脑机接口习题

9-12章习题

填空题

1. EEG电极分为 主动电极 和 被动电极 ，其中 被动电极 直接与放大器连接， 主动电极 包含一个1~10倍的前置放大。
2. 除抗混淆滤波器，放大系统也包含由电阻器、电容器构成的模拟滤波器，把信号频率内容限制在一个特定的频率范围，这些模拟滤波器称为RC滤波器，RC滤波器分为 高通滤波器 、 低通滤波器 、 带通滤波器 和 带阻滤波器 。
3. BCI研究人员和相关的开发人员在使用BCI控制AT应用时可以有两种选择方式： 同步控制 和 异步控制 。
4. 对硬件采集到的脑电信号进行分析并产生实时输出的是决定和协调实际运行的BCI软件，BCI软件包含四个关键部件： 信号处理模块 、 特征提取模块 、 特征分类模块 和 控制接口模块 。
5. 在头皮的两个电极之间测量电极阻抗的方式分为： 单端阻抗测量 ，测量信号电极和参考电极之间的阻抗； 差分阻抗测量 ，测量两个信号电极之间的阻抗。

多选题

1. 下面哪一个选项不是BCI系统的初始化操作协议？

   • D. 自参数化协议

2. 下面哪一个不是EEG电极的常用材料？

   • C. 铜

3. 下面哪一个不是在选择滤波器时需要考虑的因素？

   • B. 信号幅值

4. 下面哪一个说法不正确？

   • B. ECoG信号具有比EEG信号更低的幅值

5. 下面哪一项不是用来描述独立的脑-机接口/辅助技术系统？

   • D. 这种BCI需要进行简单配置来满足不同AT设备的需求

问答题

1. 我们在设计脑-机接口系统时要选择合适的放大器，这样才能保证采集到的信号被有效地识别，在选择放大器的时候，需要从哪几个方面考虑？

   • 放大器的增益：需要足够的增益来放大微弱的脑电信号，使其能被后续的信号处理系统有效地处理。
   • 噪声性能：放大器应具有低噪声特性，以避免对微弱信号的干扰。
   • 频率响应：放大器的频率响应应覆盖EEG信号的有效频率范围，一般为0.5Hz到70Hz。
   • 输入阻抗：放大器应具有高输入阻抗，以避免对EEG信号的衰减。
   • 共模抑制比（CMRR）：放大器应具有高CMRR，以减少共模干扰信号的影响。

2. P300事件相关电位是脑-机接口系统中常用的一种ERP成分，请简要说明一下P300事件相关电位的特性；请写出常用于诱发P300事件相关电位的实验范式的名称，并指出这种实验范式的属性；请简要说明基于P300信号的BCI系统的优势。

   • P300事件相关电位的特性：

     • P300是一个正向的电位波，通常在刺激后约300毫秒出现。
     • P300的幅度与个体对刺激的注意程度和记忆负荷有关。
     • P300通常在头皮的中央和顶叶区域测量到。

   • 常用于诱发P300事件相关电位的实验范式的名称及其属性：

     • Oddball范式：在这一范式中，个体会被呈现一系列标准刺激和少量的目标刺激，目标刺激会随机出现，个体需要对目标刺激做出反应。

   • 基于P300信号的BCI系统的优势：

     • P300信号具有明显的时间锁定特性，便于识别和处理。
     • P300的诱发无需用户进行复杂的训练，用户容易上手。
     • P300信号对注意力的要求明确，系统响应相对准确。

13-16章习题

选择题

1. 如右图所示，请问图中蓝色曲线表示的下列哪种电位？

   • B. SSVEP电位

2. 脑电(EEG)无法记录以下哪种活动？

   • D. 50~100 Hz的γ活动

3. 以下哪种不属于频率分析方法？

   • C. 共平均参考

4. 以下哪个不属于基于SSVEP的脑-机接口的优势？

   • D. 没有注视依赖性

5. 以下哪个不属于基于SCPs的脑-机接口的问题？

   • A. 不适用于患有严重ALS的用户

填空题

1. 分析感觉运动皮层活动的主要方法有： 频域分析 和 时域分析。
2. 慢皮层电位是一种事件相关电位，通常包括 负电位 变化，该变化先于实际的或想象的运动和认知任务(如心算)，被认为是代表准备行动的皮层激活，慢皮层电位之后通常是一个 正电位 ，称为运动相关电位。
3. 感觉运动节律(SMR)是指在感觉运动皮层记录的电场或磁场的振荡，SMR会随运动行为而变化，在运动行为期间SMR下降称为 去同步化 现象，在运动行为期间SMR增加称为 同步化 现象。
4. 根据电极放置位置可将BCI分为：非侵入式BCI和侵入式BCI，不同于非侵入BCI只能记录 皮层表面的电信号 ，侵入式BCI可以从细胞外空间同时记录两类信号： 局部场电位(LFPs) 和 单细胞活动 。
5. 皮层脑电(ECoG)可能提供高于EEG的性能，并且需要更少的训练，这个优势可能主要是由于ECoG能够记录 高频 活动，而EEG中却无法得到。

问答题

1. 皮层脑电是从头骨下面的位置记录脑电信号的技术，请简述与脑电(EEG)相比，皮层脑电具有哪些优势？

   • 更高的信噪比：由于ECoG电极放置在硬脑膜下，能够记录到更清晰的信号，相比EEG受头皮和颅骨干扰较少。
   • 更高的空间分辨率：ECoG电极距离脑源更近，空间分辨率可以达到毫米级，而EEG通常为厘米级。
   • 更广的频率范围：ECoG能够记录到更高频率的脑电活动，EEG通常受限于较低频率范围。
   • 更稳定的信号：ECoG电极相对稳定，不易受到外部干扰和运动伪影的影响。

2. 下图是几种不同的视觉诱发电位刺激范式，请分别简述它们的名称及特点。
   

   • (a) 脉冲刺激范式：通过在视觉领域内反复闪烁的光源，诱发视觉诱发电位。这种范式的特点是能提供高频的视觉刺激，适合研究高频视觉诱发电位。

   • (b) 频闪刺激范式：使用固定频率的闪烁光源，诱发稳态视觉诱发电位(SSVEP)。特点是可以通过频率的变化来编码信息，常用于脑-机接口系统。

   • (c) 条纹反转刺激范式：利用周期性反转的条纹图案来诱发视觉诱发电位。特点是能够引起强烈的视觉反应，常用于视觉系统的功能研究。

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