《电子技术应用》
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双模态稳态诱发脑电刺激系统设计
电子技术应用
陈妮1，罗晓春2
1.广西医科大学 生命科学研究院；2.广西贵港市人民医院 设备科
摘要： 稳态诱发脑电具有频率标签特性，在大脑的感知和认知研究中具有广泛应用。利用双模态刺激可以探索两类感知功能之间的相互影响。为此，设计一个集成视觉和听觉模态的周期性感觉刺激系统。系统以STM32F103RC为核心，控制AD9959输出两路正弦信号，输出信号经过七阶低通滤波电路和十倍放大电路处理，再控制LED灯和蜂鸣器产生视觉和听觉刺激。系统输出的正弦信号参数的平均误差分别为0.03%（频率）、1.10%（幅度）、0%（相位）。进一步，开展脑电采集实验。实验结果表明系统输出的视觉和听觉刺激能产生稳态诱发脑电。该系统在视听感知功能研究方面具有应用价值。
中图分类号：R318.6 文献标志码：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245106
中文引用格式： 陈妮，罗晓春. 双模态稳态诱发脑电刺激系统设计[J]. 电子技术应用，2024，50(8)：48-53.
英文引用格式： Chen Ni，Luo Xiaochun. Design of bimodal steady-state evoked EEG stimulus system[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(8)：48-53.
Design of bimodal steady-state evoked EEG stimulus system
Chen Ni1，Luo Xiaochun2
1.Life Sciences Institute， Guangxi Medical University； 2.Equipment Department， Guangxi Guigang People’s Hospital
Abstract： The steady-state evoked EEG has frequency labeling characteristics, which is widely used in the research of brain perception and cognition. The interaction between the two types of perceptual functions can be explored by using bimodal stimulus. Therefore, a periodic sensory stimulus system integrating visual and auditory modes is designed. The system controls AD9959 to output two sinusoidal signals with STM32F103RC as the core. The output signal is processed by a seven-order low-pass filter circuit and a ten-fold amplification circuit, and then the LED light and buzzer are controlled to generate visual and auditory stimulus. The average errors of the sinusoidal signal parameters output by the system are 0.03% (frequency), 1.10% (amplitude), and 0% (phase), respectively. Further, EEG acquisition experiments are carried out. The experimental results show that the visual and auditory stimulus output by the system can produce steady-state evoked EEG. The system has application value in the research of visual-auditory perception function.
Key words : bimodal；sensory stimulus；STM32F103RC；AD9959；steady-state evoked potentials

引言

感知是认知的早期过程，是发展为认知的基础。大脑在重复性刺激下的脑电响应称为稳态诱发电位( Steady-State Evoked Potentials, SSEPs)。SSEPs具有频率跟随特性，这一特性使其作为刺激物响应标签在大脑的感知认知研究中得到广泛应用[1-3]。

视觉和听觉刺激都能产生SSEPs[4]。恒定频率的闪烁视觉刺激引起稳态视觉诱发电位(Steady-StateVisual Evoked Potentials, SSVEP)，重复性听觉刺激诱发产生听觉稳态响应(Auditory Steady-State Responses, ASSR)。已经发现在不同刺激频率下SSEPs的幅度具有谐振变化特性，例如：刺激频率为1~100 Hz的闪烁光能诱发SSVEP[5]，SSVEP幅度响应的谐振特性出现在5~12 Hz、13~25 Hz、25~50 Hz三个频段，ASSR的谐振频率在40 Hz左右[6-7]。颜色、幅度、刺激器类型等视觉刺激参数都会影响SSVEP的幅度值[8-9]。目前，关于SSEPs响应变化的研究大多集中在单一刺激模式[4,9]，仅有少数关于视听刺激下SSVEP时空分布特性的初步研究[10-11]。然而，大脑对外界刺激的认知往往需要综合多种感觉刺激输入，需要研究不同感官之间处理信息的相互作用。这就要在多种感觉刺激下研究一种刺激对另一种刺激诱发的稳态电位的影响(增强、减少或不变)。一种能输出多种模态感觉刺激的实验装置对于这类研究至关重要。

现有的刺激系统大多为商业系统，系统的刺激器类型及其参数不便于调整。为拓展实验模式，近年出现了利用微控制器改进刺激器的研究，包括：用于植入式神经调控的红外光刺激器、用于脑机接口系统的LED刺激器[12-14]等。为此，本文利用STM32F103RC(简称：STM32)微控制器和AD9959芯片，设计一个能输出视觉和听觉刺激的双模态感觉刺激系统。利用该系统开展SSEPs的实验测试，测试结果表明所设计的系统能产生稳态诱发响应。


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作者信息：

陈妮1，罗晓春2

（1.广西医科大学 生命科学研究院，广西 南宁530021；

2.广西贵港市人民医院 设备科，广西 贵港 537100）


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