的示例性序列的图。该图描绘了特定呈现的样例的图像和预编程的伪随机呈现顺序。每个解决方案有适当的刺激呈现结构是示例性方法的固有和重要部分。在该示例中，相关方面是表示预定“目标”的图像对比所有其它图像(标记为“干扰项”)与对比先前与“奖励”的指示相关联的绿色圆之间的区别。在示例性方法中，适当的刺激结构(例如，在这种情况下，作为目标嵌入其它图像序列的感兴趣的图像的特定内容、呈现的位置、呈现的时间、刺激间间隔的时间等等)和所描述的专业的后续分析对如何使用相关大脑标记(例如，在该示例性情况下，P300和“奖励”所诱发的ERP)以评估和确定个人的认识、注意力的水平和对特定物品的偏好非常重要。
[0087]1.2.示例性刺激传送设备
[0088]从各种资源获得示例性刺激池。在获得刺激池之后，使用计算机实现的方法(例如，用MATLAB脚本编程)控制每个样例的相对亮度。例如，计算机实现的方法实现为首先在彩色图像中加载，并且使用下列示例性公式计算其相对亮度，其中Y、R、G和B分别表示相对亮度、红枪值、绿枪值和蓝枪值:
[0089]Y=.2126R+.7152G+.0722B (I)
[0090]例如，期望相对亮度设定为等于120的值。在脚本测量每个图像的初始相对亮度之后，其对图像内的每个像素增加或者减去RGB值以实现120的平均相对亮度。然后以100%的质量保存图像。
[0091]在控制亮度之后，另一个计算机实现的过程(例如，用MATLAB脚本编程)用于在每个刺激样例上放置居中安置的注视点(fixat1n dot)。例如，这帮助受试者维持注视并且最小化任何频繁的眼睛扫视。该示例性过程首先测量所上传图像的尺寸。它使用这些测量值计算图像的中心并且随后使用圆的标准方程创建注视点。通过将像素的红枪改变为255、绿枪改变为O以及蓝枪改变为O来修改围绕中心的七个像素长度半径内的像素。
[0092]最后，创建了用于注视点的视觉刺激和用于“奖励”的任意视觉提示。例如，对于注视点，计算机实现的过程(例如，使用MATLAB脚本编程的)用于以350个像素的高度和宽度创建灰色背景图像(例如，红枪等于150 ;绿枪等于150 ;蓝枪等于150)。然后，示例性脚本使用圆的标准方程运行嵌套循环以将七个像素长度半径内的像素修改为红色(例如，通过将图像的红枪改变为255、绿枪改变为O以及蓝枪改变为O)。对于“奖励”，使用成像软件在350 X 350像素灰色背景(例如，红枪等于150 ;绿枪等于150 ;蓝枪等于150)上创建绿色圆(例如，红枪等于O ;绿枪等于255 ;蓝枪等于O)。
[0093]使用Cogent 2000对该示例刺激呈现过程中使用的示例性刺激呈现范式进行编程，并且该示例性刺激呈现范式包括连续地以短暂的呈现持续时间呈现视觉刺激。例如，刺激池(不包括注视点和绿色圆)被分成两个群组，两种记录技术中的每一个对应一个群组。每种技术包括900个刺激，跨记录技术总共1800个刺激。例如，在技术内，每个呈现10ms的900个刺激(包括目标和干扰项)被分成三个呈现块。绿色圆刺激呈现持续100ms并且在每个呈现块内显示30次。在每个目标试验、干扰项试验和刺激间间隔(ISI)期间，注视点是可见的。
