باستخدام EEG المستندة إلى الدماغ الحاسوب واجهة لحركة المؤشر الظاهري مع BCI2000

تعمل واجهة كمبيوتر الدماغ أو BCI عن طريق ترجمة إشارة عصبية مثل مخطط كهربية الدماغ أو مخطط كهربية الدماغ ، إلى إشارة يمكن استخدامها للتحكم في جهاز كمبيوتر أو جهاز آخر. يبدأ الإجراء بربط غطاء قطب مخطط كهربية الدماغ بفروة رأس الشخص لتسجيل نشاط الدماغ. ثم يطلب من الموضوع تخيل العديد من الحركات الإرادية بأيديهم وأقدامهم ، وفي ذلك الوقت يتم إجراء إجراء معايرة ، والذي يحلل خصائص مخطط كهربية الدماغ نتيجة لإجراء المعايرة.

يمكن استخدام قيم R-squared والتصوير المقطعي لفروة الرأس لتحديد الأقطاب الكهربائية وصناديق التردد التي سيتم استخدامها لتوجيه المؤشر على شاشة الكمبيوتر. سيتمكن الأشخاص بعد ذلك من تحريك المؤشر بسرعة لاستهداف المناطق بمجرد التفكير فيها. مرحبا ، أنا آدم ويلسون ، وأعمل في مختبر جاستن ويليامز في قسم الهندسة الطبية الحيوية بجامعة ويسكونسن ماديسون.

سأشارك اليوم إجراء تسجيل نشاط الدماغ المسمى مخطط كهربية الدماغ أو مخطط كهربية الدماغ للتحكم في تطبيق واجهة كمبيوتر الدماغ. لذلك دعونا نبدأ. تبدأ هذا البروتوكول عن طريق توصيل أقطاب مخطط كهربية الدماغ بفروة رأس الشخص من خلال غطاء مخطط كهربية الدماغ ، والذي يضع الأقطاب الكهربائية وفقا للنظام الدولي 10 20.

لوضع الغطاء بشكل صحيح على فروة رأس الشخص ، استخدم قلم طرف لباد لتمييز الأنف ، وهو تقاطع عظام الأنف الأمامية والهندي ، وهو أكبر نتوء للعظم القذالي. ابحث عن نقطة المنتصف بين nasn و inion و market. هذا الموقف يسمى الرأس.

ابحث عن قطب تشيكوسلوفاكيا على الغطاء وضعه على الرأس مع الحفاظ على تشيكوسلوفاكيا ثابتا. ضع الغطاء على الرأس. تأكد من أن الأقطاب الكهربائية FC cz و PZ موجودة على خط الوسط لفروة الرأس ، وأن الأقطاب الكهربائية O واحد إلى O2 أفقية ومستوية مع أوقية ، وأن FP واحد إلى FP اثنين مستويين مع FPZ.

الآن قم بتوصيل القطب المرجعي ، والذي عادة ما يتم تثبيته على شحمة الأذن. الآن بعد أن تم وضع الأقطاب الكهربائية بشكل صحيح ، يجب على المرء التأكد من إجراء اتصال كهربائي مناسب لفروة الرأس. للقيام بذلك ، يتم وضع الجل الموصل أولا في حقنة صغيرة بإبرة نهاية حادة.

ثم أدخل الإبرة في قطب كهربائي وقم بتقطيع فروة الرأس برفق بالإبرة لإزالة أي جلد ميت. ابدأ بالقطب المرجعي للأذن وكرر ذلك لجميع الأقطاب الكهربائية ، بما في ذلك الأرض ، واملأ القطب بكمية صغيرة من الجل. احرص على عدم الإفراط في ملئه.

تحقق من المعاوقات لجميع القنوات ، والتي يجب أن تكون جميعها أقل من خمسة كيلو أوم. ستختلف طريقتك اعتمادا على نظام مكبر الصوت الخاص بك. للقيام بذلك باستخدام GUSB amp في BCI 2000 ، ستقوم بتغيير معلمة وضع الاستحواذ إلى مقاومة والضغط على تعيين التكوين للاستعلام عن قيم المعاوقة لجميع القنوات.

إذا كان القطب الكهربائي له مقاومة أكبر من خمسة كيلو أوم ، فأدخل الإبرة مرة أخرى وقم بتجديل فروة الرأس أكثر لتقوية الاتصال. ثم تحقق من المعاوقة مرة أخرى. الآن غطاء مخطط كهربية الدماغ جاهز للتسجيل.

