Name: שימוש EEG מבוסס מוחי המחשב ממשק עבור תנועת הסמן וירטואלי עם BCI2000 (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2009-07-29T16:58:00.000+00:00
Duration: 12 min 7 s
Description: למד כיצד לבצע ניסוי ממשק מוח-מחשב (BCI) באמצעות EEG, כיול המערכת ואימון משתמשים לשליטה בסמן וירטואלי באמצעות תנועות מדומות. שיטה זו מאפשרת תרגום אותות עצביים לפקודות מחשב.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

NIH NIBIB RO1: 1R01EB009103-01 Neuroengineering תוכנית הכשרה קלינית (1 DK070079 T90-01) וואלאס H קולטר קרן NIH מוסדיים המדע קלינית Translational פרס NIH / NCRR 1KL2RR025012-01 בוגרי ויסקונסין Research Foundation

נוהל ניסיוני <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חיבור אלקטרודות EEG <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אלקטרודות יצורף הקרקפת באמצעות כובע EEG, זה מפשט את תהליך להבטיח כי האלקטרודות נמצאים במיקום הנכון על הקרקפת, כפי שצוין על ידי מערכת 10-20 הבינלאומית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי למקם את הכובע, סמן את הקודקוד על הקרקפת של נושא באמצעות עט או כל שיטה דומה אחר. כדי לעשות זאת, להתחיל באיתור nasion ו inion בנושא. באמצעות סרט מדידה, למצוא את המרחק בין שני המקומות. נקודה באמצע בין שתי נקודות, או 50% של המרחק, הוא הקודקוד. הפוך את סימן בנקודה זו לעיון מאוחר יותר. אחרים 10-20 נקודות יכול להיות ממוקם בצורה דומה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מצא את האלקטרודה CZ על הכובע, ואת המיקום אותו על הקודקוד. שמירה קבועה CZ, להחליק את הכובע על ראשו. ודא אלקטרודות פ.צ., CZ, ו PZ נמצאים על קו האמצע של הקרקפת, וכי O1-O2 אלקטרודות הם אופקיים עם רמת עוז, וכי-FP1 Fp2 הן ברמה עם Fpz. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עכשיו לחבר את אלקטרודה השוואתית, אשר בדרך כלל קליפים על תנוך האוזן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בשלב הבא, האלקטרודות מלאים ג&#39;ל מוליך כך האלקטרודות ליצור קשר עם עכבה נמוכה הקרקפת. כדי לעשות זאת, מזרק קטן עם מחט קהה שקצהו מלא הג&#39;ל. כמו כן, זה עשוי להיות מועיל כדי לראות את עקבות EEG על מסך המחשב בעוד ג&#39;ל מוחל כדי לקבוע אם הקשר הוא טוב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס את המחט אלקטרודה, בעדינות לשפשף את הקרקפת עם המחט כדי להסיר עור מתים. מלאו את האלקטרודה עם כמות קטנה של ג&#39;ל, נזהרים שלא overfill זה. התחל עם אלקטרודת האוזן, וחזור על כל האלקטרודות, כולל הקרקע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק את עכבות בכל הערוצים, אשר צריכים להיות פחות מ 5 kΩ. שיטה זו ישתנו בהתאם למערכת מגבר מסוים בשימוש, אבל זה צריך להיות אפשרי לבדוק את עכבה או באמצעות חומרה או באמצעות BCI2000. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם אלקטרודה הוא מעל 5 kΩ, הכנס את המחט שוב, לשפשף את הקרקפת עוד קצת. זה לא אמור להיות צורך להזריק ג&#39;ל יותר, אלא אם כן אין ירידה עכבה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קבלת תכונות כיול EEG <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בתחילת הפגישה, במיוחד בפעם הראשונה נושא נבחנת, כדאי לקבוע את תכונות ה-EEG אשר יכול לשמש לשליטה BCI. הסיבה לכך היא כי את המאפיינים הבסיסיים של מו ומקצבים EEG בטא זהים עבור כל האנשים, תכונות אלו משתנות מאדם לאדם, ולכן צריך להיות מכויל לפני כל הניסויים האחרים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בפגישה כיול, הנושא הוא הורה לדמיין תנועות שונות מעורבים הידיים או הרגליים בתגובה רמזים חזותיים שהוצגו על המסך. כדי להתחיל, מערכת המחשב צריך להיות מוגדר עבור מצב צג כפול, כך התצוגה של החוקר מכיל את תוכנת שליטה, את הצג השני מציג את פלט הניסוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל BCI2000 מ BCI2000Launcher על ידי בחירת מקור המגבר שלך מודול, מודול ARSignalProcessing, מודול StimulusPresentation. בדוגמה זו, אנו באמצעות מודול gUSBampSource, אשר שולטת על מגבר g.USBamp. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף את הקבצים פרמטר עבור הנושא שלך, את המגבר, ואת משימות ההקרנה המנוע. אלה צריכים להיות מוגדר מראש, כך שהם יכולים פשוט להיות טעון, והניסוי יכול להתחיל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברגע הקבצים פרמטר נוספו לרשימת הקבצים ב BCI2000Launcher, לחצו על לחצן הפעלה. אם הכל עובד כראוי, BCI2000 צריך להתחיל, שמץ של נתוני ה-EEG אמור להופיע, ולנטר את הנושא צריך להיות ריק לפני תחילת הניסוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במהלך הפגישה, המסך יהיה להיות או ריקה, או להציג הוראה, כגון &quot;יד ימין&quot;, &quot;יד שמאל&quot;, &quot;שתי ידיים&quot;, או הוראה תופיע על המסך עבור -3 &quot;שתי הרגליים.