Ear-EEG数据集调研

有关耳脑电的概述、4个应用类别的可行性、公开数据集的材料调研。

1.概述

和全头皮脑电类似，ear-EEG同样是通过在皮肤上放置电极记录微小的电压变化，以测量动态的大脑活动。电极传感器可以放置在外耳的不同位置（耳廓、耳甲、耳道），检测设备材料种类很多，测量方式也分干/湿电极，但是与头皮脑电相比，耳脑电的电极部署数量少，且信号幅度(signal amplitude)明显低于头皮脑电10-20dB。

耳脑电靠近颞叶(Temporal Lobe)区域，这个区域和听觉、语言处理、记忆和情感都相关，在事件相关电位(ERPs)、脑机接口(BCI)、睡眠、癫痫4个领域都已有研究来证明耳脑电信号的可行性。

2.应用领域

2.1 事件相关电位

ERP是测量的大脑对视觉、声音或触觉的短暂刺激的反应。耳脑电被证明可可靠测量几个熟知的ERPs，耳脑电实现的EEG诱发范式大多数与听觉刺激有关，包括听觉诱发电位(auditory-evoked potentials，AEPs)和听觉稳态电位(multiple auditory-steady responses, ASSR)，以及SSVEP。

2.2 脑机接口

BCIs是用于解码电生理信号去控制一个外部设备的技术。综述中介绍了多篇paper采集耳脑电然后用于注意力状态鉴别、驾驶员嗜睡分类。

2.3 睡眠

耳脑电适合于长期的监测睡眠质量，耳内传感器获取的数据可以被用于睡眠分期的评估，但也提到耳脑电的amplitude比标准EEG低。

2.4 癫痫

适合长期监测，指出耳脑电适合记录颞叶癫痫信号，并用于癫痫评估。

3.公开数据集

3.1 睡眠监测

• Ear-EEG Sleep Monitoring 2017 (EESM17)

睡眠监测数据集，包含9名受试者的夜间脑电图记录。这些recording包括脑电图、眼电图和下巴肌电图，以及 14 个耳部脑电图电极。

label分为两类，1:wake; 2:sleep

3.2 运动想象

• Ear-EEG Recording for Brain Computer Interface of Motor Task

左/右手抓握运动想象数据集，包括6个受试者。耳部脑电图与头皮脑电图同时记录。8个耳电极放置在前耳道和后耳道（标记为 xF、xB）
以及耳甲的两个上部和下部位置（标记为 xOU 和 xOD）。所有耳部和头皮电极均以头皮REF电极为参考。
头皮GRD电极用作接地参考。以1000 Hz采样信号，然后用0.5 Hz至100 Hz之间的带通滤波器和陷波滤波器进行滤波。

3.3 SSVEP

• EEG Dataset for SSVEP using Ear-EEG and Scalp-EEG

数据集是韩国的一个网站，需要申请：

• 论文_包含实验范式

3.3.1 论文摘要

耳-脑电对电极位置有自然的限制(例如，限制在耳内或耳周围)，无法充分获取信息丰富的大脑信号。在特定的BCI范式中，不利用耳周围颞叶的脑信号，实现可靠的耳-脑电性能是困难的。
例如，稳态视觉诱发电位(SSVEPs)主要产生于枕区，在耳-脑电中具有明显的衰减和扭曲幅度。因此，保持高水平的解码精度对于基于耳-脑电的SSVEP BCI是具有挑战性和必要的。
本文首先研究了在SSVEP范式下，利用枕区估计的目标脑电信号，采用线性和非线性回归方法来提高耳-脑电解码精度。…

3.3.2 实验范式

实验一共3个session，前两个session同时记录头皮脑电和耳脑电，第3个session只记录耳脑电。刺激频率有3种，一次trial范式如图所示。

11个subjects，采样频率500hz，0.3-50 Hz的带通滤波器和60Hz陷波滤波器。

• session1 和 session2，每类刺激50个trial，一共150trial。
• session3，只获取耳-脑电图信号，每个类20个trial，一共60个trial。
• 三个session是不在不同的天获得的。

4.参考资料

• Ear-EEG_wikipedia
• 韩国ssvep数据集的范式说明
• Ear-EEG Devices for the Assessment of Brain Activity: A Review