华南理工大学研究人员提出一种用于VR环境的低成本、无线脑电图测量系统

近年来，随着技术的进步，用于测量研究和医疗环境中大脑活动的系统和设备越来越先进。一个已被广泛探索但尚未有效实现的概念是，在人们浏览虚拟现实(VR)环境时收集脑电图（EEG）测量数据。

脑电图测量是对大脑自发电子活动的记录，通常使用连接在头皮上的小型电极进行收集。这些记录可以提供有关一个人大脑活动的有趣信息，帮助医生检测各种疾病，包括睡眠障碍、癫痫、脑损伤和中风。

将这些测量与虚拟现实（VR）体验相结合，神经科学家就能更好地了解随机个体或具有一系列特征的人群在不同虚拟环境中的大脑活动是如何变化的。

虽然在 VR 体验过程中收集脑电图测量数据对心理学和神经科学研究很有价值，但迄今为止，这还很难实现。

其主要原因是大多数现有的脑电图测量设备价格昂贵、佩戴不舒适且体积庞大。这使得它们要么无法进入研究实验室，要么难以与 VR 头显相结合。

华南理工大学研究人员最近着手开发一种更实惠、更容易与 VR 头显集成的脑电图测量系统。这套系统虽然成本低、体积小，但仍能高精度地测量大脑中的电活动。该系统研究发表在《HardwareX》上。

研究人员在论文中写道：“这项研究描述了一种低成本、小尺寸、无线、高精度、低功耗的四通道脑电图测量系统(NeuroVista)，用于额区脑电图测量，可与 VR 头显一起使用，实现 VR 环境下的脑电图测量。”

该新系统NeuroVista 采用了 KS1092，这是一种高性价比的生物电位测量芯片。研究人员创建的设备原型由该芯片、一组电极和锂电池组成。

研究人员还开发了一款软件，可将设备记录的信号转换成数字和可存储的脑电图测量值。为了测试他们的设备和软件在基于 VR 的实验中的有效性，他们将NeuroVista 与 Oculus Quest 2 VR 头显集成在一起，就在头显遮住用户眼睛的部分上方。

据悉，该系统的输入参考噪声小于 0.9480 μVrms，共模抑制比超过 96 dB，测量分辨率小于 0.1 μV，带宽为 0.5 ∼ 45 Hz，采样率为 250 Hz。

该系统还支持金属干电极，包括一个内置模拟带通滤波器、右腿驱动电路以及内置数字低通滤波器和陷波滤波器，可以降低测量过程中的噪声。

NeuroVista在初步测试中取得非常不错的结果，凸显了它在结合精确脑电图测量和VR进行心理学和神经科学实验方面的潜力。作为进一步研究的一部分，这一前景广阔的系统还可以进一步改进，并与其他市面上销售的 VR 头显集成。

研究人员表示，未来，他们开发的新设备将为心理学和神经科学研究开辟有趣的新途径，旨在观察人们在特定虚拟环境中的大脑活动。

值得注意的是，研究人员还可以很容易地重建电极系统，以专注于特定的大脑区域，这进一步扩展了其潜在的应用。

原文：

https://www.hardware-x.com/article/S2468-0672(24)00001-4/fulltext