&quot;; במהלך הפעם, הנושא צריך ברציפות לדמיין את התנועה. תנועות ידיים צריך לפתוח ולסגור את הידיים (למשל, כמו לסחוט כדור טניס), ותנועת כף הרגל צריכה להיות להזיז את הרגליים קדימה ואחורה (למשל, כמו לחיצה על דוושת גז עם שתי הרגליים). כאשר המסך ריק, הגוף צריך להיות רגוע לחלוטין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במהלך ריצה, כל חלק בגוף הוא חזר 20 פעמים. באופן אידיאלי, צריך להיות 100 נקודות נתונים, כלומר, צריך להיות סך של 5 רץ. עם מספר הפעלות, פועל פחות נחוצים, שכן הנושא הוא מסוגל לבצע את המשימה לדמיין טוב יותר. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ניתוח מאפייני ה-EEG <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> על מנת לקבוע אילו מאפיינים EEG הנושא הוא מסוגל לווסת בהתנדבות על מנת לשלוט BCI, הנתונים כיול מנותח מחובר באמצעות כלי ניתוח BCI2000 מנותק, הכלול BCI2000. כלי זה ממיר את הנתונים שנאספו לתוך תחום תדר פהatures, אשר מציג את תדרים ומיקומים ששינה במהלך תנועות שונות, מתואמים עם מרבית המשימות. תכונות אלה לאחר מכן ניתן להשתמש בניסוי BCI. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי לקבוע אילו תכונות יש להשתמש, להפעיל את כלי BCI2000 ניתוח לא מקוון. BCI2000 כוללת הדרכה מקיפה עבור שימוש בכלי ניתוח, אשר יש להתייעץ לקבלת מידע נוסף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקבוע אילו מאפיינים EEG מתואמים במידה רבה על ידי מציאת R בריבוע גדול ערכים בחלקות המופק כלי ניתוח עם כל תנועה. ערוצי ותיבות תדירות עם R בריבוע הערכים הגדולים (למשל, יותר מ 0.2) אז יכול להיות נבחר כמרכיב לשלוט האות בכיוון מסוים. לדוגמה, תכונות שינוי בתנאי יד ימין יש להגדיר כדי להזיז את הסמן לצד ימין של המסך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חשוב גם לזכור כי מו / מקצבים בטא ירידה משרעת עם התנועה משויך. לכן, על מנת להזיז את הסמן ימינה, החיובי-x בכיוון, תכונה זו צריכה להיות משקל שלילי המשויך אליו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ערוצי תדרים שנבחר צריך להיות בקנה אחד עם המאפיינים הידועים של קליפת המוח הסנסורית מקצבים. כלומר, שינויים משמעותיים להתכתב עם התנועה דמיין יד ימין יש לראות על הנגדי (שמאל) הקורטקס המוטורי, ליד C3 ו-CP3 ו מרוכז ליד 8-12 הרץ ו / או 18-28 הרץ. כמו כן, תנועות יד שמאל צריכה לגרום לשינויים על הזכות המוטורי על C4 ו CP4 אלקטרודות, תנועות כף הרגל אמורה להופיע על CZ ו CPz. אם אלה מקומות וערכים שונים, אז סביר להניח כי קצת רעש אחרים או אפקט אקראי נמדד, ולא צריך להיות מוגדר כתכונה שליטה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עבור כל תנאי, ארבע הגדולות R בריבוע ערכים יש לבחור במונחים של מספר הערוץ ומספר סל. תדרים מסודרים 2 פחי הרץ, ולכן תכונה גבוהה עם R בריבוע של 10-12 הרץ יופיע בן 6. עם ערכים אלו ביד, המערכת יכולה להיות מוגדרת עבור המשימה לשלוט הסמן. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> משוב מקוון מושב תצורת <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קבע את הפגישה תנועת הסמן Launcher BCI2000. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני תחילת הניסוי, מספר פרמטרים צריך להיות מוגדר. ראשית, מסנן המרחבי צריך להיות מוגדר עם התייחסות הישר בממוצע. לשם כך, לחץ על מפעיל Config BCI2000 להביא את רשימת הגדרות, ולחץ על הכרטיסייה סינון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עבור SpatialFiltering, ולשנות את תיבת SpatialFilterType הנפתחת כך אומר &quot;המשותף ממוצע הפניה (CAR)&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תחת Output CAR SpatialFilter, רשימת שמות או מספרים נבחרים ערוץ בפגישה כיול. לדוגמה, תוכל להקליד &quot;CP3 C3 C4 CP4 CZ CPz&quot; (ללא המירכאות) ולאחר BCI2000 תדע להשתמש בו ערוצי (ובלבד תוויות ערוץ מופיעים תחת השדה &quot;שמות ערוץ&quot; בלשונית מקור). