Iranian Journal of Biomedical Engineering (IJBME)

ایجاد سیگنال ساختگی پتانسیل برانگیخته دیداری حالت ماندگار با نسبت سیگنال به نویز مشخص

نوع مقاله : یادداشت کوتاه پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی

2 دانشگاه سمنان

چکیده
سیگنال‌های پتانسیل برانگیخته دیداری حالت ماندگار (SSVEP) به دلیل توانایی آنها‌ در سیستم‌های رابط مغز-رایانه، توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده‌اند. در این راستا، ایجاد سیگنال‌های SSVEP ساختگی با ویژگی‌های قابل‌کنترل نظیر نسبت سیگنال به نویز (SNR) معین، ابزار ارزشمندی برای تحلیل دقیق این سیگنال‌ها و توسعه روش‌های نوین پردازش فراهم می‌کند. در این پژوهش، روشی برای ایجاد سیگنال‌های SSVEP ساختگی با نسبت سیگنال به نویز مشخص مبتنی بر قانون توان پیشنهاد شده است. برای این منظور، طیف توان سیگنال ساختگی با ترکیب مولفه خودبخودی و مولفه برانگیخته بر اساس مقدار SNR ایجاد گردید. ساختار طیف توان مولفه خودبخودی مبتنی بر قانون توان تعیین گردید و مقدار پارامترهای آن بر اساس توزیع پارامترهای سیگنال‌های واقعی انتخاب شد. همچنین طیف توان مولفه برانگیخته بر اساس مقدار نسبت سیگنال به نویز و مقدار طیف توان مولفه خودبخودی در فرکانس تحریک و هارمونیک‌های آن ایجاد گردید. بررسی شکل‌موج زمانی و توان مولفه‌های فرکانسی و همچنین محاسبه توزیع همبستگی بین نمونه‎های سیگنال‌های واقعی و سیگنال‌های ساختگی در قیاس با روش پژوهش‌های پیشین حاکی از عملکرد مطلوب روش پیشنهادی است. این روش امکان تولید سیگنال‌های ساختگی با SNR مشخص و ویژگی‌های آماری مشابه سیگنال‌های واقعی SSVEP را با هر تعداد و با صرف هزینه و زمان ناچیز فراهم می‌آورد. این پژوهش گامی مؤثر در جهت توسعه روش‌های تخمین SNR در سیگنال‌های بیولوژیکی است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Generation of Synthetic Steady-State Visual Evoked Potential Signals with a Specified Signal-to-Noise Ratio

نویسندگان English

Ali Maleki 1
Seyed Hossein Hashemi Petrudi 2
2 Semnan University
چکیده English

Steady-state visual evoked potentials (SSVEPs) have garnered significant attention from researchers due to their utility in brain-computer interface (BCI) systems. In this context, the generation of synthetic SSVEP signals with controllable features, such as a specified signal-to-noise ratio (SNR), provides a valuable tool for the precise analysis of these signals and the development of novel processing methods. In this study, a method for generating synthetic SSVEP signals with a predefined SNR based on the power law is proposed. To achieve this, the power spectrum of the artificial signal was constructed by combining spontaneous and evoked components according to the desired SNR. The structure of power spectrum of the spontaneous component was determined based on the power law, and its parameter values were selected according to the distribution of parameters from real signals. Furthermore, the power spectrum of the evoked component was generated based on the signal-to-noise ratio and the power spectrum value of the spontaneous component at the stimulation frequency and its harmonics. Evaluation of the temporal waveform, frequency component power, and the correlation distribution between real and artificial signal samples, in comparison with results of previous research methods, indicates the effectiveness of the proposed approach. This method enables the generation of artificial signals with a specified SNR and statistical characteristics similar to real SSVEP signals, in any quantity, with minimal cost and time. This research represents a significant step toward the development of SNR estimation methods in biological signals.

کلیدواژه‌ها English

Brain-computer interface
Steady-state visually evoked potential
Synthetic electroencephalogram
Signal-to-noise ratio
دوره 18، شماره 3
پاییز 1403
صفحه 319-328

  • تاریخ دریافت 17 بهمن 1403
  • تاریخ بازنگری 17 اردیبهشت 1404
  • تاریخ پذیرش 21 اردیبهشت 1404