7.3.4 性能评价
1.分类准确率
分类准确率(accuracy,Acc)是脑机接口中最基本的评价指标,其常用表现形式是百分比。对于N次试验中,正确分类了M次时,分类准确率为
2.响应时间
响应时间是指从测试者集中注意力从事脑力实验开始到检测到有效的脑电信号所用的时间。响应时间与实验范式有关,其中稳态视觉诱发电位响应速度较快(大约2 s),P300电位响应速度居中(大约6 s),事件相关去同步化/事件相关同步化电位响应速度较为缓慢(大约10 s)。
3.信息传输率
信息传输率是BCI研究中应用最为广泛的评价指标。ITR是指在单位时间内传输的信息量的比特数,也称为比特率(bit/rate)(单位:bits/min)。在BCI系统中信息传输量为
其中,N为BCI系统中任务目标数量;p为分类准确率;B为识别一个指令所传输的信息量,bit/trial。响应时间为T(单位:s)时,信息传输率为
根据式(7.3)可知,ITR的大小由分类准确率、响应时间以及分类数量共同决定。由图7.7可知(图中N为目标数量),BCI系统中ITR随着目标数量以及准确率的提高而增大,随着响应时间的延长而减小。
4.信噪比
信噪比(signal-noise ratio,SNR)是指由电子设备构成的系统中,信号与噪声之间耗能的比例。其中,信号是指由电子设备产生的有效信号,而噪声是指有效信号经过电子设备后产生的无规律的干扰信号,这种信号不与有效信号相关,也不携带有用信息。信噪比的计量单位是dB,计算公式为
其中,Ps为信号的有效功率;Pn为噪声的有效功率。当功率不易求得时,可以转换为幅度值的公式:
图7.7 ITR与准确率及分类数量的关系(摘自Brain-computer interface technology:a review of the first internationalmeeting[6])
其中,Vs为信号电压的有效值;Vn为噪声电压的有效值。
基于上述理论,为了提高脑机接口系统性能,往往从四个方面进行改善:①提高分类准确率;②增加目标识别数量;③缩短响应时间;④提高信噪比。