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בשלב הבא, המטריצה ​​סיווג חייבת להיות מוגדרת להשתמש בתכונות שנבחר. בכרטיסייה סינון, עבור פרמטר מסווג ומטריקס העיתונות עריכה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מספר העמודים צריך להיות מוגדר 4, את מספר השורות צריך להיות שווה למספר הכולל של התכונות שנבחרו. כל שורה במטריצה ​​מתאים תכונה בודדת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> העמודה הראשונה צריכה להכיל את כל שמות ערוצים בשימוש, למשל, C3, C4 וכו &#39;הטור השני מכיל את פחי שנבחרו שליטה. אפשר להזין מספר בן או תדר מסוים; להיכנס &quot;6&quot; או &quot;11Hz&quot; יבחר את אותו סל, ובלבד פרמטר BinWidth הוא &quot;2 הרץ&quot; תחת הכרטיסייה מקור. הטור השלישי הוא ערוץ פלט; ערך של &quot;1&quot; מתאים תנועה אופקית, ו &quot;2&quot; מתאים תנועה אנכית. C3 הערוצים, CP3, C4, ו CP4 צריך להיות מוגדר 1 עבור משימה הסמן אופקי שליטה; C3, CP3, C4, CP4, CZ ו CPz צריך להיות מוגדר 2 עבור משימה הסמן האנכי שליטה. לבסוף, העמודה הרביעית מחזיקה את משקל התכונה, ויש מתאימות בכיוון הנגדי המיועד, למשל, C3 ו-CP3 צריך להיות משוקלל -1 כדי להזיז את הסמן ימינה, ו C4 ו CP4 צריך להיות משוקלל 1 להזיז אותו שמאל. כדי להזיז את הסמן מטה, CZ ו CPz צריך להיות משוקלל 1, כדי להזיז את הסמן מעלה, C3 ו-C4 צריך להיות משוקלל -1. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תנועת הסמן משימה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כעת, המערכת מוגדרת עם ההגדרות הנכונות, זה הזמן להתחיל את המשימה ניסיוני. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תצורת המערכת מוגדרת כך אחד מארבעת היעדים יופיעו במהלך משפט. המטרה של הנושא היא כדי להזיז את הסמן אל היעד הנכון באמצעות תנועות דמיין המתאים לכיוון הרצוי של התנועה (למשל, הימני כדי לנוע ימינה, רגל לנוע למטה, וכו &#39;). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עבור הניסויים הראשונה, הסמן מוגבלת לציר של היעד. כלומר, אם המטרה היא בחלק העליון או התחתון, זהרק ניתן להזיז את הסמן למעלה או למטה, ואם זה על ימין או שמאל של המסך, הסמן יכול להיות רק עבר שמאלה או ימינה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר מתחיל לרוץ, את המכתב &quot;T&quot; מופיעה על המסך למשך 2 שניות. בשלב הבא, אחד היעדים מופיע לשנייה 1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר תקופה 1 השני זה, הסמן יופיע באמצע המסך. נושא משתמשת בתנועות דמיין המתאים לכוון את הסמן אל היעד. אם הנושא פוגע במטרה, זה משנה את צבעו. אחרת, לנושא יש 5 שניות להגיע למטרה לפני הפגישה פעמים החוצה נחשבת להחמיץ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר המשפט, יש 2 ההפסקה השנייה בין משפט שבמהלכו הנושא יכול להירגע, למצמץ, לבלוע, או בכל דרך אחרת להתאים מחדש עמדות. במהלך הניסויים, התנועה צריכה להיות למינימום מוחלט כדי להפחית את התנועה חפצים או חפצים השריר. הוא גם מועיל לשבת בחדר האפלולי על כיסא נוח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר 20 ניסויים, BCI2000 נכנס מדינה על תנאי. במהלך תקופה זו, ייתכן שיהיה צורך להתאים מחדש כמה הגדרות אם הנושא אינו מסוגל להזיז את הסמן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם אחרי 4 ריצות הנושא הוא עדיין לא מצליח מרצונכם, מתוך להזיז את הסמן, זה עשוי להיות נחוץ כדי לנתח מחדש את הנתונים שנאספו בכלי BCI2000 ניתוח לא מקוון. בחר את הערוצים החדשים תדרים מבוסס על מגרשים תכונה חדשה. זה עלול לקחת מספר רץ או אולי לפני מספר מפגשים בנושא יכול להיות בקיאים במשימה. </li></ol></li></ol> חלק 6: תוצאות נציג: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> איורים 1 ו -2 להראות את R בריבוע ערכים הטופוגרפיה הקרקפת עבור ההליך כיול, המציין אילו ערוצים פחי תדירות יש לבחור שליטה הסמן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נושא הכשרה אמור להיות מסוגל במהירות להזיז את הסמן אל היעד המוצג בתוך 1 או 2 שניות. </li></ol><img src="/files/ftp_upload/1319/1319fig1.jpg" alt="איור 1" /> איור 1) ו-B) טופוגרפיה של שינויים ספקטרלי בלהקה 10-12 הרץ במהלך תנועות אמיתיים ומדומים עם יד ימין. ג) קשת כוח על C3 במנוחה (מקווקו) ותנועה (מוצק). ד) R בריבוע של הכוח במהלך התנועה בהשוואה לשאר. <img src="/files/ftp_upload/1319/1319fig2.jpg" alt="איור 2" /> איור 2 R בריבוע על פני כל ערוצי התנועה הימנית דמיינתי. ציר x הוא תדר ב 2 פחי הרץ מ -0 עד 70 הרץ. ציר y הוא מספר הערוץ. הגבוה R בריבוע ערכים נמצאים על הערוצים 9, 10, 17, 18, 19, אשר מכסה את אזור יד הנגדי של הקורטקס המוטורי.

