Eine einkanalige und nicht-invasive tragbare Gehirn-Computer-Schnittstelle für Industrie und Gesundheitswesen

Zusammenfassung

In diesem Artikel wird erörtert, wie eine Gehirn-Computer-Schnittstelle aufgebaut werden kann, indem man sich auf Geräte in Verbraucherqualität und stationäre, visuell evozierte Potenziale stützt. Zu diesem Zweck wurde ein Einkanal-Elektroenzephalograph, der trockene Elektroden nutzt, mit einer Augmented-Reality-Brille zur Reizdarstellung und Visualisierung der Ausgangsdaten integriert. Das endgültige System war nicht-invasiv, tragbar und tragbar.

Zusammenfassung

Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf den Aufbau eines tragbaren Brain-Computer-Interfaces (BCI). BCIs sind ein neuartiges Mittel der Mensch-Computer-Interaktion, das auf direkten Messungen von Gehirnsignalen beruht, um sowohl Menschen mit Behinderungen als auch Menschen mit Behinderungen zu unterstützen. Anwendungsbeispiele sind Robotersteuerung, industrielle Inspektion und Neurorehabilitation. Insbesondere haben neuere Studien gezeigt, dass sich stationäre visuell evozierte Potentiale (SSVEPs) besonders für Kommunikations- und Steuerungsanwendungen eignen, und es werden derzeit Anstrengungen unternommen, die BCI-Technologie in den Alltag zu bringen. Um dieses Ziel zu erreichen, muss sich das endgültige System auf tragbare, tragbare und kostengünstige Instrumente stützen. Bei der Ausnutzung von SSVEPs ist ein flackernder visueller Reiz mit festen Frequenzen erforderlich. Unter Berücksichtigung alltäglicher Einschränkungen wurde daher in dieser Studie die Möglichkeit untersucht, visuelle Reize mittels Datenbrillen zu setzen. Um die induzierten Potentiale zu detektieren, wurde zudem ein kommerzielles Gerät für die Elektroenzephalografie (EEG) in Betracht gezogen. Dieser besteht aus einem einzigen Differentialkanal mit trockenen Elektroden (kein leitfähiges Gel), wodurch ein Höchstmaß an Tragbarkeit und Tragbarkeit erreicht wird. In einem solchen BCI kann der Benutzer mit der Datenbrille interagieren, indem er lediglich auf Symbole starrt, die auf dem Display erscheinen. Nach diesem einfachen Prinzip wurde durch die Integration einer Extended-Reality-Brille (XR) in ein kommerziell erhältliches EEG-Gerät ein benutzerfreundliches, kostengünstiges BCI aufgebaut. Die Funktionalität dieses tragbaren XR-BCI wurde mit einer experimentellen Kampagne mit 20 Probanden untersucht. Die Klassifizierungsgenauigkeit lag je nach Stimulationszeit im Durchschnitt zwischen 80%-95%. Angesichts dieser Ergebnisse kann das System als Mensch-Maschine-Schnittstelle für die industrielle Inspektion, aber auch für die Rehabilitation bei ADHS und Autismus eingesetzt werden.

Einleitung

Eine Gehirn-Computer-Schnittstelle (BCI) ist ein System, das die Kommunikation mit und/oder die Steuerung von Geräten ohne natürliche neuronale Bahnen ermöglicht¹. Die BCI-Technologie ist das, was der Menschheit am nächsten kommt, um Objekte mit der Kraft des Geistes zu kontrollieren. Aus technischer Sicht funktioniert die Systembedienung durch die Messung der induzierten oder evozierten Gehirnaktivität, die entweder unwillkürlich oder willentlich vom Subjekt^{erzeugt werden kann 2}. In der Vergangenheit konzentrierte sich die Forschung auf die Unterstützung von Menschen mit motorischen Behinderungen durch BCI

Protokoll

Die Studie wurde von der Ethikkommission für psychologische Forschung der Fakultät für Geisteswissenschaften der Universität Neapel Federico II genehmigt. Die Probanden unterschrieben eine Einverständniserklärung, bevor sie an den Experimenten teilnahmen.

1. Vorbereitung der nicht-invasiven tragbaren Gehirn-Computer-Schnittstelle

1. Besorgen Sie sich einen kostengünstigen Elektroenzephalographen mit trockenen Elektroden in Verbraucherqualität und konfigurieren Sie ihn für die Verwendung mit einem Kanal.
   1. Schließen Sie alle ungenutzten Eingangskanäle des kostengünstigen Elektroenzephalographen kurz, oder schließ....

Ergebnisse

Eine mögliche Implementierung des oben beschriebenen Systems ist in Abbildung 1 dargestellt; Diese Implementierung ermöglicht es dem Benutzer, in Augmented Reality durch Gehirnaktivität zu navigieren. Die flackernden Symbole auf dem Display der Datenbrille entsprechen Aktionen für die Anwendung (Abbildung 1A), und somit stellt diese Brille einen Ersatz für eine herkömmliche Benutzeroberfläche dar, die auf Tastendrücken oder einem.......

Diskussion

Das ordnungsgemäße Funktionieren des Systems umfasst zwei entscheidende Aspekte: die SSVEP-Hervorhebung und die Signalerfassung. Abgesehen von den spezifischen Geräten, die für die aktuelle Studie ausgewählt wurden, könnte SSVEP mit verschiedenen Geräten ausgelöst werden, die ein flackerndes Licht liefern, obwohl intelligente Brillen bevorzugt werden, um Tragbarkeit und Tragbarkeit zu gewährleisten. Analog könnten weitere kommerzielle Elektroenzephalographen in Betracht gezogen werden, aber sie müssten tragbar und tragba.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Leitfähiger Gummi mit Ag/AgCl-Beschichtung	AB medica s.p.a.	N/A	Alternative Elektroden – Typ 2
Ohrclip-Elektrode	OpenBCI	N/A	Ohrclip
EEG-AE	Olimex	N/A	Aktive Elektroden
EEG-PE	Olimex	N/A	Passive Elektrode
EEG-SMT	Olimex	N/A	Kostengünstiger Elektroenzephalograph
Moverio BT-200	Epson	N/A	Smart Gläser
Schnappelektroden	OpenBCI	N/A	Alternative Elektroden – Typ 1