目錄

• • P300簡(jiǎn)介
  • • P300特性
    • P300家族
  • P300腦機(jī)接口刺激范式
  • • 1.P300的經(jīng)典范式
  • P300的應(yīng)用

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P300簡(jiǎn)介

P300屬于ERP(事件相關(guān)電位)的一種，是一種內(nèi)源性的、和認(rèn)知功能相關(guān)的特殊誘發(fā)電位。

P300是在事件(如聽覺、視覺刺激)發(fā)生后大約300ms出現(xiàn)的一個(gè)正向波(如下圖所示)，它是以delta(0.5-4Hz)腦波為主要貢獻(xiàn)和theta(4-7.5Hz)腦波響應(yīng)的融合。

圖片來源于：基于P300和SSVEP混合范式腦—機(jī)接口研究 ### P300名字來源 首先介紹一下事件相關(guān)電位-ERP，當(dāng)外加某種特定的刺激于感覺系統(tǒng)或腦的某一部位，在給予/撤銷刺激或者當(dāng)某種心理因素出現(xiàn)時(shí)腦區(qū)所產(chǎn)生的電位變化就被叫做事件相關(guān)電位(ERP)。

不同的外界刺激方式和心理因素都會(huì)引起不同的ERP,一般可以從極性、潛伏期、分布的腦區(qū)等三個(gè)方面對(duì)ERP進(jìn)行描述。而命名主要是參考極性和潛伏期。

極性也就是電位相對(duì)參考電壓的正負(fù)值，命名正向波為P(positive)，負(fù)向波為N(negative).

潛伏期即從施加/撤銷刺激至波峰/波谷達(dá)到最高/低處的時(shí)間長(zhǎng)度(以毫秒ms為單位)。
10ms以內(nèi)為早成分；
10~50ms為中成分；
50~500ms為晚成分；
500ms以后為慢波。

所以常見的P300、N200等是根據(jù)極性和潛伏期進(jìn)行命名的。如將潛伏期大約為300ms的正向波命名為P300，而N200則表示潛伏期大約為200ms的負(fù)向波。

注：雖然P300表示的是潛伏期大約在300ms也就是它常發(fā)生在相對(duì)于誘發(fā)刺激約300ms的潛伏期，但其潛伏期可能會(huì)有所不同，從250ms_{800ms(有些地方是750ms)不等。其他類型的波也是如此，比如N200，它是在事件發(fā)生后180}325ms潛伏期的負(fù)向波。

P300特性

特性1：P300信號(hào)是EEG信號(hào)在靶刺激出現(xiàn)之后300ms左右產(chǎn)生的正向波；
特性2：波峰的偏移主要取決于刺激任務(wù)的難度；
特性3：幅值的高低主要取決于靶刺激概率的大小并與刺激出現(xiàn)的概率成反比。
特性4：P300電位是事件相關(guān)電位中不受物理特性(形狀、大小、視覺、聽覺等)刺激影響的內(nèi)源性成分。

P300家族

1965年，隨著Sutton等在研究ERP與刺激的不確定性關(guān)系時(shí)首次發(fā)現(xiàn)P300，并對(duì)其進(jìn)行描述。之后許多研究者陸續(xù)發(fā)現(xiàn)與P300類似的成分，P300逐漸擴(kuò)展成一個(gè)含有多種成分的，潛伏期為250_{800ms，幅值為5}20的大家族。常見的成分包括P3a和P3b。
P3a是由未預(yù)料到的，具有足夠強(qiáng)度的刺激突然出現(xiàn)而誘發(fā)的一個(gè)正向波，其最大的波幅出現(xiàn)在額葉，其主要有新異刺激誘發(fā)產(chǎn)生，因此被認(rèn)為是朝向反映出現(xiàn)的標(biāo)志。
P3b為最初發(fā)現(xiàn)的P300，對(duì)于被試對(duì)象具有偶然性的刺激可誘發(fā)此電位。

