省流：最近一项发表在Nature子刊《Scientific Reports》上的新研究，为改善儿童脑机接口（BCI）的使用体验带来了新见解。该研究聚焦于基于稳态视觉诱发电位（SSVEP）的脑机接口，探究了纹理视觉刺激在儿童群体中的舒适度及神经反应，旨在寻找能替代传统视觉刺激的更优方案。

• 研究尝试使用纹理图案作为SSVEP脑机接口的刺激图案，减少儿童在使用脑机接口时的不舒服和疲劳感

• 通过四种纹理图案和传统图案进行实验对比，纹理图案的舒适度更好，信号质量劣于传统方案，但依旧能够被准确识别（最高80%+准确率）

• 刺激频率同时影响舒适度和性能，14Hz时最容易疲劳，而33Hz分类灵敏度显著下降——这意味着好用的SSVEP脑机接口需要平衡性能和舒适度

研究人员发现，带有纹理的视觉闪烁图案，可能比现在常用的纯色闪烁图案更适合孩子，既能减少不适感，又能保持脑机接口的基本功能。

脑机接口是一种能让大脑信号直接控制外部设备的技术，比如帮助行动不便的人操作电脑。其中，基于“稳态视觉诱发电位”（SSVEP）的脑机接口因为可靠、可能不需要训练，被广泛使用。但问题是，现在常用的刺激图案大多是高对比度的纯色闪烁（比如黑白方块快速切换），容易让使用者感到不舒服、眼睛疲劳，尤其是用高频闪烁时，对孩子来说可能更明显。

常见的SSVEP脑机接口使用高对比度的纯色刺激（黑、白、灰等），容易眼睛疲劳 @IEEE

为了解决这个问题，加拿大卡尔加里大学的研究团队想到了“纹理刺激”——就像带有花纹的图案，比如类似木纹、小虫子形状或蜂窝状（沃罗诺伊图）的图案。他们猜测，这些更复杂的图案可能会让孩子感觉更舒服，同时依然能触发大脑产生稳定的信号，供脑机接口识别。

实验中呈现的稳态视觉诱发电位（SSVEP）闪烁刺激的纹理：(A) 虫子纹理，(B) 木纹，(C) 静态纹理，(D) 沃罗诺伊图纹理。@Sci Rep

研究团队招募了35名5到18岁的孩子，让他们分别观看两种刺激：一种是传统的纯色闪烁（包括高对比度的白黑方块、低对比度的灰黑方块，以及棋盘格图案），另一种是四种带纹理的闪烁图案（比如“虫子纹”“木纹”“静态纹”“蜂窝状纹”）。这些图案会分别以9Hz、14Hz、33Hz三种频率闪烁，每种刺激在各频率下闪烁17秒，间隔休息，总时长约33分钟。

实验中，孩子们需要给每种图案的“舒适度”打分（1分最舒服，7分最难受），同时研究人员同时记录睁眼和闭眼状态的静息态脑电图（EEG）数据，并分析这些信号是否能被脑机接口准确识别。

结果很明显：带纹理的图案整体更受孩子们欢迎。打分显示，不管是哪种频率，纹理图案的舒适度都比传统的纯色或棋盘格图案高。其中，“蜂窝状纹”虽然也是纹理图案，但因为对比度稍高，是四种里最不舒服的；而“虫子纹”“木纹”和“静态纹”则更受欢迎。

针对纹理刺激类型，从7点Likert量表报告的舒适度得分，从最舒适（1分）到最不舒适（7分）。@Sci Rep

不过，从大脑信号的强度来看，传统的高对比度纯色图案还是更有优势。脑电图分析发现，高对比度图案在大脑枕叶（负责视觉处理的主要区域）引发的信号更强、更清晰（更高的信噪比），尤其是在9Hz和14Hz时。但纹理图案引发的信号虽然稍弱，也能被现有的脑机接口算法识别——比如一种叫滤波组典型相关分析（fbCCA）的算法，对纹理图案的识别准确率能超过80%。

研究还发现，闪烁频率对舒适度影响很大。14Hz的闪烁让孩子们感觉最不舒服，和既往研究的结论一致；而33Hz的高频闪烁虽然信号质量下降明显，但因为是最后呈现的，可能受孩子“看久了无聊”的影响，舒适度打分没那么低。研究人员认为，纹理图案更舒服的原因可能有两个：一是对比度低，二是图案更复杂，能让孩子有更多东西可以看，减少无聊感。

值得注意的是，分类准确性也主要由刺激频率驱动，33Hz时所有分类器的灵敏度均显著下降，而不同纹理刺激之间的准确率差异较小。但是研究发现纹理图案没有像预想的那样激活大脑更高阶的视觉区域（颞叶高阶视觉加工区域），其中的神经反应机制还需要进一步探究。

研究也存在一定的局限性，包括仅呈现单一刺激（与多刺激脑机接口系统有差异）、纹理刺激选择缺乏明确标准、频率呈现顺序未随机化（可能因无聊影响舒适度评分）及数据量有限等。未来研究需测试实时脑机接口性能、利用fMRI验证高阶视觉加工机制、探索动态纹理刺激，并细分儿童年龄组以研究发育差异。

综上，虽然纹理刺激的神经反应和分类性能未超越传统刺激，但能显著提升舒适度，而这对于脑机接口的真实体验很重要。这项研究为儿科脑机接口的刺激设计提供了参考，研究团队后续计划进一步优化刺激参数以平衡舒适度与性能，让未来的脑机接口既好用又舒服。

*本文主要基于7月18日加拿大卡尔加里大学科研团队发表的《基于稳态视觉诱发电位的儿童脑机接口中纹理视觉刺激的舒适度与神经反应研究》（An investigation into the comfort and neural response of textured visual stimuli in pediatric SSVEP-based BCI）一文，图片来自网络侵删，首图由AI生成。如需对原文进一步了解，可通过下方链接或扫描底部二维码加入“脑机接口”知识星球获取相关资料。

参考：

https://doi.org/10.1038/s41598-025-09540-8