A Brain–Computer Interface Based on Miniature-Event-Related Potentials Induced by Very Small Lateral Visual Stimuli

脑-机接口 脑电图 计算机科学 刺激(心理学) 视觉感受 语音识别 视觉空间 视觉诱发电位 计算机视觉 人工智能 感知 神经科学 心理学 认知心理学
作者
Minpeng Xu,Xiaolin Xiao,Yijun Wang,Hongzhi Qi,Tzyy‐Ping Jung,Dong Ming
出处
期刊:IEEE Transactions on Biomedical Engineering [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:65 (5): 1166-1175 被引量:194
标识
DOI:10.1109/tbme.2018.2799661
摘要

Traditional visual brain-computer interfaces (BCIs) preferred to use large-size stimuli to attract the user's attention and elicit distinct electroencephalography (EEG) features. However, the visual stimuli are of no interest to the users as they just serve as the hidden codes behind the characters. Furthermore, using stronger visual stimuli could cause visual fatigue and other adverse symptoms to users. Therefore, it's imperative for visual BCIs to use small and inconspicuous visual stimuli to code characters.This study developed a new BCI speller based on miniature asymmetric visual evoked potentials (aVEPs), which encodes 32 characters with a space-code division multiple access scheme and decodes EEG features with a discriminative canonical pattern matching algorithm. Notably, the visual stimulus used in this study only subtended 0.5° of visual angle and was placed outside the fovea vision on the lateral side, which could only induce a miniature potential about 0.5 μV in amplitude and about 16.5 dB in signal-to-noise rate. A total of 12 subjects were recruited to use the miniature aVEP speller in both offline and online tests.Information transfer rates up to 63.33 b/min could be achieved from online tests (online demo URL: https://www.youtube.com/edit?o=U&video_id=kC7btB3mvGY ).Experimental results demonstrate the feasibility of using very small and inconspicuous visual stimuli to implement an efficient BCI system, even though the elicited EEG features are very weak.The proposed innovative technique can broaden the category of BCIs and strengthen the brain-computer communication.

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