<ol><li>Fabiani, G. E., McFarland, D. J., Wolpaw, J. R., Pfurtscheller, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conversion+of+eeg+activity+into+cursor+movement+by+a+brain-computer+interface+%28bci%29%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+transactions+on+neural+systems+and+rehabilitation+engineering%22%5BJournal%5D)">Conversion of eeg activity into cursor movement by a brain-computer interface (bci).</a> IEEE transactions on neural systems and rehabilitation engineering. 12 (3), 331-338 (2004).</li>
<li>Wolpaw, J. R., McFarland, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Control+of+a+two-dimensional+movement+signal+by+a+noninvasive+brain-computer+interface+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+USA%22%5BJournal%5D)">Control of a two-dimensional movement signal by a noninvasive brain-computer interface in humans.</a> Proc Natl Acad Sci USA. 101 (51), 17849-17854 (2004).</li>
<li>Schalk, G., McFarland, D. J., Hinterberger, T., Birbaumer, N., Wolpaw, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bci2000%3A+a+general-purpose+brain-computer+interface+%28BCI%29+system%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+transactions+on+bio-medical+engineering%22%5BJournal%5D)">Bci2000: a general-purpose brain-computer interface (BCI) system.</a> IEEE transactions on bio-medical engineering. 51 (6), 1034-1043 (2004).</li>
</ol>

<ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זה חיוני כי עכבות אלקטרודה נמוכים, אבל זה יותר מדי ג&#39;ל לא היה בשימוש להוריד את העכבה. ערוץ רעה אחת יכולה להשפיע על כל האחרים באמצעות התייחסות הישר הממוצע. אם העכבה לא יכול להיות מופחת אחרי כמה נסיונות, מומלץ כי האלקטרודה מהיר להכניס לשמש, אשר יכול פשוט להיות מוכנס לתוך האלקטרודה רע דרך החור כי המחט ממוקם דרך עבור הזרקת ג&#39;ל, הדביקו במקום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במהלך הפגישה הראשונה, הנושא עלול להתקשות לדמיין את התנועות הדרו...

<table><tbody><tr><td>מערכת מגברים תואמת-BCI2000</td><td>g.USBamp</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.gtect.at&quot;&gt;http://www.gtect.at&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>מערכת מגבר תואמת BCI2000</td><td>Tucker-Davis Technologies</td><td>Rx5 או Rx7</td><td>&lt;a href=&quot;http://www.tdt.com&quot;&gt;http://www.tdt.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>כובע EEG</td><td>Electro-cap International</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.electro-cap.com&quot;&gt;http://www.electro-cap.com&lt;/a&gt;&lt;br/&gt;לכל הפחות, הכובע צריך לכלול אלקטרודות מעל אזורי הידיים והרגליים (C3, C4 ו-Cz). ניתן להשתמש בערוצים נוספים לצורך בקרה (CP3, CP4, CPz) וכן לסינון מרחבי, דבר שישפר את איכות האות.</td></tr><tr><td>ג'ל מוליך</td><td>Electro-cap International</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.electro-cap.com&quot;&gt;http://www.electro-cap.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>מחשב אישי</td><td></td><td></td><td>מערכת הפעלה Windows XP או Vista (לפחות Pentium 4, 2 GHz, 1 GB RAM)</td></tr><tr><td>שני מסכים</td><td></td><td></td><td>כל אחד לפחות 19 אינץ' (אחד עבור הנבדק ואחד עבור החוקר)</td></tr></tbody></table>

שימוש eeg מבוסס מוחי המחשב ממשק עבור תנועת הסמן וירטואלי עם bci2000

Using an EEG-Based Brain-Computer Interface for Virtual Cursor Movement with BCI2000

ממשק מוח מחשב (BCI) פונקציות על ידי מתרגם את האות העצבי, כגון אלקטרואנצפלוגרם (EEG), לאות כי ניתן להשתמש כדי לשלוט מחשב או מכשיר אחר. משרעת של אותות EEG בסלים תדר שנבחר נמדדים ותורגם פקודה למכשיר, במקרה זה המהירות האופקי והאנכי של הסמן במחשב. ראשית, האלקטרודות EEG מוחלים על הקרקפת של המשתמש באמצעות כובע להקליט פעילות המוח. לאחר מכן, הליך כיול משמש כדי למצוא את אלקטרודות ה-EEG ותכונות שהמשתמש ילמדו בהתנדבות לווסת להשתמש BCI. בבני אדם, הכוח mu (8-12 הרץ) ו - בטא (18-28 הרץ) התדרים ירידה משרעת במהלך תנועה אמיתית או מדומה. שינויים אלו ניתן לזהות את ה-EEG בזמן אמת, ולהשתמש בהם כדי לשלוט BCI ([1], [2]). לכן, במהלך בדיקה ההקרנה, המשתמש מתבקש לבצע מספר תנועות דמיין שונים עם ידיהם ורגליהם כדי לקבוע את תכונות ה-EEG ייחודי לשנות עם תנועות דמיינתי. תוצאות כיול זה יציג את הערוצים הטובה ביותר לשימוש, אשר מוגדרים כך ששינויים משרעת ב mu ו התדרים בטא להזיז את הסמן או אופקית או אנכית. בניסוי זה, המטרה הכללית BCI מערכת BCI2000 משמש לשליטה רכישת אות, עיבוד אותות, ומשוב למשתמש [3].

בסרטון הזה, אנחנו מדגימים את הצעדים הנדרשים כדי להפעיל ניסוי המוח למחשב ממשק, כולל הגדרת כובע EEG, כיול המערכת, הדרכה למשתמש להזיז סמן בשני ממדים באמצעות תנועות דמיינתי.

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

ממשק מוח-מחשב (BCI) פועל על ידי תרגום אות עצבי, כגון אלקטרואנצפלוגרמה (EEG), לאות שניתן להשתמש בו כדי...

