口均值分类器区分光标远离和靠近中心的移动，使用独立成分分析识别对分类有显著贡献的成分。

3.3 研究结果

在两种条件下，窗口均值分类器都能显著区分光标远离和靠近中心的移动，但在积极条件下的分类准确率比消极条件高约 10 个百分点（平均 83% vs 71%，p < 0.01）。这排除了仅基于视觉显著性进行分类的可能性。枕叶簇在光标远离和靠近中心的移动之间显示出一致的显著差异，但在效价条件之间无差异；额叶簇在效价条件和移动条件之间均显示出显著差异，但潜伏期较晚。

3.4 研究流程

graph LR
    A[设计实验条件] --> B[进行实验]
    B --> C[使用窗口均值分类器分析数据]
    C --> D[使用独立成分分析]
    D --> E[分析不同簇的事件相关电位]

4. 相关研究涉及的关键概念与技术

4.1 关键概念

概念	解释
N170 成分	在刺激出现后 140 - 200 毫秒时，在枕颞脑区可观察到的一个负峰，对面部刺激的 N170 成分，其振幅通常比非面部刺激更强
脑电图眼注视相关电位（EFRPs）	研究自由观看情况下神经处理的常用方法
被动脑机接口（pBCI）	通过评估参与者对刺激的主观评价来控制设备，参与者可能并未意识到自己的影响
线性反卷积	用于处理重叠脑电位的方法
回归样条	用于处理眼动特征对 EFRPs 的非线性影响

4.2 技术应用

脑电记录技术 ：在多个研究中，都使用了脑电图（EEG）记录技术来获取大脑活动数据。例如在 N170 成分研究中，使用 BrainVision BrainAmp DC 放大器，按照扩展的 10 - 20 系统在 32 个头皮位置记录 EEG；在眼注视相关电位研究中，同样使用同步 EEG 记录。
数据分析技术
- 独立成分分析（ICA） ：在分离情感因素对隐式光标控制的影响研究中，使用 ICA 识别对分类有显著贡献的成分。
- 窗口均值分类器 ：用于区分光标远离和靠近中心的移动，在隐式光标控制研究中发挥了重要作用。

5. 研究的意义与展望

5.1 研究意义

理论层面 ：这些研究有助于深入了解大脑对不同类型刺激的处理机制，如 N170 成分在真实和 CG 面部图像中的研究，为认知神经科学提供了新的见解；眼注视相关电位研究则有助于揭示经济价值决策的神经基础。
应用层面 ：被动脑机接口的研究为开发更智能、个性化的人机交互系统提供了可能，例如在隐式光标控制研究中，通过区分不同条件下的光标移动，有望实现更自然、高效的人机交互；神经适应性技术在游戏、航空等领域也具有潜在的应用价值。

5.2 未来展望

技术改进 ：进一步提高脑电记录的精度和稳定性，开发更先进的数据分析方法，以更好地处理复杂的大脑信号。
应用拓展 ：将这些研究成果应用到更多领域，如医疗康复、教育等，为改善人们的生活质量提供支持。
伦理考量 ：随着神经适应性技术的发展，需要更加关注数据隐私、同意和伦理问题，确保技术的合理应用。

5.3 研究展望流程

graph LR
    A[技术改进] --> B[应用拓展]
    B --> C[伦理考量]

综上所述，神经适应性技术的相关研究在理论和应用方面都具有重要意义，未来需要在技术、应用和伦理等方面不断探索和完善。