01 研究背景

       人腦與外部設備間的通信被定義為腦機接口。體感區域的大腦十分重要，因為被用于在腦中刺激部分活動。因此，有必要研究體感皮層對刺激持續時間的反應，即通過增加/減少刺激持續時間，大腦的反應是什么。本研究旨在提供一個最合適的刺激持續時間來產生可用于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 實驗材料

       無。

2.3 實驗流程

       實驗刺激為戳刺右手食指，進行了六次戳刺實驗，實驗過程中檢測左側感覺皮層。受試者坐在一張舒適的椅子上，在整個實驗過程中被告知盡量避免身體運動。圖一描述了范式中的六次刺激與刺激間隔。刺激時間均保持刺激間間隔20秒，測試前和測試后時間分別為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，提供視覺范式進行刺激。受試者被建議在整個實驗過程中睜大眼睛。

圖一
 

2.4 數據采集和處理

       采用了頻域機器(Imagent, ISS Inc.)，fMRI數據在690nm與830nm波長分別被記錄以確定HbO與HbR濃度。通過總共使用8個發射器和2個探測器，總共使用了16個通道。數據采樣頻率為15.625 Hz。信號采集后，在截止頻率為0.15 Hz和0.33 Hz處分別應用低通濾波器和高通濾波器。

03 研究結果

       定性地比較結果，在所有受試者的平均反應中，血流動力學反應的幅度出現了一個有趣的趨勢。通過將刺激時間從1秒增加到5秒，血流動力學反應的幅度得到了改善。圖二顯示了1秒和5秒刺激時間的平均響應。有趣的是，初始下降出現在一些5秒刺激長度的試驗中，但在平均結果中，它消失了。然而，在大多數1秒刺激長度的試驗中，初始下降都存在，因此在平均結果中也存在。

圖二

04 結論

       證明了不同的刺激持續時間對大腦體感皮層的初始下降存在的影響。基于雙閾值的矢量相位用于檢測fNIRS信號中是否存在初始下降。研究結果表明，在短暫的刺激持續時間內，大腦的體感皮層會出現初始下降，刺激持續時間一增加就會消失。

Effect of stimulation duration to the existence of initial dip

DOI：10.1109/EMBC44109.2020.9175930