首页 问题 没见过的 SSVEP 频率 第三条路线 · 后续检验 · 解码器没训练过的 SSVEP 频率
解码器靠什么回答没训练过的 SSVEP 频率? 在第三条路线的 BETA 队列上,六项后续检验各检验一个想法——提问方式、分类头、刺激相位、匹配计算,以及对 CCA 的学习修正;第七项把这个修正原样用于 Wearable-102。
测量所用数据集: Wearable SSVEP BCI dataset (dry and wet electrodes)
简答 在 BETA 的留出频率上,时域 CCA 加一个小的学习修正达到 86.15% ,CCA 单独为 80.90% ,两者都在 8 个频率中选择(+5.24 pp ,+3.91 至 +6.62 ;70 名被试;pp 即百分点)。同一批模型原样用于 Wearable-102,相对 CCA 的变化为干电极 +0.07 pp (−0.71 至 +0.91 )、湿电极 −0.61 pp (−1.48 至 +0.23 )。读参考谱或刺激相位的学习型分类头远低于 CCA。
卡片 1 至 6:BETA,70 名被试,11,200 个两秒时间窗,7 个被试折 × 5 个频率轮换(32 个见过、8 个留出);训练的分类头各用 3 个随机种子。这些后续检验沿用第三条路线 已经研究过的队列。“没见过”指解码器中经过训练的部分没有见过。
问题 用 CCA 自身参考信号的频谱来提问,分类头在没训练过的频率上会不会做得更好?
改变了什么 每个频率的问法:用参考谱代替数值编码或题号,由 FiLM 分类头在同样的特征与数据划分上读取。
匹配对照 同一种 FiLM 分类头:在留出频率上用数值编码提问,在见过的频率上用题号提问;CCA 与固定频谱匹配都不经训练,在同样的时间窗上评分。 结果 用 CCA 自身参考信号的频谱提问(频率本身及其二次与三次谐波上的正弦与余弦),分类头在没训练过的频率上达到 39.00% (36.07% –41.78% )。数值编码为 41.46% ,CCA 为 80.90% 。与数值编码配对相比,参考谱相差 −2.46 pp (−3.47 至 −1.52 )。在见过频率的 32 类任务上,它的平衡准确率为 31.48% ,题号为 32.06% :配对差为 −0.57 pp (−1.06 至 −0.05 ),在 ±2 pp 的界值内等效,同时也是一个低于零的小差值。
在冻结的 CBraMod 特征上,参考谱在没见过的频率上同样低于数值编码(−2.35 pp ,−3.16 至 −1.57 )。在见过的频率上,它落在界值之内,差值方向未定(+0.44 pp ,−0.01 至 +0.92 )。这种问法同时改变了谐波、查询的形状与大小以及分类头的大小,所以这一结果描述的是整套做法。
95% 区间来自对被试与各折共享的种子编号所做的 2,000 次分层配对 bootstrap 抽样(种子 20261007)。普通频谱上四项主要对比、冻结的 CBraMod 特征上四项次要对比,均未做多重比较校正。用同一参考做固定频谱匹配、不经训练,在没见过的频率上达到 28.84% 。它的分数不随频率轮换而变,因此泛化代价按构造为零,CCA 也是如此。
卡片 1 的全部水平:留出、m8、代价、见过的频率,以及两项读出 局限 :本轮没有运行匹配(双线性)分类头与仅含基频的参考谱;卡片 2 运行了这两项。
卡片 2 · 分类头、特征与提问方式
是分类头、频谱还是提问方式
问题 拖住分类头的是什么:分类头本身、它读取的频谱,还是频率的问法?在见过的频率上,普通的 softmax 会不会更好?
