Detekce a charakterizace ustálených zrakových evokovaných potenciálů pro výzkum vědomí

Abstract

Ustálené zrakové evokované potenciály představují oscilující signály v mozku, které jsou vyvolány pravidelně se opakujícím či blikajícím vizuálním stimulem. Tyto evokované potenciály se využívají ve výzkumu vědomí a v systémech BCI, kde se využívá jejich vysokého odstupu signálu od šumu. V této práci byly porovnány metody JD a RESS, což jsou dvě metody pro prostorovou filtraci signálu, které dokážou izolovat SSVEP aktivitu. Jejich efektivita byla porovnána na pětadvaceti osobách, které podstoupily experiment, při kterém zažívaly binokulární rivalitu. Jedná se o jev, kdy dochází k náhodným fluktuacím vědomí, pokud ve stejném okamžiku promítneme do každého oka rozdílný stimul. Metody JD a RESS byly vyhodnoceny jako úspěšné při rekonstrukci SSVEP signálu v trénovací části experimentu. Hlavním cílem této části bylo detekovat frekvenci promítnutého stimulu ze zrekonstruovaného SSVEP signálu, který zvýrazňoval aktivitu obou frekvencí stimulů, přičemž metoda RESS vykazovala lepší výsledky jak v detekci, tak v odstupu signálu od šumu. Funkčnost metod v rivalitní části byla silně ovlivněna úzkopásmovou filtrací, která potlačila dynamiku zrekonstruovaného SSVEP signálu a nebylo tak možné detekovat rychlé fluktuace amplitudy SSVEP, ke kterým docházelo při binokulární rivalitě.

Steady-state visually evoked potentials are neural oscillations evoked by repeating or blinking visual stimuli. One of the possible uses of these evoked potentials is in experiments with consciousness and BCI systems because of the high signal-to-noise ratio. This thesis will compare two spatial filtering methods JD and RESS. These two methods are used for isolating SSVEP activity. The effectiveness of these methods was tested on twenty-five subjects who underwent an experiment in which they experienced a paradigm called binocular rivalry. During this paradigm, subjects experienced random consciousness fluctuations while different stimuli were projected into each eye separately. During the training part of this experiment, both methods had satisfying results in SSVEP reconstruction. In the training part, the main task was to detect stimuli frequency from the reconstructed SSVEP signal combined with both stimuli frequencies. The RESS method was more successful than JD in the detection task and the signal-to-noise ratio. In the rivalry part of the experiment, both methods‘ performance was strongly influenced by narrowband filtering, which suppresses the reconstructed SSVEP dynamics. Because of this suppression, it was impossible to detect fast fluctuations of SSVEP amplitude during binocular rivalry.