[0094]例如，在块I中，目标是人的脸。在块2中，目标是汽车。在块3中，目标是动物。除随机化记录技术的顺序以外，例如，每个技术内的呈现块的顺序也是随机的。从不跨越技术连续地重复呈现块(例如，块1、块2、块3、块3、块2、块1、块1、块3、块2)。由于指示受试者对他/她看到多少次特定目标进行计数，因此对于每个块，目标的正确数量不同。例如，在块1(目标:脸)中，有56个目标和244个干扰项。例如，在块2 (目标:汽车)中，有62个目标和238个干扰项。例如，在块3(目标:动物)中，有60个目标和240个干扰项。干扰项由所有非目标物体类别组成。例如，在块1(目标:脸)中，干扰项包括汽车、动物、花、房子等等。示例性MATLAB代码从提示实验者输入受试者的首字母并且选择呈现哪个块开始。根据所选择的块号，脚本计算哪个物体类别将是目标、目标的数量以及干扰项的数量。然后，脚本使用MATLAB randpermO函数随机化刺激呈现的顺序。脚本运行randpermO函数二十次以更好地随机化呈现序列。然后，脚本使用rand1函数为每个试验创建刺激间间隔(ISI)。刺激间间隔的范围为从500ms到600ms。除配置显示器、声卡和并行端口以外，在Cogent 2000内配置和初始化日志文件。该日志文件用于创建关于每个试验的刺激类型(例如，目标、干扰项和绿色圆)的每个试验的历史。随后，将刺激加载到存储器缓冲器中。在刺激呈现之前执行前述步骤例如以减小计算负载以及增大潜伏期精度。刺激呈现包括向下迭代预定呈现顺序的循环(for-loop)。例如，基于按照呈现顺序的当前刺激的值，计算机实现的过程计算其刺激类型并且向日志文件和并行端口发送关于其刺激类型的适当信息，该刺激的触发被发送至EEG记录计算机。然后，程序呈现ISI。在每个呈现结束时，并行端口重置为零以准备下一个试验。
[0095]1.3.使用传统全头皮EEG获取的示例性EEG记录
[0096]为了为EEG记录准备示例性受试者，使每个受试者坐在记录室中的椅子中以开始EEG带帽过程。对于使用刚性电极模态的示例性实现方式(例如，Brain Products)，该过程涉及在受试者头部上放置传统EEG帽子以及用弹性下颏带对其进行固定。在一些示例中，例如基于所估算的受试者头部的大小使用56cm或者58cm直径的帽子。紧接着，使用弯曲的塑料注射器在帽子的电极中的每一个下面注入Signa电极凝胶(例如，来自ParkerLaboratories)以在电极本身与受试者头皮之间创建导电桥。此外，例如，使用木制棉签按摩凝胶以通过降低阻抗构建更强的电导。例如，对于每个电极(包括接地电极和参考电极)使用该技术将阻抗水平降低至〈5kQ。
[0097]在开始使用EEG记录的示例性实现方式之前，给受试者指示文件来阅读。例如，该文件描述实验范式的一般组织以及他们将查看什么(即目标、干扰项、注视点和绿色圆)。还解释在每个呈现块中，目标将改变。例如，在块I中，任务是对他们看到有一个或者多个人脸的图像进行计数。在块2中，任务是对他们看到有一个或者多个汽车的图像进行计数。在块3中，任务是对他们看到有一个或者多个动物的图像进行计数。指示受试者将所有其它照片看作干扰项并且不对它们进行计数。在每个呈现块之后，要求受试者报告他们看到多少目标。例如，绿色圆指示奖励。受试者坐在呈现监视器的前面并且被要求在整个实验持续时间期间仅将视觉注视维持在红色中央注视点上，并且尽可能地限制他们的运动动作以防止神经生理数据中的运动伪差。后来，接着将记录室的光调暗，并且剌激过程和EEG记录开始。
[0098]在这些示例性实现方式中，使用具有刚性电极的传统EEG系统获取脑波。示例性EEG系统包括BrainAmp DC 32通道系统；BrainVis1n记录器；大小为56cm的Fast n Easy32通道EEG记录帽；大小为58cm的Fast n Easy 32通道EEG记录帽；具有5k电阻器的BrainCap-MR 的 PCB Ribbon Cable ;以及 BrainCap MR Box 1.2。
[0099]1.4.示例性EEG分析处理和ERP分析
[0100]数据分析技术包括多个步骤和过程，例如，包括标记数据的处理和单个的统计分析。