改变了什么 每项对比改变一个指明的部分:分类头(用匹配分类头代替 FiLM 分类头)、特征(用保留相位的复数频谱代替普通频谱)、问法(带刺激相位的参考谱,或去掉二次与三次谐波的参考谱),以及在另一次运行中的输出(不带问题的 softmax,或用 softmax 损失训练第三条路线的分类头)。
匹配对照 未做这一改变的同一组,在相同的被试、折、轮换与种子上配对;卡片 1 的参考谱、数值编码与 CCA 作为水平列在一旁。 结果 在同样的频谱上,普通的 32 类 softmax 在见过频率上的平衡准确率为 35.90% (32.30% –39.32% )。每个问题一个输出的分类头,用同样的 softmax 损失训练,达到 31.45% ;像第三条路线那样用一对其余方式训练,则为 32.16% 。两者的配对差为 −0.71 pp (−1.01 至 −0.41 ):差值很小,低于零,并且在 ±2 pp 的界值之内。
在普通频谱上,用匹配分类头代替 FiLM 分类头,见过频率的平衡准确率在用参考谱提问时变化 −3.60 pp (−4.37 至 −2.73 ),用题号提问时变化 +2.54 pp (+1.74 至 +3.37 );按协议,分类头的提升要在区间下限高于 +2 pp 时才算有意义,两项的下限都没有达到。用题号提问时,还保留了相位的复数频谱使 FiLM 分类头的见过频率平衡准确率变化 +18.03 pp (+14.13 至 +21.77 ),达到 50.08% ;使匹配分类头变化 +21.53 pp (+17.25 至 +25.63 ),达到 56.14% 。复数频谱还改变了维度、缩放与分类头的大小,所以这些数字描述的是整套特征做法。
在留出频率上,带有各目标刺激相位的问法使复数频谱上 FiLM 分类头的准确率相对幅度问法变化 +16.30 pp (+13.36 至 +19.32 ),达到 24.97% ;匹配分类头变化 +15.95 pp (+13.38 至 +18.45 ),达到 22.47% 。并列来看,两者都低于普通频谱上的参考谱(39.00% )、数值编码(41.46% )与 CCA(80.90% );匹配分类头与 CCA 的配对差为 −58.43 pp (−62.10 至 −54.83 )。
刺激相位取自 BETA 作者的更正说明,换算为余弦约定、零潜伏期;各谐波幅度相等、第 h 次谐波的相位取刺激相位的 h 倍,属于建模假设。它们是屏幕上所显示刺激的相位,问法中不含任何在头皮上测得的相位。
从参考谱中去掉二次与三次谐波,普通频谱上 FiLM 分类头的留出准确率变化 −13.27 pp (−15.04 至 −11.45 ),降至 25.73% ;见过频率的平衡准确率变化 −3.12 pp (−3.65 至 −2.57 )。
95% 区间来自对被试与各折共享的种子编号所做的 2,000 次分层配对 bootstrap 抽样(种子 20261007)。主运行中十二项预先设定的对比均为主要对比,softmax 运行中一项主要、一项次要,均未做多重比较校正。
卡片 2 的全部水平:留出、m8、代价、见过的频率,以及两项读出 局限 :每一组都是一套固定的做法。匹配分类头是一种双线性设计;softmax 运行则一次改变了整个训练目标,或同时改变了结构中的几个部分。这些对比比较的是这些做法本身;普通频谱究竟含有多少频率信息,仍是开放的问题。两次运行都是在已知第三条路线结果的情况下设计的。
只在训练时,给每个时间窗的复数频谱加一个所有通道共用的随机延迟,延迟取自 0–125 ms,或取自 0 到训练标签频率的一个周期。分类头是复数频谱上的 FiLM 分类头,以带刺激相位的参考谱作查询,即带相位的查询(526,465 个参数,从零开始训练);查询和测试时间窗都不变。在留出频率上,0–125 ms 组达到 12.51% (11.93% –13.13% ),一个周期组达到 13.13% (12.61% –13.68% )。同一分类头不加延迟时为 24.97% (22.60% –27.44% )。主要对比,0–125 ms 减去不加延迟:−12.46 pp (−14.84 至 −10.25 )。见过频率上的平衡准确率从 49.24% 降到 15.70% 和 15.28% 。
只有 0–125 ms 减去不加延迟这一项是主要对比,其余都是描述性对比。95% 区间来自对被试与训练种子所做的 2,000 次分层配对 bootstrap 抽样(种子 20261007),以固定的被试折与三个种子为条件;五个固定的频率轮换先取平均。这 6 项对比都没有做多重比较校正。延迟是把已经加窗的系数乘以同一条相位斜坡,近似于起点的平移。一个周期的范围取决于训练标签的频率;0–125 ms 的范围不看标签,只在最低的刺激频率上恰好等于一个周期,所以各目标的相位分布不同。BETA 给每个目标分配各自的刺激相位,相邻频率之间按相同步长递增,所以延迟也去掉了与标签相关的信息。普通频谱上的幅度参考谱分类头(39.00% )在特征、查询和规模上都不同。全部 4 项随机标签检查都通过了(40 次拟合);仍不能排除借助依赖标签的延迟、只在训练中起作用的捷径。