للبدء ، قم بتكوين نظام الكمبيوتر لوضع الشاشة المزدوجة. ابدأ BCI 2000 من مشغل BCI 2000 عن طريق تحديد وحدة مصدر مكبر الصوت ووحدة معالجة الإشارة الوهمية ووحدة عرض التحفيز. أضف ملفات المعلمات لموضوعك ومكبر الصوت ومهام فحص المحرك ، والتي يجب عليك تكوينها مسبقا أثناء الجلسة ، تكون الشاشة إما فارغة أو تعرض تعليمات مثل اليد اليمنى أو اليسرى أو كلتا اليدين أو كلتا القدمين لمدة ثلاث ثوان في المرة الواحدة.

خلال كل حركة ثلاث ثوان ، يجب أن يتخيل الموضوع باستمرار الحركة المشار إليها. يجب أن تكون حركات اليد تفتح وتغلق اليدين مثل الضغط على كرة التنس ، ويجب أن تحرك حركات القدم القدمين ذهابا وإيابا مثل الضغط على دواسة الوقود بكلتا القدمين. عندما تكون الشاشة فارغة ، يجب أن يريح الموضوع الجسم تماما أثناء الجري.

كرر كل جزء من أجزاء الجسم 20 مرة وقم بإجراء خمس أشواط ليصبح المجموع مائة نقطة بيانات. يمكنك الآن تحليل البيانات لتحديد ميزات مخطط كهربية الدماغ الفريدة لكل حركة تخيل. الآن بعد أن انتهيت من جمع بيانات الفحص ، حان الوقت لاستخدام أداة التحليل غير المتصلة بالإنترنت BCI 2000 لتحديد الميزات الموجودة في إشارة مخطط كهربية الدماغ التي يمكن للمستخدمين تعديلها طواعية.

تقوم أداة التحليل دون اتصال بالإنترنت بتحويل إشارة مخطط كهربية الدماغ إلى مجال التردد حيث يمكنك تحديد القنوات وميزات التردد في الإشارة التي كانت مرتبطة إلى أقصى حد مع المهام. لبدء التحليل ، ابدأ برنامج مختبر الرياضيات وانتقل إلى مجلد التحليل غير المتصل BCI 2000 ثم ابدأ البرنامج. استخدم البرنامج لتحديد ميزات مخطط كهربية الدماغ التي ترتبط ارتباطا وثيقا بكل حركة.

لكل حركة ، ارسم البيانات ، ثم ابحث عن المخططات ذات القيم الأكبر R تربيعية أو أقوى ارتباط. يمكنك بعد ذلك استخدام القنوات وصناديق التردد ذات القيم الأكبر R-squared كإشارات تحكم لتحريك المؤشر في اتجاه معين. على سبيل المثال، قم بإعداد الميزات التي تتغير لحالة اليد اليمنى لتحريك المؤشر إلى الجانب الأيمن من الشاشة.

عند تحليل بياناتك ، تأكد من أن القنوات والترددات المختارة متوافقة مع الخصائص المعروفة للإيقاعات الحركية الحسية القشرية. على سبيل المثال ، يجب أن ترى تغييرات كبيرة تتوافق مع حركة اليد اليمنى المتخيلة فوق القشرة الحركية المقابلة بالقرب من C3 و CP ثلاثة ، وتتمركز بالقرب من ثمانية إلى 12 هرتز و أو 18 إلى 28 هرتز على التوالي. إذا كانت هذه المواقع والقيم مختلفة ، فمن المحتمل أنك قمت بقياس الضوضاء أو بعض التأثيرات العشوائية ويجب ألا تقوم بتكوين هذا الإيقاع المعين كميزة تحكم.

لكل شرط، اختر رقم القناة ونطاقات التردد التي تحتوي على أكبر أربع قيم R-squared. مع وجود هذه القيم في متناول اليد، يمكنك تكوين النظام لمهمة التحكم في المؤشر. الآن بعد أن حددت الميزات المرتبطة بكل حركة تخيل ، فقد حان الوقت لإعداد نظام BCI لاستخدام هذه الميزات للتحكم في حركة المؤشر.

أولا ، سنقوم بتكوين جلسة حركة المؤشر في مشغل BCI 2000 عن طريق تحديد وحدة معالجة إشارة AR ووحدة مصدر مكبر الصوت ووحدة المهمة. أولا، قم بتكوين عامل التصفية المكاني باستخدام مرجع متوسط مشترك. للقيام بذلك ، اضغط على التكوين في عامل التشغيل BCI 2000 لإظهار قائمة الإعدادات واضغط على علامة التبويب التصفية.

انتقل إلى التصفية المكانية وقم بتغيير مربع القائمة المنسدلة لنوع عامل التصفية المكاني إلى مرجع متوسط مشترك أو CAR ضمن عامل التصفية المكاني ، إخراج CAR. أدرج أسماء القنوات أو الأرقام التي حددتها في جلسة المعايرة. بعد ذلك، قم بتكوين مصفوفة التصنيف لاستخدام الميزات التي حددتها ضمن علامة التبويب التصفية.