ממשק מוח-מחשב, או BCI, פועל על ידי תרגום אות עצבי, כגון אלקטרואנצפלוגרמה או EEG, לאות שניתן להשתמש בו כדי לשלוט במחשב או במכשיר אחר. הפרוצדורה מתחילה בהצמדת כובע אלקטרודות EEG לקרקפת של הנבדק כדי להקליט את הפעילות המוחית. לאחר מכן הנבדק מתבקש לדמיין מספר תנועות רצוניות של ידיו ורגליו, ובזמן זה מבוצע הליך כיול, המנתח את מאפייני ה-EEG כתוצאה מהליך הכיול.ניתן להשתמש בערכי ה-R-squared ובטומוגרפיה של הקרקפת כדי לקבוע אילו אלקטרודות וסלי ב-frequency bins ישמשו להנחיית סמן על מסך המחשב. כך יוכלו הנבדקים להזיז סמן במהירות לאזורי מטרה רק באמצעות מחשבה. שלום, אני אדם וילסון, ואני עובד במעבדה של ג'סטין וויליאמס במחלקה להנדסה ביו-רפואית באוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון.היום אשתף אתכם בהליך להקלטת פעילות מוחית הנקרא אלקטרואנצפלוגרם או EEG, לצורך שליטה באפליקציה של ממשק מוח-מחשב. בואו נתחיל. את הפרוטוקול מתחילים בחיבור אלקטרודות EEG לקרקפת הנבדק באמצעות כובע EEG, הממקם את האלקטרודות בהתאם למערכת הבינארית הבינלאומית 10-20.כדי למקם את הכובע נכונה על קרקומת הנבדק, השתמשו בטוש כדי לסמן את ה-nasion, שהוא נקודת המפגש של עצמות האף והמצח, ואת ה-inion, הבליטה הגדולה ביותר של עצם העורף. מצאו את נקודת האמצע שבין ה-nasion ל-inion וסמנו אותה. מיקום זה נקרא ה-vertex.אתר את אלקטרודת CZ על הכובע והצב אותה על קודקוד הראש תוך שמירה על CZ במקומו. החלק את הכובע על הראש. ודא שאלקטרודות FC, cz ו-PZ נמצאות על קו האמצע של הקרקפת, שהאלקטרודות O1 עד O2 אופקיות ובגובה של oz, ושהאלקטרודות FP1 עד FP2 נמצאות בגובה של FPZ.כעת חברו את אלקטרודת הייחוס, אשר בדרך כלל נתפסת על תנוך האוזן. לאחר שהאלקטרודות מוקמו כראוי, יש לוודא שנוצר מגע חשמלי תקין עם הקרקפת. לשם כך, שואבים תחילה ג'ל מוליך למזרק קטן עם מחט קהה.לאחר מכן, הכניסו את המחט אל תוך אלקטרודה ושפשפו בעדינות את הקרקפת באמצעות המחט כדי להסיר עור מת. התחילו באלקטרודת הייחוס של האוזן וחזרו על הפעולה עבור כל שאר האלקטרודות, כולל אלקטרודת ההארקה, ומלאו כל אלקטרודה בכמות קטנה של ג'ל. היזהרו לא למלא אותן יותר מדי.בדקו את העכבות של כל הערוצים, אשר כולן צריכות להיות נמוכות מ-five kilo ohms. השיטה תשתנה בהתאם למערכת המגבר שלכם. כדי לבצע זאת עם מגבר GUSB ב-BCI 2000, שנו את פרמטר מצב הרכישה (acquisition mode) ל-impedance ולחצו על set config כדי לברר את ערכי העכבות של כל הערוצים.אם לאלקטרודה יש עכבה הגבוהה מ-five kilo ohms, הכניסו את המחט שנית ושחקו את קרקפת הראש מעט יותר כדי לחזק את החיבור. לאחר מכן בדקו את העכבה שוב. כעת כובע ה-EEG מוכן להקלטה.כדי להתחיל, הגדירו את מערכת המחשב למצב של מסך כפול. הפעילו את BCI 2000 באמצעות ה-launcher של BCI 2000 על ידי בחירת מודול מקור המגבר, מודול עיבוד אותות דמי (dummy), ומודול הצגת הגירויים. הוסיפו את קבצי הפרמטרים עבור הנבדק, המגבר ומשימות סריקת המוטוריקה, אותם יש להגדיר מראש במהלך הסשן; המסך יהיה ריק או יציג הנחיה כגון יד ימין, יד שמאל, שתי הידיים או שתי הרגליים למשך שלוש שניות בכל פעם.