[0101]标记数据的处理:例如，在每个记录会话之后，示例性EEG记录系统产生三个文件:数据文件(.eeg)、头文件(.vhdr)和标记文件(.vmrk)。标记文件包括针对每个刺激开始的事件触发。在该示例中，由于并行端口内的输出限制，使用Cogent 2000日志文件容纳更多关于样例的刺激类型(例如，目标、干扰项或者绿色圆)的可读信息。由此，使用过程(例如，使用MATLAB脚本编程的)来用来自日志文件的事件代码以一对一替换的方式替代标记文件(.vmrk)中的事件触发。例如，.vmrk文件中的第一标记由日志文件中的第一标记替代；.vmrk文件中的第二标记由日志文件中的第二标记替代等等。
[0102]示例性单个统计分析:使用上述示例性的刺激呈现开始的标记，遵循示例性分析方法执行ERP分析以计算ERP (例如，使用BrainVis1n Analyzer 2)。例如，针对“目标”、“干扰项”和“奖励”计算ERP波形。随后，例如，根据每个ERP波形确定感兴趣的ERP成分的空间位置和时间。例如，对于每个感兴趣的时窗，使用来自EEG帽(总共32个电极)中的每个电极的可用电压信息计算每个感兴趣的ERP成分的地形电压绘图。在此处描述的示例性实现方式中，使用MATLAB和Statsoft Statistica (版本8.0)软件的组合进行统计分析。
[0103]1.5.最优额部电极放置的示例性配置
[0104]可以通过集成所有这种信息获得使用我们的方法确定的最优电极放置，例如:(1.)感兴趣的感觉或者认知神经心理学机制；(i1.)设计适当的刺激呈现和传送方法用于诱发感兴趣的神经心理学机制标记与刺激呈现的开始相关联的按时间顺序的标记；(iv.)在剌激期间记录来自受试者的EEG信号；(V.)分析EEG数据并对于每个感兴趣的情况/标记计算ERP ； (v1.)标识数据集的每个通道中感兴趣的ERP成分；(vi1.)对于每个感兴趣的成分，确定潜伏期(出现时间)和空间分布(哪些电极显示了感兴趣的ERP);(vii1.)基于每个感兴趣的成分的潜伏期，确定每个成分出现的时窗并创建地形电压绘图；(ix.)对于每个感兴趣的ERP，研宄在头皮的什么地方有明显的“表达”(即，其存在于哪些电极中以及其电压在地形电压绘图中是如何分布的)；(x.)使用该信息确定电极放置的最优位置和最好时间，以检测感兴趣的ERP的调制以及其在额部电极中的表达。例如，由此，可以对用于检测感兴趣的ERP的电极的最优放置和配置进行确定。
[0105]在示例性额部电极配置中，使用所公开的电极配置最优化方法，以最小化所占据的使用的前额“实际资源”的方式确定空间位置和放置(例如，包括电极之间的距离和电极大小)，同时保持足够间距以不妨害沿着头皮表面的每个电极信号完整性并检测感兴趣的大脑活动。通常，例如，远离记录电极并且在“感兴趣的大脑功能”最小或者不提供表达的位置中安置参考电极。以这种方法，当人们将参考信号从记录信号中区分开时，就不会‘减去’任何感兴趣的东西。然而，大间隔在前额上使用相对大量的空间区。在所公开技术的设备中，在受试者额部区域上放置需要最小量空间区的最小电极配置(例如，将记录电极和参考电极紧密地放置在一起)，同时仍然提供可靠的生理信号读数和检测。所公开的电极配置最优化方法实现为获得这样的配置。
[0106]例如，假定传感器中的加性高斯白噪声，最优分类器的精度(例如，由似然比检验给出)是零假设下的记录电极的头皮电位(例如P300范式中的“干扰项”)与对立假设(alternate hypothesis)下的记录电极的头皮电位(例如P300范式中的“目标”)之间的差中的能量的单调函数。从而，提供用于最大化分类精度的规则，其相当于最大化“目标”设置与“干扰项”设置中的记录电极电位之间的差中的能量。