全部 6 项配对对比 只在训练时,给每个时间窗的复数频谱加一个最长一个刺激周期的随机延迟,以同一条相位斜坡作用于所有通道。查询和测试时间窗都不变。以幅度参考谱作查询时,FiLM 分类头在留出频率上达到 30.56% (27.81% –33.22% )。与普通频谱上同一分类头、同一查询相比,变化为 −8.45 pp (主要对比;−10.14 至 −6.69 );与不加斜坡的复数频谱上同一分类头、同一查询相比(后者为 8.67% ),变化为 +21.88 pp (次要对比;+18.78 至 +25.00 )。见过频率上的平衡准确率从 47.29% 降到 15.03% 。匹配分类头在两项任务上最终都落在随机水平。同一留出任务上,CCA 达到 80.90% 。讨论串中的赌注是留出频率准确率会超过 39% ;FiLM 分类头以幅度参考谱作查询达到 30.56% ,以数值编码作查询为 28.10% 。
这 13 项对比中,六项为主要对比(P1–P6),七项为次要对比(S1–S7);都没有做多重比较校正。95% 区间来自对被试与训练种子所做的 2,000 次分层配对 bootstrap 抽样(种子 20261007),以固定的被试折与三个种子为条件;五个固定的频率轮换先取平均。CCA 无需训练,只有单一的种子维度;它唯一的对比是 S7(−67.97 pp )。留出分数在 8 个候选中选择,见过频率的分数在 32 个候选中选择,两者是不同的任务;留出分数的匹配对照是 m8,以幅度参考谱作查询的 FiLM 分类头在 m8 上达到 42.86% 。与普通频谱的对比(P1、P2、S3、S4)比较的除了斜坡,还有两种特征配方:复数频谱与普通频谱在归一化、维度和容量上都不同。延迟范围取决于每个时间窗的训练标签。FiLM 分类头与匹配分类头的初始分数不同,所以分类头之间的比较没有对齐初始化。BETA 给每个目标分配各自的刺激相位,所以相位本身携带真实的标签信息。相位斜坡作用于已经加窗的系数,保留幅度和通道间的相位,各谐波的相位一起转动,近似于一次时间平移。全部 10 项随机标签检查都通过了(120 次拟合);仍不能排除借助依赖标签的延迟、只在训练中起作用的捷径。
全部 13 项配对对比 描述性读出:泛化代价、nn8 与 u3 匹配分类头的泛化代价接近零,是因为它的留出分数和 m8 都落在随机水平。
CCA 不经训练、直接读取原始时间窗。它领先于学习型分类头,靠的是这一计算中的哪些部分?
在相同的划分下,原始两秒时间窗上的 CCA 在留出频率上达到 80.90% (76.80% –85.13% ,被试 bootstrap)。给时间窗加 Hann 窗后,它变化了 −7.95 pp (−9.07 至 −6.78 ),降至 72.96% 。无需训练的裁剪谱匹配在留出频率上达到 73.20% (68.62% –78.13% ),与 Hann 窗 CCA 相差 +0.24 pp (−0.12 至 +0.64 )。它所用的复数谱坐标,正是此前的复数频谱分类头在拟合缩放之前读取的坐标;以带刺激相位的参考谱提问时,这些分类头在卡片 2 中分别为 24.97% (FiLM 分类头)和 22.47% (匹配分类头),这里只作对照引用,没有与它们做配对对比。该匹配不使用标签,为每个时间窗拟合通道权重与参考权重。
在参考信号张成的子空间内对每个通道的能量取平均,达到 55.21% (49.99% –60.90% )。在源被试上训练的单个岭回归打分器,以每个通道在 3 个谐波上各自的能量占比为输入,达到 57.45% (53.20% –62.14% ):相对该平均为 +2.23 pp (+0.13 至 +4.37 ),相对 CCA 为 −23.46 pp (−26.64 至 −20.45 )。在见过频率的 32 类任务上,它与同一平均相差 −0.82 pp (−2.86 至 +1.18 )。
各打分方法在两项任务上的结果 每种方法都获得全部 40 个候选频率;“留出”指不参与有监督的拟合。本研究包含 6 种无需训练的打分方法和 35 次岭回归拟合,每项任务上有七个预先设定的对比。95% 百分位区间来自以被试为单位的 2,000 次配对 bootstrap 抽样(种子 20261015);未做多重比较校正。
在核对的 6 行上,裁剪后的坐标与此前分类头读取的输入一致;分类头拟合的缩放是可逆的,但会改变匹配所用的距离。核对方式:在全部 11,200 个时间窗上重建了 CCA,无需训练的打分方法抽查了 6 行,35 次岭回归拟合全部独立重新拟合。
卡片 6 · 对 CCA 的学习修正
在 CCA 之上学习修正 保留 CCA,只让学习的部分修正它的得分,留出频率上的准确率会提高吗?