במהלך כל תנועה שנמשכת שלוש שניות, על הנבדק לדמיין באופן רציף את התנועה המצוינת. תנועות הידיים צריכות להיות פתיחה וסגירה של הידיים, בדומה ללחיצה על כדור טניס, ותנועות הרגליים צריכות להיות תנועה של הרגליים קדימה ואחורה, בדומה ללחיצה על דוושת הגז עם שתי הרגליים. כאשר המסך ריק, על הנבדק להרפות לחלוטין את הגוף במהלך הריצה.חזרו על כל חלק גוף 20 פעמים ובצעו חמישה סבבים, לסך הכל מאה נקודות נתונים. כעת ניתן לנתח את הנתונים כדי לקבוע את מאפייני ה-EEG הייחודיים לכל דמיון תנועה. לאחר שסיימתם לאסוף את נתוני הסינון, הגיע הזמן להשתמש בכלי הניתוח במצב אופליין של BCI 2000 כדי לקבוע אילו מאפיינים באות ה-EEG המשתמשים מסוגלים לווסת באופן רצוני.כלי הניתוח במצב אופליין ממיר את אות ה-EEG למרחב התדרים, שבו ניתן לקבוע אילו ערוצים ואילו מאפייני תדר באות היו בעלי המתאם המקסימלי למשימות. כדי להתחיל בניתוח, הפעל את תוכנת ה-math lab, נווט לתיקיית הניתוח במצב אופליין של BCI 2000 ולאחר מכן הפעל את התוכנית. השתמש בתוכנית כדי לקבוע אילו מאפייני EEG נמצאים במתאם חזק עם כל תנועה.עבור כל תנועה, שרטט את הנתונים, ולאחר מכן מצא את הגרפים עם ערכי ה-R-squared הגבוהים ביותר או המתאם החזק ביותר. לאחר מכן, ניתן להשתמש בערוצים ובסלי התדרים (frequency bins) עם ערכי ה-R-squared הגבוהים ביותר כאותות בקרה להזזת הסמן לכיוון מסוים. לדוגמה, הגדר מאפיינים המשתנים בתנאי יד ימין כדי להזיז את הסמן לצד ימין של המסך.בעת ניתוח הנתונים, ודאו כי הערוצים והתדרים שנבחרו עקביים עם תכונות ידועות של מקצבים תחושתיים-מוטוריים קורטיקליים. לדוגמה, עליכם לראות שינויים משמעותיים התואמים לתנועה מדומיינת של יד ימין מעל קורטקס המוטורי הצדי (contralateral) בקרבת C3 ו-CP3, המרוכזים בערכים של 8 עד 12 hertz ו/או 18 עד 28 hertz בהתאמה. אם מיקומים וערכים אלה שונים, ייתכן שמדדתם רעש או אפקט מקרי, ובמקרה כזה אין להגדיר את המקצב הספציפי הזה כמאפיין בקרה.עבור כל תנאי, בחרו את מספר הערוץ ואת סלילי התדרים (frequency bins) עם ארבעה ערכי ה-R-squared הגבוהים ביותר. עם ערכים אלה בידכם, תוכלו להגדיר את המערכת למשימת בקרת הסמן. כעת, לאחר שקבעתם את המאפיינים המתאימים לכל תנועת Imagine, הגיע הזמן להגדיר את מערכת ה-BCI כך שתשתמש במאפיינים אלה כדי לשלוט בתנועת הסמן.ראשית, נגדיר את סשן תנועת הסמן ב-BCI 2000 launcher על ידי בחירת מודול מקור המגבר, מודול עיבוד אותות AR ומודול המשימה. ראשית, הגדירו את המסנן המרחבי עם Common Average Reference. לשם כך, לחצו על config ב-BCI 2000 operator כדי להעלות את רשימת ההגדרות ולחצו על לשונית filtering.עברו לסינון מרחבי (spatial filtering) ושנו את תיבת הבחירה של סוג המסנן המרחבי ל-common average reference או CAR תחת spatial filter, CAR output. רשמו את שמות הערוצים או את מספריהם שבחרתם במפגש הכיול. לאחר מכן, הגדירו את מטריצת הסיווג כך שתשתמש במאפיינים שבחרתם תחת לשונית הסינון (filtering).עברו למערך הפרמטרים של המסווג ולחצו על עריכת מטריצה (edit matrix). הגדירו את מספר העמודות לארבע ואת מספר השורות למספר הכולל של המאפיינים שנבחרו. כל שורה במטריצה תואמת למאפיין בודד.בעמודה הראשונה, הזינו את כל שמות הערוצים. בעמודה השנייה, הזינו את טווחי התדרים (frequency bins) שבחרתם כדי לשלוט בכל תנועה. בעמודה השלישית, ערוץ הפלט, הזינו את תנועת הסמן הנשלטת על ידי המאפיין.