脑机启侦|每周一篇轻百科——稳态视觉诱发电位SSVEP:让大脑“看见频率”(12.19)
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2025-12-21 21:09:09
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如果你盯着一个不断闪烁的图形看上几秒钟,会发生什么?

除了眼睛有点累,其实你的大脑正在悄悄做一件事:

它开始按照闪烁的节奏,同步地产生电信号

这种看不见、却真实存在的脑电反应,就是脑机接口中非常经典的一种信号—— SSVEP,稳态视觉诱发电位。

01 什么是 SSVEP?

诱发电位是当大脑受到脉冲电流、闪光或者变化的图像、连续的声音刺激时产生的神经动作电位或突触后电位。这种脑电位有一定的潜伏期,潜伏期的长短和刺激部位、记录部位的距离、神经冲动的传导速度等相关。

诱发电位主要有视觉诱发电位、听觉诱发电位以及触觉诱发电位三种。视觉诱发电位(Visual Evoked Potential,VEP)是大脑对于视觉刺激的一种自然响应信号,根据视觉刺激频率的不同,视觉诱发电位可以大致分为三类:

  • 瞬时视觉诱发电位、
  • 稳态视觉诱发电位(SSVEP)
  • 伪随机码视觉诱发电位

瞬时视觉诱发电位的视觉刺激频率一般小于4Hz,刺激的时间间隔较长,能保证每个脑电诱发电位的完整呈现,一般应用于视觉研究。相比瞬态视觉诱发电位,SSVEP刺激模块闪烁的时间间隔可以小很多,但相邻刺激之间会发生重叠,导致诱发产生的响应信号时间上也发生重叠。

简单来说就是:

当人眼注视一个以固定频率闪烁的视觉刺激时,大脑视觉皮层会产生一个与该闪烁频率一致的脑电信号。 也就是说:

  • 看 10 Hz 闪烁 → 大脑里出现 10 Hz 的脑电
  • 看 12 Hz 闪烁 → 大脑里出现 12 Hz 的脑电

02 SSVEP信号如何产生?

SSVEP信号的产生,是一个从外界物理刺激到大脑神经同步响应,最终表现为可测量脑电节律的完整链条。

外部视觉刺激

屏幕上不同区域(如按钮、图标)以特定频率(如12Hz、15Hz)和特定波形(通常是方波或正弦波调制)进行闪烁。每个目标被赋予一个独特的“频率标签”。

视觉通路与皮层响应

当你的眼睛注视并选择性注意其中一个闪烁目标时,信息传递路径如下:

视网膜感光细胞接收周期性光信号。

信号通过视神经、外侧膝状体传至大脑后部的初级视觉皮层。

最关键的一步发生了:视觉皮层中一大群神经元被节律性刺激所驱动,开始进行同步化的周期性放电。你可以把它想象成一大群原本各自活动的神经元,被外部闪烁的节奏“训练”成了步调一致的“合唱团”。

信号特征形成

这种大规模神经元的同步化活动,会在头皮表面产生非常微弱但规律性极强的电信号,即SSVEP。

03 SSVEP信号被用来做什么?

在众多脑机接口技术中,SSVEP 经常被认为是最友好的一种。一方面,它完全不需要侵入大脑。只要在头皮上佩戴脑电电极,就可以采集到信号。这让它在安全性和接受度上都具有明显优势。另一方面,它对使用者的要求很低。很多脑机接口技术需要反复训练,学习如何“想象动作”或控制注意力,而 SSVEP 对大多数人来说几乎是本能的——会看就能用。

也正因为如此,SSVEP 往往能在短时间内获得较高的识别准确率,甚至实现相对快速的“脑控交互”。

案例1:用眼睛“看频率”来控制电动轮椅

基于SSVEP的刺激位置的界面系统

科学家们设计了一种基于 SSVEP 的脑机接口系统,用于帮助行动不便者控制电动轮椅:

屏幕上展示多个不同频率闪烁的目标(每个对应一个方向指令),如前进、左转、右转等,使用者只需要将注意力注视某一个目标,系统从脑电信号中识别出对应的频率,然后将识别结果转换为轮椅的实际控制命令.这个系统实现了多指令控制与实时驾驶,在实验中用户能通过注视不同频率的位置来切换方向,让轮椅按照意图移动。

案例 2|混合脑机接口提升康复训练效果

SSVEP 也不是只单独用在控制设备上,它能和其他脑电范式(比如运动想象)结合,构建所谓的 混合脑机接口:

研究团队让使用者注视高频闪烁目标(产生 SSVEP),同时进行动作观察或运动想象,通过融合不同信号,系统能更好识别使用者意图

。此外,这种混合方式还可能更好地激活运动相关脑区,对神经康复训练有潜在的促进作用

例如清华大学的一个研究就证明,将高频 SSVEP 与动作观察 / 运动想象结合,能改善康复训练的识别效果,提升整体交互准确性。

SSVEP 让我们看到了一件很有意思的事:

人类的大脑并不需要被改造,也不需要额外训练,只要面对有节奏的视觉刺激,就会自然地做出回应。正是这种“顺着大脑本性来”的特征,让 SSVEP 成为了目前最成熟、也最容易落地的脑机接口技术之一。

但与此同时,它的边界也同样清晰。 SSVEP 强烈依赖视觉刺激,这意味着使用者必须长时间注视闪烁目标。对一些人来说,这种持续的视觉负荷会带来疲劳甚至不适;对视力受限或无法稳定注视的人群而言,它也并非理想选择。 更现实的问题是,在日常、自然的环境中,人并不会一直盯着规则闪烁的画面,这让 SSVEP 的使用场景难以完全摆脱“实验感”。

因此,SSVEP 并不是通向“读心术”的终极答案,而更像是一块重要的踏板。它证明了注意力本身可以被识别和利用,也为后续更自然、更低负担的脑机接口提供了坚实的基础。

部分文章参考:脑机接口社区

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