[0107]如果跨等位线(例如，相同的或者同一电压电位值)放置电极对，那么电位差对从高电位区域到低电位区域或者从低电位区域到高电位区域的电流流动敏感。这称为沿着梯度电位放置电极对。然而，如果沿着等位线放置双极对，那么记录的差分电位是零或者接近零。当沿着感兴趣的大脑信号的额部头皮分布的梯度放置额部电极时，对差中能量进行最大化。
[0108]根据示例性实现方式中使用的两个ERP (例如P300和“奖励”)中的示例性分析，电压头皮分布的梯度垂直定向。为了更好地检测这些ERP，应当从上到下(例如，从前额上部朝向鼻子)跨等位线放置记录电极、接地电极和参考电极。另外，与该方向(例如，等位线)正交放置记录电极、接地电极和参考电极将导致降低的分类性能-接近偶然(chance)的性能。
[0109]另外，例如，除增大所检测电生理信号中的信噪比特征以外，所公开的上下(例如，前额上部朝向鼻子)额部区域电极配置还能够检测基础功能性神经解剖学的相关神经生理信号(例如，人的大脑具有沿着中矢状线的对称半球并且许多感觉和认知过程发生在功能性和解剖学半球不对称时)。例如，代替所公开的前额上部朝向鼻子的取向，沿着大脑轴向(或者横截)平面(例如，沿着前额从左至右)放置电极可能产生对大脑半球假象的显著易损性，这导致错误的EEG/ERP读数。此外，所公开技术的示例性方法还表明额部电压头皮分布中的事件相关电位的表达越大，其分类越容易。
[0110]图3A显示图示使用常规EEG系统的示例性额部电极配置和来自其实现方式的用于检测对“目标”和“干扰项”的P300ERP检测的EEG信号反应的示例性结果的图。在图3A中，显示佩戴常规EEG刚性电极检测帽301的示例性受试者的图像300。在图3A中，显示了描绘32个电极在常规EEG刚性电极检测帽301中的位置的三维重建以及顶侧和右侧示意图的图305。在图3A中，显示了描绘32个电极在常规EEG刚性电极检测帽301中的位置的二维视图的图306。如图3A所示，图310显示示例性地形电压绘图(例如，指示了感兴趣的ERP的额部表达，在该示例性情况下，针对示例性分析时窗(例如，344-396ms)中的“目标”的P300ERP)。如图3A所示，数据曲线315显示针对“目标”(-红线)和“干扰项”(-黑线)两者来自额部电极(Fpl)的示例性ERP波形。如地形电压绘图310所示，存在半球形对称分布，其中等位线在横截平面上。因而，跨等位线，与横截平面正交地放置额部电极。
[0111]图3B显示图示使用示例性三电极额部传感器设备的示例性额部电极配置和来自其实现方式的用于检测对“目标”和“干扰项”的P300 ERP检测的EEG信号反应的示例性结果的图。图3B显示与受试者头部的额部区域物理接触并且跨等位线对准(例如，其中朝向前额的上部放置记录电极、在前额上朝向鼻子放置参考电极以及在记录电极与参考电极之间放置接地电极)的额部电极传感器设备100的图320。图3B显示针对“目标红线和“干扰项黑线两者的从额部记录电极(例如，Rec Fl-白色圆102)获取的ERP波形的数据曲线325。3电极传感器设备中所公开的额部电极配置可以与全帽传统EEG系统一样可靠地检测感兴趣的ERP( “目标”和“干扰项”)。在该示例中，由于“参考”电极关于“记录”电极的相对位置，ERP( “目标”和“干扰项”)的极性在示例性额部系统与EEG帽额部电极之间相反。例如，在图3A所示全帽系统中，“记录”电极比“参考”电极占据明显更前面的位置，而在图3B所示示例性系统中，“参考”电极处于比“记录”电极低并且稍微更前面的位置。
[0112]1.6.用于跨不同技术的ERP检测的额部电极配置的示例性实现方式
[0113]在这些示例性实现方式中，跨越不同电极类型和材料实现所公开的额部电