انتقل إلى معلمة المصنف واضغط على مصفوفة التحرير. قم بتعيين عدد الأعمدة إلى أربعة وعدد الصفوف إلى إجمالي عدد المعالم المحددة. يتوافق كل صف مصفوفة مع ميزة فردية.

في العمود الأول، أدخل جميع أسماء القنوات. في العمود الثاني ، أدخل صناديق التردد التي حددتها للتحكم في كل حركة. في العمود الثالث ، تدخل قناة الإخراج حركة المؤشر التي تتحكم فيها الميزة.

قيمة واحد تتوافق مع الحركة الأفقية واثنان يتوافق مع الحركة الرأسية. وينبغي ضبط القنوات C3 وCP three وC four وCP four على واحدة للتحكم في المؤشر الأفقي. يجب ضبط المهمة C3 و CP ثلاثة و C و Four و CP أربعة و CZ على اثنين لمهمة التحكم في اللعنة الرأسية.

أخيرا ، في العمود الرابع ، أدخل وزن الميزة ، والذي يتوافق مع الاتجاه المعاكس المقصود. على سبيل المثال ، لتحريك المؤشر لليمين ، يجب أن تنتظر C3 و CP ثلاثة سالب واحد ، ولتحريكه إلى اليسار ، يجب أن تنتظر C أربعة و CP أربعة كواحد. وبالمثل ، لتحريك المؤشر لأسفل ، يجب عليك الانتظار CZ و CPZ كواحد ، ولتحريك المؤشر لأعلى ، يجب أن تنتظر C3 و C أربعة سالب واحد.

الآن بعد أن قمت بتكوين النظام بالإعدادات الصحيحة ، حان الوقت لبدء المهمة التجريبية. قم بإجراء التجارب في غرفة مضاءة بشكل خافت مع كرسي مريح للموضوع. أثناء المحاكمات ، يجب أن يحافظ الموضوع على الحركة إلى الحد الأدنى.

لتقليل القطع الأثرية ، ستكون هناك فواصل بين التجارب. بالنسبة للتجارب الأولى ، قم بتقييد المؤشر بمحور الهدف. أي إذا كان الهدف في الأعلى أو الأسفل ، فمن الممكن فقط تحريك المؤشر لأعلى أو لأسفل ، وإذا كان على يسار أو يمين الشاشة ، فيمكن للموضوع تحريك المؤشر إلى اليسار أو اليمين فقط.

يظهر أحد الأهداف لثانية واحدة. يظهر المؤشر في منتصف الشاشة. يكون لدى الموضوع بعد ذلك خمس ثوان لاستخدام الحركات المتخيلة المناسبة لتوجيه المؤشر إلى الهدف.

إذا وصل الموضوع إلى الهدف ، فإنه يتغير لونه بعد خمس ثوان دون ضربة ، وتنتهي مهلة الجلسة ويتم احتسابها على أنها خطأة. بعد التجربة ، هناك فاصل زمني بين المحاكمات لمدة ثانيتين يمكن خلالها للموضوع الاسترخاء أو الوميض أو البلع أو إعادة ضبط الأوضاع بعد 20 تجربة ، يدخل VCI 2000 في حالة تعليق. خلال هذا الوقت، قد تحتاج إلى إعادة ضبط بعض الإعدادات إذا كان الهدف غير قادر على تحريك المؤشر.

إذا كان الموضوع لا يزال غير قادر على تحريك المؤشر بعد أربع عمليات تشغيل ، فقد تحتاج إلى إعادة تحليل البيانات التي تم جمعها في أداة التحليل غير المتصلة بالإنترنت BCI 2000. حدد القنوات والترددات الجديدة بناء على مخططات الميزات الجديدة. قد يستغرق الأمر عدة جولات أو ربما عدة جلسات قبل أن يصبح الموضوع بارعا في المهمة.

توضح هذه الصور قيم تربيع R وتضاريس فروة الرأس لإجراء المعايرة مع الإشارة إلى القنوات وصناديق التردد التي يجب اختيارها. للتحكم في المؤشر ، يجب أن يكون الهدف المدرب قادرا على تحريك المؤشر بسرعة إلى الهدف المعروض في غضون ثانية أو ثانيتين. لقد أوضحنا لك للتو كيفية تكوين واجهة كمبيوتر الدماغ لجمع مخطط كهربية الدماغ وتدريب المستخدم على التحكم في المؤشر الافتراضي باستخدام نشاط دماغه.

من المهم أن تتذكر أن الأمر قد يستغرق الكثير من التدريب حتى يتعلم شخص ما كيفية استخدام هذا النظام ، ولكن مع بعض المثابرة ، يمكن لأي شخص تقريبا تعلم القيام بذلك. هذا كل شيء. شكرا على المشاهدة ونتمنى لك السعادة في تجاربك.