שימוש EEG מבוסס מוחי המחשב ממשק עבור תנועת הסמן וירטואלי עם BCI2000

ממשק מחשב מוח או BCI מתפקד על ידי תרגום אות עצבי כגון אלקטרואנצפלוגרמה או EEG, לאות שניתן להשתמש בו כדי לשלוט במחשב או במכשיר אחר. ההליך מתחיל בהצמדת מכסה האלקטרודה EEG לקרקפת של הנבדק כדי לתעד את הפעילות המוחית. לאחר מכן הנבדק מתבקש לדמיין מספר תנועות רצוניות עם הידיים והרגליים, ואז מבוצע הליך כיול, המנתח את מאפייני ה- EEG כתוצאה מהליך הכיול.

ניתן להשתמש בערכי R בריבוע ובטומוגרפיה של הקרקפת כדי לקבוע אילו אלקטרודות וסלי תדרים ישמשו להנחיית סמן על מסך המחשב. לאחר מכן הנבדקים יוכלו להזיז את הסמן במהירות לאזורים ממוקדים רק על ידי מחשבה על זה. היי, אני אדם וילסון, ואני עובד במעבדה של ג'סטין וויליאמס במחלקה להנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון.

היום אשתף את ההליך לרישום פעילות מוחית שנקרא אלקטרואנצפלוגרמה או EEG לשליטה ביישום ממשק מחשב מוח. אז בואו נתחיל. אתה מתחיל את הפרוטוקול הזה על ידי חיבור אלקטרודות EEG לקרקפת של הנבדק דרך מכסה EEG, שממקם את האלקטרודות בהתאם למערכת הבינלאומית 10 20.

כדי למקם נכון את הכובע על הקרקפת של הנבדק, השתמש בעט קצה לבד כדי לסמן את הנזיון, שהוא ההצטלבות של עצמות האף הקדמיות וההודי, הבליטה הגדולה ביותר של עצם העורף. מצא את נקודת האמצע בין nasn ל-inion ו-Market. מיקום זה נקרא קודקוד.

מצא את האלקטרודה CZ על הכובע ומקם אותה על הקודקוד תוך שמירה על CZ קבוע. החלק את הכובע על הראש. ודא שהאלקטרודות FC cz ו-PZ נמצאות בקו האמצע של הקרקפת, שהאלקטרודות O one עד O2 אופקיות ומפולסות עם oz, וש-FP אחד עד FP 2 מאוזנות עם FPZ.

כעת חבר את אלקטרודת הייחוס, שבדרך כלל נצמדת לתנוך האוזן. כעת, לאחר שהאלקטרודות הוצבו כראוי, יש לוודא שנוצר מגע חשמלי תקין עם הקרקפת. לשם כך, ג'ל מוליך נמשך תחילה במזרק קטן עם מחט קצה קהה.

לאחר מכן הכניסו את המחט לאלקטרודה וקיבעו בעדינות את הקרקפת עם המחט כדי להסיר עור מת. התחל עם אלקטרודת הייחוס לאוזן וחזור על כל האלקטרודות, כולל האדמה, מלא את האלקטרודה בכמות קטנה של ג'ל. היזהר לא למלא אותו יתר על המידה.

בדוק את העכבות עבור כל הערוצים, שכולם צריכים להיות פחות מחמישה קילו אוהם. השיטה שלך תשתנה בהתאם למערכת המגבר שלך. כדי לעשות זאת עם מגבר ה-GUSB ב-BCI 2000, תשנה את פרמטר מצב הרכישה לעכבה ותלחץ על הגדרת תצורה כדי לברר ערכי עכבה עבור כל הערוצים.

אם לאלקטרודה יש עכבה גדולה מחמישה קילו אוהם, הכנס שוב את המחט ולחץ על הקרקפת עוד קצת כדי לחזק את החיבור. ואז בדוק שוב את העכבה. כעת מכסה ה- EEG מוכן להקלטה.

כדי להתחיל, הגדר את מערכת המחשב למצב צג כפול. הפעל את BCI 2000 ממשגר BCI 2000 על ידי בחירת מודול מקור המגבר שלך, מודול עיבוד אותות הדמה ומודול הצגת הגירוי. הוסף את קבצי הפרמטרים עבור הנושא שלך, המגבר ומשימות הסינון המוטורי, שעליך להגדיר מראש במהלך הפגישה, המסך ריק או מציג הוראה כגון יד ימין, יד שמאל, שתי הידיים או שתי הרגליים למשך שלוש שניות בכל פעם.

