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本文系统比较了混合现实（MR）与虚拟现实（VR）在不同虚拟深度（0.4、1.0、1.8 m）环境下，对稳态视觉诱发电位（SSVEP）信号质量、分类性能及视觉舒适度的影响。研究发现，MR环境能更有效缓解视觉辐辏调节冲突（VAC），获得比VR更高的信噪比（SNR）和信号稳定性；刺激距离与分类准确性呈负相关，最近距离（0.4 m）下FBCCA算法准确率最高；11.25 Hz是最佳刺激频率。该研究为康复脑机接口（BCI）在沉浸式视觉注意力训练、空间定向及上肢交互任务中的刺激深度与频率参数优化提供了实验依据，有助于提升未来康复BCI的长期使用依从性与临床转化价值。
引言
脑机接口（Brain-computer Interface, BCI）技术通过解码中枢神经系统活动产生的信号，在用户大脑与外部设备之间建立直接通讯通路。其中，稳态视觉诱发电位（Steady-State Visual Evoked Potential, SSVEP）因其高信噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）和低训练成本，被认为是构建视觉驱动BCI的有效方法，尤其在神经康复领域应用前景广阔。然而，头戴式显示器（Head-Mounted Displays）中普遍存在的视觉辐辏调节冲突（Vergence-Accommodation Conflict, VAC）可能削弱视觉皮层的神经反应，进而影响此类系统的长期可用性。本研究旨在系统评估不同虚拟深度条件下，MR与VR环境对SSVEP信号质量、分类性能及视觉舒适度的影响，为康复背景下的沉浸式视觉BCI设计提供参数指导。
实验设计与方法
本研究招募了10名视力正常的健康受试者。实验设备采用苹果Vision Pro头显与Neuracle可穿戴多模态EEG（Electroencephalography，脑电图）帽。在Unity 3D中开发了虚拟场景，并通过Vision Pro呈现MR与VR两种实验条件下的闪烁刺激。刺激为绿色圆形，在7.5、11.25和18 Hz三个频率下闪烁，并呈现在0.4、1.0和1.8米三个虚拟深度上。所有闪烁刺激均设计为保持恒定的2.07°视角，以确保在不同深度下视网膜输入强度相等。实验采用单目标被动注视SSVEP范式，每个试次包含1秒提示、5秒刺激和3秒空白屏休息。每个深度和频率组合重复10次，每个场景（MR/VR）共进行90次闪烁试验。
脑电信号通过位于枕区和顶枕区的9个电极（Oz, O1, O2, PO3, PO4, PO5, PO6, POz, Pz）记录，采样率为1000 Hz。数据预处理包括0.1-40 Hz带通滤波和基于同步标记的分段。分析采用无需训练的方法（如SNR计算、典型相关分析CCA、滤波器组典型相关分析FBCCA）和需要训练的方法（如任务相关成分分析TRCA进行分类性能评估）相结合的策略。
结果分析
空间滤波增强效果：任务相关成分分析（Task-Related Component Analysis, TRCA）空间滤波显著提升了所有条件下SSVEP信号的信噪比。在MR环境中，原始SNR为1.43 dB，滤波后提升至3.13 dB；在VR环境中，原始SNR为0.58 dB，滤波后提升至1.99 dB。随刺激距离增加，原始信号和滤波后信号的SNR均呈下降趋势（0.4米至1.8米）。这一结果表明，MR环境的SSVEP信号质量（滤波前后）均优于VR环境，且信号质量随观看距离增加而下降。
刺激距离对准确性的影响：分类准确性（区分7.5、11.25、18 Hz三种频率）与刺激距离呈负相关。无论是在CCA还是FBCCA算法下，准确性均在最近距离0.4米时最高（CCA：69.4% ± 35.5；FBCCA：71.8% ± 33.8），在1.0米时次之，在1.8米时最低。FBCCA算法通过引入滤波器组、融合多子带信息，其性能普遍优于传统CCA算法。
CCA相关系数与FBCCA特征值：CCA相关系数与FBCCA特征值均随刺激距离增加而呈现下降趋势。在0.4米距离处，平均CCA相关系数最高（0.321 ± 0.097），在1.8米处最低（0.273 ± 0.071）。FBCCA特征值也表现出相同趋势。线性拟合分析表明，CCA相关系数与SNR呈正比例关系（y = 6.93x – 1.05，Pearson's r = 0.390），FBCCA特征值与SNR也呈正相关。
主观视觉疲劳评估：实验后通过问卷评估受试者的视觉疲劳症状。虽然经过Bonferroni校正后，MR与VR环境在各项症状上的得分差异未达到统计显著性，但观察到一致的趋势：在双目复视、聚焦困难、眼干等症状上，VR环境的得分倾向于高于MR环境。例如，双目复视在VR环境中的中位数得分（3.0）高于MR环境（2.0）。
讨论
刺激距离衰减效应：研究结果清晰表明，随着刺激距离增加，SSVEP的分类准确性和信号质量（SNR）均下降。这种现象可归因于头戴式显示器引发的视觉辐辏调节冲突（VAC）。当虚拟刺激出现在近距离（如0.4米）时，眼睛的调节系统试图聚焦在约2.0米远的实际屏幕上，而辐辏系统则需内旋以对准0.4米的虚像，这种不匹配导致视觉系统信号去同步化，引发VAC，进而造成视觉疲劳并削弱SSVEP反应。
MR与VR环境性能对比：综合信号质量（SNR）、分类准确性和主观舒适度趋势来看，MR环境整体上优于VR环境。特别是在1.8米条件下，MR与VR的SNR差异最为明显。这可能是由于MR（混合现实）允许虚拟刺激叠加在真实环境上，提供了部分真实的深度线索，有助于缓解VAC；而VR（虚拟现实）是完全封闭的虚拟环境，可能加剧了视觉系统在调节与辐辏之间的冲突。这一发现为需要长时间舒适使用的康复BCI系统在显示模式选择上提供了重要参考。
最优刺激频率：在三个测试频率（7.5、11.25、18 Hz）中，11.25 Hz诱发的SSVEP振幅和SNR最高，表明其是该研究参数范围内的最佳刺激频带。这为设计高效、舒适的SSVEP-BCI系统提供了关键的频率参数。
结论与意义
本研究通过系统比较MR与VR环境下不同虚拟深度的SSVEP特性，揭示了刺激距离、显示模态和闪烁频率对SSVEP信号的交互调节作用。主要结论包括：
- 1.
MR优于VR：在信号稳定性、视觉舒适度和潜在的康复可用性方面，MR环境表现优于VR环境。
- 2.
距离负相关：刺激距离与SSVEP分类准确性呈负相关，近距离刺激（如0.4米）能获得更好的BCI性能。
- 3.
频率优化：11.25 Hz是诱发强健SSVEP反应的优势频率。
- 4.
算法验证：FBCCA算法在分类准确性上优于CCA，TRCA空间滤波能有效提升各条件下的信噪比。
本研究阐明的参数（如优先选择MR环境、采用近距离刺激、使用~11.25 Hz频率）为基于视觉的注意力训练、空间定向训练、上肢交互任务以及神经康复中的沉浸式反馈系统提供了经过实验验证的优化策略。这些发现有助于改善未来康复BCI的长期使用依从性，并提升其临床转化价值。