保留时域 CCA,在其得分上加一个有界的学习修正,在留出频率上达到 86.15% (82.84% –89.35% ),CCA 单独为 80.90% :+5.24 pp (+3.91 至 +6.62 )。在见过频率的 32 类任务上,它达到 73.19% ,CCA 为 65.46% (+7.73 pp ,+6.10 至 +9.46 )。这个修正只能重新排序 CCA 相关系数彼此相差在 0.2 以内的候选。在全部留出频率的判断中,它把 7.39% 由错改对,把 2.14% 由对改错。给能量分类头加入裁剪谱匹配的六个典型相关系数,即得到适配分类头,在留出频率上带来 +17.51 pp (+15.46 至 +19.70 );这一增益捆绑了多项匹配运算。
候选频率仍为 CCA 提供正弦与余弦参考信号,也提供每个频率的数值编码。这里没有与滤波器组 CCA 和有监督的空间模板做比较。适配分类头与单独 CCA 的比较不是预先计划的对比,没有区间。每个训练组取三个固定训练种子的平均。每项任务上有六个预先设定的对比;95% 百分位区间来自以被试为单位的 2,000 次配对 bootstrap 抽样(种子 20261015),以拟合好的模型与三个固定的训练种子为条件;未做多重比较校正。
全部六组、六个对比与判断的变化 CCA 中最大的两个相关系数相差超过 0.2 的判断,改变了 0 次;这样的预测实例在留出频率上有 11,403 个,在见过的频率上有 6,012 个(在 3 个种子与 5 个轮换上合计)。
卡片 7 · 第二个数据集
同一修正用于 Wearable-102 原样用于第二个数据集时,学习修正还会改变 CCA 的得分吗?
Wearable-102:102 名被试,12 个目标(9.25 至 14.75 Hz),每种电极 12,240 个两秒时间窗,干电极与湿电极头带,记录按原样存储;105 个未改动的 BETA 模型。数据集文档无法排除部分被试也出现在 BETA 中。
卡片 6 的 105 个模型(7 个被试折 × 5 个频率轮换 × 3 个种子)在 BETA 上训练,原样用于 Wearable-102。在相同的时间窗上,模型平均为干电极 65.45% 、湿电极 81.04% ,匹配 CCA 为 65.38% 和 81.65% 。与匹配 CCA 配对比较,模型使干电极的得分变化 +0.07 pp (−0.71 至 +0.91 ),湿电极变化 −0.61 pp (−1.48 至 +0.23 );两个区间都包含零,也没有设定等效界值。模型的得分是 CCA 加一个有界的学习项,因此相对匹配 CCA 的变化就是学习项带来的部分。
此处的匹配 CCA 与模型内部的 CCA 项相同,使用到三次谐波的正弦和余弦参考信号,干电极为 65.38% 、湿电极为 81.65% ;「干电极与湿电极」页面 的 CCA 在相同窗口上使用到四次谐波的参考信号,为 65.47% 和 81.56% 。
裁剪谱检查(Wearable-102)的干电极为 57.78% 、湿电极为 73.01% ;它只作为诊断列出。
局限: Wearable-102 存储的幅值单位没有文档说明,而修正项读取的是幅度谱,所以这些数字都基于原样存储的记录。它的时间窗从刺激开始后 0.14 s 起,BETA 的时间窗从刺激开始时起;硬件、参考电极、被试和频率网格也同时改变,因此无法分离出单一因素。两种方法都获得这 12 个候选频率。每名被试的准确率对 105 个模型分别计算,先在模型上平均,再在被试上平均;没有集成、重新拟合或模型挑选。这一任务基于另一批记录,与卡片 1 至 6 的 BETA 结果分开看待。
干电极与湿电极为两个主要对比,两种电极合并为次要对比。95% 百分位区间来自以被试为单位的 2,000 次配对 bootstrap 抽样(种子 20261015),以固定的 105 个源模型为条件;未做多重比较校正。
讨论串中的下一项:用一组共享的学习权重给每个候选频率在基频及两个谐波上的通道×通道矩阵打分,不设逐频率参数,即在互谱特征上固定的学习线性读出,并按规定做逐试次归一化或白化。设计已冻结,正在运行;结果经审核后加入本页。