במהלך כל פרק של שלוש שניות, על הנבדק לדמיין ללא הרף את התנועה המצוינת. תנועות הידיים צריכות להיות פתיחה וסגירה של הידיים כמו סחיטת כדור טניס, ותנועות כף הרגל צריכות להזיז את כפות הרגליים קדימה ואחורה כמו לחיצה על דוושת גז בשתי הרגליים. כאשר המסך ריק, הנושא צריך להרפות לחלוטין את הגוף במהלך ריצה.

חזור על כל חלק בגוף 20 פעמים ובצע חמש ריצות בסך הכל מאה נקודות נתונים. כעת אתם יכולים לנתח את הנתונים כדי לקבוע את תכונות ה-EEG הייחודיות לכל תנועת דמיון. כעת, לאחר שסיימתם לאסוף את נתוני הסינון, הגיע הזמן להשתמש בכלי הניתוח הלא מקוון BCI 2000 כדי לקבוע אילו תכונות באות ה-EEG המשתמשים מסוגלים לווסת מרצון.

כלי הניתוח הלא מקוון ממיר את אות ה- EEG לתחום התדרים שבו ניתן לקבוע אילו ערוצים ואילו תכונות תדר באות היו בקורלציה מקסימלית עם המשימות. כדי להתחיל בניתוח, הפעל את תוכנית מעבדת המתמטיקה ונווט אל תיקיית הניתוח הלא מקוון BCI 2000 ולאחר מכן הפעל את התוכנית. השתמש בתוכנית כדי לקבוע אילו תכונות EEG נמצאות בקורלציה חזקה עם כל תנועה.

עבור כל תנועה, שרטט את הנתונים, ולאחר מכן מצא את התרשימים עם ערכי ה-R הגדולים ביותר בריבוע או המתאם החזק ביותר. לאחר מכן תוכל להשתמש בערוצים ובסלי התדרים עם ערכי ה-R הגדולים ביותר בריבוע כאותות בקרה כדי להזיז את הסמן לכיוון מסוים. לדוגמה, הגדר תכונות המשתנות עבור מצב יד ימין כדי להזיז את הסמן לצד השמאלי של המסך.

בעת ניתוח הנתונים שלך, ודא שהערוצים והתדרים שנבחרו תואמים את המאפיינים הידועים של מקצבים מוטוריים חושיים בקליפת המוח. לדוגמה, אתה אמור לראות שינויים משמעותיים התואמים לתנועה מדומיינת של יד ימין מעל קליפת המוח המוטורית הנגדית ליד C3 ו-CP 3, ומרוכזת ליד 8 עד 12 הרץ ו-18 עד 28 הרץ בהתאמה. אם המיקומים והערכים הללו שונים, סביר להניח שמדדת רעש או אפקט אקראי כלשהו ולא צריך להגדיר את הקצב המסוים הזה כתכונת בקרה.

עבור כל תנאי, בחר את מספר הערוץ ואת סלי התדרים עם ארבעת ערכי ה- R הגדולים ביותר בריבוע. עם ערכים אלה ביד, באפשרותך להגדיר את המערכת עבור משימת בקרת הסמן. כעת, לאחר שקבעתם את התכונות המתואמות עם כל תנועת Imagine, הגיע הזמן להגדיר את מערכת ה-BCI לשימוש בתכונות אלו כדי לשלוט בתנועת הסמן.

ראשית, נגדיר את הפעלת תנועת הסמן במשגר BCI 2000 על ידי בחירת מודול מקור המגבר שלך, מודול עיבוד אותות AR ומודול משימה. תחילה, הגדר את המסנן המרחבי עם הפניה ממוצעת משותפת. לשם כך, לחץ על config באופרטור BCI 2000 כדי להעלות את רשימת ההגדרות ולחץ על לשונית הסינון.

עבור אל סינון מרחבי ושנה את התיבה הנפתחת של סוג המסנן המרחבי להתייחסות ממוצעת נפוצה או CAR תחת מסנן מרחבי, פלט CAR. פרט את שמות הערוצים או המספרים שבחרת בהפעלת הכיול. לאחר מכן, הגדר את מטריצת הסיווג כך שתשתמש בתכונות שבחרת בכרטיסיית הסינון.

