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听觉是人类获取外界信息的重要途径之一,然而因感知能力有限,人难以捕获听阈附近的微弱声音信号。脑-机交互(Brain-computer interaction,BCI)系统能将中枢神经活动转化为人工输出,从而增强、补充或改善人的认知、感觉等功能。因此,可通过将大脑与计算机相结合的方式,构建听觉型脑-机交互系统,提高人对外界微弱声音信号的辨识能力。此外,在BCI系统中加入经颅直流电刺激(Transcranial direct current stimulation,tDCS)可提高大脑的认知效率,从而进一步提升大脑对微弱声音信号的辨识能力。基于上述背景,本文采用听阈附近的微弱声音刺激设计听觉感知任务,受试者需对目标声音做出辨识。实验采集了16名受试者的脑电信号,并记录其按键情况。通过行为学分析发现,受试者平均反应正确率为55.72%,平均反应时间为580.87 ms。通过脑电信号分析发现,受试者未主观意识到的微弱听觉刺激(miss情况)可诱发听觉事件相关电位(Event-related potential,ERP),但其与辨识出的刺激(hit情况)诱发的ERP相比,幅值偏低且潜伏期偏长。同时miss情况下前额α波频段能量显著增强,hit情况下前额β波频段能量显著增强。基于以上脑电特征,本研究采用任务相关成分分析的方法进行目标声音的识别。在平均假阳率为4.6%的前提下,BCI系统的目标识别正确率平均提升了14.8%。最后,通过融合tDCS技术对提高听觉型BCI系统的微弱声音信号辨识能力做了进一步研究。实验共有10名受试者,分别先后接受真、伪刺激(随机顺序)。其中,真刺激条件下在受试者前额施加1.2 mA电流强度,15 min时长的tDCS;伪刺激条件下除刺激时长外,其他参数均与真刺激相同。通过行为学分析发现,真刺激组受试者的平均反应正确率较伪刺激组显著提升了10.7%。通过分析脑电信号发现,真刺激组听觉ERP的晚正成分幅值显著增加,且前额β波能量显著下降。研究结果表明,通过tDCS调节大脑皮层兴奋性可以提高大脑的听觉辨识能力。本文设计了听觉感知实验,证明无论从系统性能提升还是脑认知功能增强的角度均能提高BCI系统对微弱声音信号的辨识能力,其结果为声音目标识别效率提高奠定了基础。