定义 普通频谱(L0) :八个通道各自的对数幅度谱,按通道分开保留:保留通道身份,舍弃相位。复数频谱(L0c) :每个通道在 Hann 窗下的复数傅里叶系数,包括实部与虚部,因而保留相位。它与普通频谱在归一化、维度以及读取它的分类头的容量上也不同。冻结的 CBraMod 特征(L1) :第三条路线所用的冻结 CBraMod 编码器的特征;这里没有训练编码器的任何权重。m8 :同样的八个频率和时间窗,在这些频率参与训练的另外四个轮换中,于八个候选之间评分:它是留出分数的匹配对照。泛化代价 :同一组的留出准确率减去 m8。对无需训练的打分方法,按构造为零。nn8 :近邻读出。对每个留出频率,把该组对两侧相邻的见过频率的分数取平均(网格边缘只有一个近邻),再在八个留出候选之间选择。它由近邻插值得到,与直接的留出分数并列。u3 :局部诊断。对真实频率被留出的时间窗,让该频率的分数与其相邻的见过频率竞争(网格边缘为两个候选)。它用真实目标来选定候选,因此衡量的是局部的频率分辨;在冻结的 CBraMod 特征上,它还涉及刺激相位。并列 :候选频率按升序排列;分数完全相同时,选频率最低的一个。各卡片的区间 卡片 1 与 2 :95% 区间来自对被试与各折共享的种子编号所做的 2,000 次分层配对 bootstrap 抽样(种子 20261007)。卡片 3 与 4 :95% 区间来自对被试与训练种子所做的 2,000 次分层配对 bootstrap 抽样(种子 20261007),以固定的被试折与三个种子为条件;五个固定的频率轮换先取平均。卡片 5 :95% 百分位区间来自以被试为单位的 2,000 次配对 bootstrap 抽样(种子 20261015)。卡片 6 :95% 百分位区间来自以被试为单位的 2,000 次配对 bootstrap 抽样(种子 20261015),以拟合好的模型与三个固定的训练种子为条件。卡片 7 :95% 百分位区间来自以被试为单位的 2,000 次配对 bootstrap 抽样(种子 20261015),以固定的 105 个源模型为条件。没有任何区间做多重比较校正。差值为配对差,在舍入前计算,因此印出的差值可能与印出水平之差在最后一位上不同。
两项工程说明 卡片 2 通过一个经过审查的兼容读取器,为此前的题号与数值编码运行评分,因为那些文件缺少列出其问题的字段。softmax 运行的冻结前检查改为对文件内容计算哈希。两项改动都没有涉及训练、预测或结果。
没有运行的部分 卡片 1 :把合成的参考波形送入 CBraMod;匹配(双线性)分类头(卡片 2 中已运行);仅含基频的参考谱(卡片 2 中已运行);超参数搜索;在新数据集上的独立重复。卡片 3 :每个通道各自独立延迟的机制对照;以数值编码作查询时的同样延迟(卡片 4 中已运行);匹配分类头(卡片 4 中已运行);在延迟后的起点重新截取原始时间窗;测试时的延迟增强;来自 CCA 的特征,或对 CCA 的学习修正(卡片 6 中已运行);迁移到新数据集。卡片 4 :延迟与标签无关的额外匹配分类头组;用同样延迟训练、不带查询的 softmax;测试时检查分数随相位斜坡变化多少的诊断;在延迟后的起点重新截取原始时间窗;其他数据集或模型;学习率或延迟范围的扫描。卡片 5 :与此前复数频谱分类头的配对对比。卡片 6 :滤波器组 CCA;有监督的空间模板;去掉主干或查询的消融;在 CCA 特征上更简单的学习型分类头。卡片 7 :等效界值;逐一改变单个因素:单位、时间窗起点、硬件、被试或频率网格;在目标数据上适配或重新训练。这里不发布的内容 任何逐人、逐折、逐轮换、逐种子、逐时间窗或逐频率的数值,以及预测、分数、特征、拟合好的分类头和封存的运行文件:只发布队列层面的水平、配对对比及其区间、决策转变比例与检查计数。 交接文档、协议、冻结记录、回执与审查,以及卡片 3 的正式分数文件:每一份都在发布清单中以 SHA-256 固定,并由导出流程核对;其中几份含有私有存储路径。 评论者的名字。 互谱这一轮:冻结时仍在进行;它的状态卡没有数字,结果将作为单独的文件和发布推出。 实测的计算量:运行时间、内存与进程标识。 卡片 6 各随机种子的准确率,以及加学习修正的裁剪谱匹配的决策转变;Wearable-102 上相对裁剪谱检查的对比。 署名、许可与知情同意 BETA Bingchuan Liu et al. · BETA: A Large Benchmark Database Toward SSVEP-BCI Application (2020), doi:10.3389/fnins.2020.00627.
