电极: 左右耳各一片 cEEGrid,C-shaped flexible printed Ag/AgCl electrodes,每耳 10 个电极,双面胶固定(System description; PDF p. 5)。
接口: mini edge card socket 固定在 PCB 上,把 cEEGrid 信号接入 OpenBCI;还包含 3D-printed clip、PCB holder 和改造后的 Cyton enclosure(Fig. 1-4; PDF pp. 5-8)。
通道限制: OpenBCI 最多连接 18 个 cEEGrid electrode channels including reference/ground,因此左右各有一个 cEEGrid 电极未接入;本配置中 L3/R3 被留空(System description; PDF pp. 6-8)。
参考/地: 作者选择 L6 ground、R6 reference;也说明可用 L5/R5 计算 linked mastoid reference,具体选择可按研究问题调整(System description; PDF pp. 7-8)。
电极点位 / 布局
cEEGrid 围绕耳廓贴附,PCB/连接器需靠近耳部支撑,避免 cEEGrid PCB 重量牵拉贴片(System description/Discussion; PDF pp. 6-8, 21)。
线缆应固定并尽量 twisted,以降低 cable movement artifacts;作者明确将 motion artifacts 视为 cEEGrid wearable work 的核心问题之一(System description/Discussion; PDF pp. 8, 20-21)。
实验设计
被试: 6 名男性,24-30 岁,mean 27.83,median 29.5,右利手,视力/色觉正常,健康且未服用影响心智状态药物;均为未付费同事(Participants; PDF p. 9)。
环境: office room,setup 后被试自主完成任务,体现 semi-real-world 数据采集设定(Procedure; PDF pp. 9-10)。
任务: eyes closed 60 s、eyes open fixation 60 s、eyes open video 60 s、time production 60 s,以及 hard/moderate/easy arithmetic 各 60 s;整套流程重复两次(Procedure; PDF pp. 9-11)。
主观量表: NASA-TLX 6 dimensions 0-21 用于 workload;Flow Short Scale 中 fluency、absorption、optimal challenge 相关条目用于 flow(Measures; PDF pp. 10-11)。
ECG 对照: 额外用 Biosignalsplux Lead II 以 1000 Hz/16-bit 采集 ECG;一名被试因 ECG electrodes 脱落而不进入 ECG 对照分析(ECG methods; PDF pp. 11-12)。
信号处理流程
EEG 使用自动化 preprocessing:R 中按条件切段和检查样本/timestamp;Matlab/EEGLAB 中 channel mean subtraction、algebraically linked mastoids re-reference、CleanLine 去 25/50 Hz、1 Hz high-pass FIR detrend、45 Hz low-pass FIR denoise、AMICA ICA、ASR 去高幅非平稳伪迹,最后 Welch PSD;ECG 使用 Pan-Tompkins pipeline 检测 R-waves(Processing; Appendix A.1; PDF pp. 11-12, 24-26)。
条件效应用 PSD 和 linear mixed models 分析,含 random intercepts;事后比较使用 Bonferroni correction(Results; PDF pp. 12-18)。
Workload 频带包括 theta 4-7 Hz、alpha 8-12 Hz、beta 13-30 Hz、gamma 31-40 Hz(Results; PDF pp. 14-17)。
结果
Berger effect: eyes closed 的 8-12 Hz alpha power 明显高于 eyes-open/video/task 条件;linear mixed model 显示主效应显著,eyes closed 与其它阶段均显著不同(Fig. 6; Results; PDF pp. 12-14)。
Workload: theta、beta、gamma 随困难任务增强;主效应显著,theta 在高 workload 与 rest 之间的 post-hoc 差异达到 p < 0.001;NASA-TLX 从 rest 到 harder arithmetic 呈阶梯式增加(Fig. 7-8; PDF pp. 14-17)。
Workload 回归: theta、beta、gamma 与 z-scored workload 呈显著正相关,alpha 不显著;报告的 R2 约 0.108-0.278,说明可用但解释度有限(Results; PDF pp. 16-17)。
ECG: 5 名有效 ECG 对照中 4 名可在 cEEGrid 中识别 R-wave;Bland-Altman mean absolute difference 1.6 ms,non-parametric limits of agreement ±9.8 ms,Pearson r = 0.94(Fig. 9; PDF pp. 17-18)。
Flow: theta/beta/gamma 与 flow 未呈显著关系;alpha 与 flow 呈显著二次关系,作者解释为 moderate temporal alpha activation 可能与 flow 相关(Fig. 10; PDF pp. 18-20)。
局限
样本只有 6 名且全为男性,HCI/flow/workload 相关结论仍属 feasibility evidence(Discussion; PDF pp. 20-21)。
Workload 频带效应不是高特异性 marker;temporal alpha 与 workload/flow 的解释受源位置和任务成分影响(Discussion; PDF pp. 19-21)。
cEEGrid 仍受 motion artifacts、线缆牵拉、PCB 支撑和佩戴稳定性限制;真实移动场景需进一步验证(Discussion; PDF pp. 20-22)。
Open-source concealed EEG data collection for Brain-Computer Interfaces: Real-world neural observation through OpenBCI amplifiers with around-the-ear cEEGrid electrodes
Year
2021
Category
04_sleep_hearing_real_world
Route
OpenBCI + cEEGrid
Stage
open-source real-world BCI
Status
processed
Source integrity
ok
Pages
28
OCR status
not_needed
Evidence Groups
Group
Hits
Pages
hardware
12
p. 1, p. 2, p. 3
electrode_layout
12
p. 1, p. 2, p. 3, p. 4, p. 5
experiment
12
p. 1, p. 2, p. 3, p. 4, p. 5
signal_processing
12
p. 1, p. 2, p. 3, p. 4, p. 5, p. 6, p. 7
results
12
p. 1, p. 2, p. 3, p. 4, p. 5
limitations
12
p. 1, p. 2, p. 3, p. 4, p. 5
Local Evidence Sources
Source PDF path: US-pdf/Open-source concealed EEG data collection for Brain-Computer Interfaces- Real-world neural observation through OpenBCI amplifiers with around-the-ear cEEGrid electrodes.pdf
Public PDF path: /papers/17-reali-2021.pdf
Categorized PDF path: library/pdfs_by_category/04_sleep_hearing_real_world/17_2021_reali_et_al_open_source_concealed_eeg_data_collection_for_brain_computer_interfaces_real_wor.pdf
Extracted text path: library/texts/04_sleep_hearing_real_world/17_2021_reali_et_al_open_source_concealed_eeg_data_collection_for_brain_computer_interfaces_real_wor.txt