עבור לפרמטר המסווג ולחץ על עריכת מטריצה. הגדר את מספר העמודות לארבע ואת מספר השורות למספר הכולל של התכונות שנבחרו. כל שורת מטריצה מתאימה לתכונה בודדת.

בעמודה הראשונה, הזן את כל שמות הערוצים. בעמודה השניה, הזן את סלי התדרים שבחרת כדי לשלוט בכל תנועה. בעמודה השלישית, ערוץ הפלט נכנס לתנועת הסמן הנשלטת על ידי התכונה.

ערך של אחד מתאים לתנועה אופקית ושניים מתאים לתנועה אנכית. יש להגדיר את הערוצים C3, CP שלוש, C ארבע ו-CP ארבע לאחד לבקרת סמן אופקית. יש להגדיר את משימה C3 CP שלוש, C ארבע CP ארבע ו-CZ לשתיים עבור משימת בקרת קללה אנכית.

לבסוף, בעמודה הרביעית, הזן את משקל התכונה, המתאים לכיוון המיועד ההפוך. לדוגמה, כדי להזיז את הסמן ימינה, עליך להמתין C3 ו-CP 3 כמינוס אחד, וכדי להזיז אותו שמאלה, עליך להמתין C ארבע ו-CP 4 כאחד. באופן דומה, כדי להזיז את הסמן למטה, עליך להמתין CZ ו-CPZ כאחד, וכדי להזיז את הסמן למעלה, עליך להמתין C3 ו-C ארבע כמינוס אחד.

כעת, לאחר שהגדרת את המערכת עם ההגדרות הנכונות, הגיע הזמן להתחיל במשימת הניסיון. ערכו את הניסויים בחדר מואר עמום עם כיסא נוח לנושא. במהלך הניסויים, הנבדק צריך לשמור על תנועה מינימלית.

כדי להפחית חפצים, יהיו הפסקות בין הניסויים. עבור הניסויים הראשונים, הגבל את הסמן לציר המטרה. כלומר, אם המטרה נמצאת בחלק העליון או התחתון, ניתן להזיז את הסמן רק למעלה או למטה, ואם הוא נמצא משמאל או מימין למסך, הנושא יכול להזיז את הסמן רק שמאלה או ימינה.

אחת המטרות מופיעה לשנייה אחת. הסמן מופיע באמצע המסך. לאחר מכן יש לנבדק חמש שניות להשתמש בתנועות המדומיינות המתאימות כדי לכוון את הסמן אל המטרה.

אם הנושא פוגע במטרה, הוא משנה את צבעו לאחר חמש שניות ללא פגיעה, פסק הזמן של ההפעלה ונספר כהחמצה. לאחר הניסוי, יש מרווח של שתי שניות בין ניסויים שבמהלכו הנבדק יכול להירגע, למצמץ, לבלוע או להתאים מחדש תנוחות לאחר 20 ניסיונות, VCI 2000 נכנס למצב מושעה. במהלך תקופה זו, ייתכן שיהיה עליך להתאים מחדש חלק מההגדרות אם הנושא אינו מסוגל להזיז את הסמן.

אם לאחר ארבע ריצות, הנבדק עדיין לא יכול להזיז את הסמן, ייתכן שיהיה עליך לנתח מחדש את הנתונים שנאספו בכלי הניתוח הלא מקוון BCI 2000. בחר את הערוצים והתדרים החדשים על סמך עלילות התכונות החדשות. ייתכן שיידרשו מספר ריצות או אולי מספר מפגשים לפני שהנבדק יוכל להיות מיומן במשימה.

תמונות אלה מציגות את ערכי ה-R בריבוע ואת הטופוגרפיה של הקרקפת עבור הליך הכיול המציין אילו ערוצים וסלי תדרים יש לבחור. לשליטה בסמן, נושא מאומן אמור להיות מסוגל להזיז במהירות את הסמן למטרה המוצגת תוך שנייה או שתיים. זה עתה הראינו לכם כיצד להגדיר ממשק מחשב מוח כדי לאסוף EEG ולאמן משתמש לשלוט בסמן וירטואלי באמצעות הפעילות המוחית שלו.

חשוב לזכור שיכול לקחת הרבה אימונים כדי שמישהו ילמד איך להשתמש במערכת הזו, אבל עם קצת התמדה, כמעט כל אחד יכול ללמוד לעשות את זה. אז זהו. תודה על הצפייה ובהצלחה בניסויים שלך.