卡片 1 至 6,以及卡片 7 在 Wearable-102 上运行的模型的来源。
须署名。被试知情同意所描述的用途是非商业科学研究,这一使用边界比版权许可更窄;未成年被试须征得监护人同意。
只发布队列层面的聚合结果;不发布被试记录、EEG 信号或单个预测。
来源 ↗ · CC BY 4.0
BETA 作者的更正说明(Description.pdf) 带刺激相位的参考谱(卡片 2 与 3)所用的刺激相位,换算为余弦约定、零潜伏期。读自 Hugging Face 镜像 Bingchuan/BETA(固定版本 d4290c02…)。
Description.pdf ↗
CBraMod 卡片 1 中冻结的 CBraMod 特征(L1),即第三条路线所用的特征。不分发任何权重。
代码:MIT · 权重:Apache-2.0(官方模型卡)Code: MIT · Weights: Apache-2.0 (official model card)
CBraMod 的页面 · 代码 ↗
Wearable-102 · An Open Dataset for Wearable SSVEP-Based Brain-Computer Interfaces Zhu, F., Jiang, L., Dong, G., Gao, X., & Wang, Y. (2021). An Open Dataset for Wearable SSVEP-Based Brain-Computer Interfaces. Sensors, 21(4), 1256. https://doi.org/10.3390/s21041256
Zhu, F., Jiang, L., Dong, G., Gao, X., & Wang, Y. (2021). An Open Dataset for Wearable SSVEP-Based Brain-Computer Interfaces (Version 4) [Data set]. Figshare. https://doi.org/10.6084/m9.figshare.13560281.v4
论文描述的知情同意范围是非商业科学研究。The paper describes consent for noncommercial scientific research.
基于 2026-09-20 获取的清华 BCI 实验室作者官方镜像快照计算;该镜像本身没有单独的 DOI 或版本号。
数据集记录 ↗ · Readme ↗ · CC BY 4.0
以上均为 BCI Report 的衍生分析,只发布聚合结果,不再分发任何原始数据。
数据来源: new-ssvep-frequencies-update.json · schema bci-report-new-ssvep-frequencies-update-v1。
继续探索
全部问题与迁移覆盖地图 →
引用本页 BCI Report. 解码器靠什么回答没训练过的 SSVEP 频率? [EB/OL]. (2026-10-20). https://bci.report/zh/topics/new-ssvep-frequencies/
数字来自发布 new-ssvep-frequencies-update-20261020 (2026-10-20)。也请同时引用上游数据集:署名就在本页。
每个发布版本都在 Zenodo 存档:doi:10.5281/zenodo.23123296 。 本站及各次发布的 BibTeX → · CITATION.cff ↗ (英文)