P300腦機(jī)接口刺激范式

1.P300的經(jīng)典范式

在基于P300的oddball刺激范式 BCI 系統(tǒng)研究中，最經(jīng)典的應(yīng)用是Farwell和Donchin在 1988年提出并設(shè)計(jì)的字符拼寫器簡(jiǎn)稱為P300 Speller。如下圖所示，使用26個(gè)英文字母和 1-9個(gè)數(shù)字以及下劃線排列成 6 x 6 的虛擬鍵盤矩陣。隨機(jī)高亮字符矩陣的某一行或某一列，一次實(shí)驗(yàn)中6 x 6列均被高亮亮一次，一共12次高亮刺激。受試者必須將注意力集中在矩陣中的字符上，以此來選擇組成單詞的每個(gè)字母。當(dāng)包括此字符的行或者包含此字符的列被高亮?xí)r（也就是oddball范式中的靶刺激），要求受試者對(duì)此做出反應(yīng)，予以計(jì)數(shù)，會(huì)產(chǎn)生P300波形；當(dāng)不包含此字符的行或者列加亮?xí)r，被試不做出反應(yīng)，不予計(jì)數(shù)，不會(huì)產(chǎn)生P300波形，通過解析腦電信號(hào)中的P300時(shí)序位置，并對(duì)照刺激序列的時(shí)序，進(jìn)而確定刺激的行列位置，從而確定出受試者注視的字符，達(dá)到根據(jù)思維打字的目的。為了有助于保持受試者的注意力，通常要求受試者對(duì)目標(biāo)字符高亮的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。值得注意的是重復(fù)高亮次數(shù)越多，識(shí)別準(zhǔn)確率越好，但會(huì)增加拼寫時(shí)間。再者每一個(gè)字符也可以代表著一個(gè)控制指令，從而可以實(shí)現(xiàn)36個(gè)控制指令。

P300 Speller 打字界面（左圖為一行高亮的界面圖 右圖為打字界面的行列編號(hào)），圖片來源于：基于P300的腦機(jī)接口指令識(shí)別 圖2.5 比如要打字符“V”，12次刺激當(dāng)中，理論上只有編號(hào)為10的行和編號(hào)為4的列加強(qiáng)才可以誘發(fā)出P300腦電波形圖如圖 2.6 所示。根據(jù)這個(gè)特性利用識(shí)別算法找到12次中2次的 P300波形，就可以確定一個(gè)字符。

字符"V"的行和列高亮 圖片來源于：基于P300的腦機(jī)接口指令識(shí)別 圖2.5 ### 2.P300的SD范式 2004年，Guan等人首先提出單項(xiàng)顯示（Single Display, SD）刺激范式，并將該范式應(yīng)用到 P300字符拼寫實(shí)驗(yàn)中，該系統(tǒng)的刺激界面如下圖所示，36個(gè)字符，其中26個(gè)英文字符，10個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字字符，整個(gè)界面排列成6 x 6行列矩陣。每個(gè)字符隨機(jī)的閃爍，與經(jīng)典的刺激范式不同，不是按照行列閃爍，即當(dāng)某個(gè)字符閃爍結(jié)束一段時(shí)間后，下一個(gè)字符才開始閃爍。完成一個(gè)字符輸入，需要36次字符的閃爍。同樣受試者需要默數(shù)字符的閃爍次數(shù)，這樣為加強(qiáng)受試者的注意力。一個(gè)round包含36次的閃爍，即每個(gè)字符的輸入需要一個(gè)round，目標(biāo)字符出現(xiàn)的概率為1/36，這樣在一次round之后，P300字符輸入系統(tǒng)就可以確定受試者想要輸入的目標(biāo)字符。

P300 SD范式 圖片來源于: A Comparison of P300-speller Stimuli Presentation Paradigms for Brain-computer Interface

P300的應(yīng)用

P300的一大應(yīng)用場(chǎng)景就是腦機(jī)接口。由于P300具有如下許多理想的特性，因此其有助于實(shí)現(xiàn)BCI系統(tǒng)。首先，波形始終可檢測(cè)，并會(huì)在精確的刺激下而激發(fā)出響應(yīng)。在測(cè)量技術(shù)變化不大的情況下，P300波形可以在幾乎所有受試者中誘發(fā)，這可能有助于簡(jiǎn)化界面設(shè)計(jì)并提高可用性。接口能夠運(yùn)行的速度取決于信號(hào)存在"噪聲"下的可檢測(cè)程度。P300的一個(gè)負(fù)面特征是，波形的幅度需要取多個(gè)記錄的平均值才能隔離信號(hào)。

科學(xué)研究通常依靠對(duì)P300的測(cè)量來檢查事件相關(guān)電位，尤其是在決策方面。由于認(rèn)知障礙通常與P300的改變相關(guān)，因此該波形可用作衡量各種治療對(duì)認(rèn)知功能的功效的指標(biāo)。正是因?yàn)檫@些原因，有人建議將其用作臨床標(biāo)記。P300在臨床研究中有廣泛的用途。

參考
基于P300和SSVEP混合范式腦—機(jī)接口研究
基于P300的腦機(jī)接口指令識(shí)別
A Comparison of P300-speller Stimuli Presentation Paradigms for Brain-computer Interface

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的你对P300事件相关电位知道多少？的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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