近日，清华大学高小榕教授联合中科院王毅军教授以及多所高校科研团队在《Cyborg and Bionic Systems》刊发最新研究成果，提出全新“文字序列刺激”稳态视觉诱发电位脑机接口（SSVEP-BCI）范式。与传统的SSVEP不同，本次研究创新性将周期性频闪与汉字字形认知信息结合，激活大脑腹侧视觉通路，形成区别于传统亮度闪烁的脑电响应模式。让SSVEP脑机接口在保持超高速信息传输的同时，大幅降低视觉疲劳、提升了使用舒适度。
文字序列刺激实验范式。(A)扫频实验与对照实验中单试次刺激流程示意图。(B)6赫兹下文字序列刺激与亮度调制稳态视觉诱发电位（SSVEP）的亮度变化对比。©作者团队/Cyborg and Bionic Systems
设计：“阅读即控制”
传统SSVEP-BCI依赖高强度闪烁光源来激发大脑的视觉反应，这种方式虽然有效，却像不断用闪光灯照射眼睛，极易引发视觉疲劳。研究团队另辟蹊径，利用汉字序列的周期性呈现作为刺激源。当不同汉字以特定频率依次变换时，大脑不仅能识别文字本身，还会产生与变换频率同频的脑电节律。
这种设计巧妙地将文字识别与频率编码合二为一，使得用户在阅读文字的同时，也在向电脑发送指令，实现了“阅读即控制”的自然交互方式。
实验：文字序列刺激稳定响应
为验证这一方案的可行性，研究人员开展了一系列缜密的实验。在频率扫描实验中，21名志愿者分别注视以3至12赫兹不同频率变换的汉字序列。结果显示，大脑对文字序列的响应具有明显的频率依赖性：在3到8赫兹的低频段，脑电信号（EEG）主要分布在双侧枕颞叶区域——这是大脑处理文字和物体识别的重要区域；而当频率升至10赫兹以上时，响应模式逐渐转向枕叶区域，与传统亮度闪烁刺激的响应模式趋于一致。这一发现表明，文字序列刺激并非简单重复亮度闪烁的机制，而是调动了更广泛的脑区参与。
在对比实验中，研究团队进一步探究了刺激尺寸和亮度变化对脑电响应的影响。他们分别测试了50、100、150三种字号以及低、中、高三种亮度水平。结果令人振奋：文字序列刺激在各条件下的信噪比变化幅度仅为1.65至4.50分贝，而传统亮度闪烁刺激的变化幅度高达3.40至9.00分贝。
文字序列刺激的频域响应特征：
（A）全体被试平均后的6赫兹刺激下平均信噪比（SNR）频谱图。
（B）3–12 赫兹区间内，刺激频率与脑电图（EEG）信噪比的对应关系。
（C）枕颞电极PO7、PO8与枕区电极Oz处，基频信噪比随刺激频率的变化曲线。
（D）文字序列刺激下平均信噪比脑地形图。
©作者团队/Cyborg and Bionic Systems
统计分析显示，在3赫兹和9赫兹条件下，文字刺激的响应强度几乎不受尺寸和亮度变化的影响；即使在6赫兹条件下，最小最暗的文字仍能激发稳定响应。这表明文字序列刺激对物理参数变化具有更强的耐受性，为设计更小型、更柔和的视觉刺激界面提供了可能。
开发：高速SSVEP汉字拼写器
基于上述发现，研究团队开发了一款包含40个目标的文字输入键盘，并招募14名志愿者进行在线测试。刺激频率范围为3.4至11.2赫兹，频率间隔0.2赫兹，配合相位编码实现多目标并行呈现。采用任务判别成分分析算法进行脑电解码，平均分类准确率达到93.71%，信息传输速率高达每分钟235.12比特。最佳表现者实现了100%的准确率，信息传输速率达到每分钟266.10比特。
(C)40目标脑机接口拼写器界面。(D)采用联合频相调制（JFPM）编码方式的40目标脑机接口各目标对应的频率与相位参数。©作者团队/Cyborg and Bionic Systems
更值得一提的是，从刺激开始到识别完成仅需0.7秒的数据采集时间，加上0.5秒的目光转移时间，每次选择总计仅需1.2秒，真正实现了“所想即所得”的快速输入。
在用户体验方面，文字序列刺激展现出了显著优势。研究团队采用五分量表和NASA任务负荷指数进行了系统评估。结果显示，在舒适度、闪烁感知和偏好度三个维度上，文字序列刺激均显著优于传统亮度闪烁范式。值得注意的是，在NASA-TLX评估中，文字序列刺激的身体负荷评分显著低于传统范式，这可能是由于用户无需忍受强烈的视觉闪烁刺激。虽然心理负荷略有上升，但差异未达显著水平，说明文字识别过程并未给用户带来额外的认知负担。在1至20赫兹的全频段舒适度评估中，除1赫兹极低频外，文字序列刺激在几乎所有频段上都表现更佳。
机制：不仅「看见」，还有「阅读」
从神经机制的角度来看，文字序列刺激之所以能兼顾高性能与舒适性，可能源于其激活了不同的视觉通路。传统亮度闪烁主要激活枕叶区域的初级视觉皮层，而文字识别涉及腹侧视觉通路中的枕颞叶区域，包括梭状回等与阅读相关的脑区。研究中的源定位分析也证实，文字刺激的响应源不仅局限于枕叶，还扩展到了更广泛的枕颞叶区域。这种分布式响应模式为脑电解码提供了更丰富的信息来源，同时也避免了对单一脑区的过度依赖，可能是其抗疲劳性能更好的神经基础。
展望：脑机交互新范式
当然，这项技术仍面临一些挑战。研究发现个体间存在一定差异，在线准确率从79.06%到100%不等，这可能与个人的阅读流畅度、视觉词汇处理能力以及个体Alpha节律差异有关。此外，目前的研究对象均为健康的年轻普通话母语者，未来需要在患者群体、老年人群以及非母语使用者中进一步验证。研究团队也指出，长期使用中的疲劳累积效应、学习适应效应以及阅读能力随年龄的变化等因素，都还需要更系统的长期追踪研究来评估。
展望未来，文字序列刺激脑机接口有望在多个领域发挥重要作用。对于运动功能障碍患者，这将提供一种更舒适、更高效的沟通工具；在虚拟现实和增强现实场景中，这种“注视即选择”的交互方式可以解放双手，提升沉浸感；在智能家居控制、无人机操控等应用中，高速而舒适的脑机接口将让意念控制变得更加自然。更重要的是，由于文字刺激可在较小的视觉区域内呈现，且响应分布较广，它特别适合与可穿戴设备集成，未来或许我们只需佩戴一副轻便的眼镜，就能实现与数字世界的无缝对话。
当汉字遇上脑电波，我们正在打开一扇通往更自然、更友好的人机交互之门。
论文信息
标题：Text Sequence Stimulation for High-Speed and Comfortable SSVEP-BCI
期刊：Cyborg and Bionic Systems
发表日期：2026/6/15
DOI：https://doi.org/10.34133/cbsystems.0612
作者团队：见下图
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