ערך של אחת תואם לתנועה אופקית וערך של שתיים תואם לתנועה אנכית. את הערוצים C3, CP three, C four ו-CP four יש להגדיר כ-אחד עבור בקרת סמן אופקית. את המשימה C3 CP three, C four CP four ו-CZ יש להגדיר כשתיים עבור משימת בקרת סמן אנכית.לבסוף, בעמודה הרביעית, הזן את משקל המאפיין, המתאים לכיוון המיועד ההפוך. לדוגמה, כדי להזיז את הסמן ימינה, יש להזין את C3 ואת CP three כמינוס אחד, וכדי להזיז אותו שמאלה, יש להזין את C four ואת CP four כאחד. באופן דומה, כדי להזיז את הסמן למטה, יש להזין את CZ ואת CPZ כאחד, וכדי להזיז את הסמן למעלה, יש להזין את C3 ואת C four כמינוס אחד.כעת, לאחר שהגדרת את המערכת עם ההגדרות הנכונות, הגיע הזמן להתחיל במשימה הניסויית. בצע את הניסויים בחדר עם תאורה עמומה ובכיסא נוח עבור הנבדק. במהלך הניסויים, על הנבדק לצמצם את התנועה למינימום.כדי לצמצם ארטיפקטים, יוכנסו הפסקות בין הניסיונות. בניסיונות הראשונים, הגבילו את הסמן לציר של המטרה. כלומר, אם המטרה נמצאת בחלק העליון או התחתון, ניתן להזיז את הסמן רק למעלה או למטה, ואם היא נמצאת בצד שמאל או ימין של המסך, הנבדק יוכל להזיז את הסמן רק שמאלה או ימינה.אחד המטרות מופיעה למשך שנייה אחת. הסמן מופיע במרכז המסך. לאחר מכן, עומדות לרשות הנבדק חמש שניות להשתמש בתנועות הדמיון המתאימות כדי לכוון את הסמן אל המטרה.אם הנבדק פוגע במטרה, היא מחליפה את צבעה; לאחר חמישה שניות ללא פגיעה, הפגישה מסתיימת בגלל פקיעת זמן (time out) ונחשבת כפספוס. לאחר הניסוי, ישנו מרווח של שתי שניות בין ניסויים (inter trial interval) שבמהלכו הנבדק יכול להירגע, למצמץ, לבלוע או להתאים מחדש את תנוחתו. לאחר 20 ניסיונות, ה-VCI 2000 נכנס למצב השהיה. במהלך זמן זה, ייתכן שתצטרך להתאים מחדש חלק מההגדרות אם הנבדק אינו מסוגל להזיז את הסמן.אם לאחר ארבע הרצות הנבדק עדיין אינו מסוגל להזיז את הסמן, ייתכן שיהיה צורך לנתח מחדש את הנתונים שנאספו באמצעות כלי הניתוח לא מקוון של BCI 2000. יש לבחור ערוצים ותדרים חדשים בהתבסס על גרפי המאפיינים החדשים. ייתכן שיידרשו מספר הרצות או אולי מספר מפגשים עד שהנבדק ירכוש מיומנות בביצוע המשימה.תמונות אלו מציגות את ערכי ה-R-squared ואת טופוגרפיית הקרקפת של הליך הכיול, המצביעים על הערוצים וטווח התדרים שיש לבחור. לצורך בקרת הסמן, נבדק מאומן צריך להיות מסוגל להזיז במהירות את הסמן אל המטרה המוצגת בתוך שנייה אחת או שתיים. הרגע הדגמנו כיצד להגדיר ממשק מוח-מחשב לאיסוף EEG וכיצד לאמן משתמש לשלוט בסמן וירטואלי באמצעות הפעילות המוחית שלו.חשוב לזכור כי למידה של אופן השימוש במערכת זו עשויה לדרוש אימון רב, אך עם התמדה, כמעט כל אחד יכול ללמוד כיצד לבצע זאת. זהו כל השלב. תודה שצפיתם ובהצלחה בניסוייכם.

using-an-eeg-based-brain-computer-interface-for-virtual-cursor

Research

JoVE Journal

Biology

ביולוגיה

אנו מציגים שיטה לאיסוף אותות electrocorticographic למטרות מחקר מבני אדם אשר עוברים ניטור פולשני אפילפסיה. אנחנו מראים איך להשתמש בפלטפורמה BCI2000 תוכנה לאיסוף נתונים, עיבוד אותות מצגת גירוי. באופן ספציפי, אנחנו מדגימים את זיגפריד, כלי BCI2000 מבוסס על מיפוי בזמן אמת המוח תפקודית.

הקלטת אדם Electrocorticographic (ECOG) אותות לחקר Neuroscientific בזמן אמת מיפוי קורטיקלי פונקציונלית

פיתוח של ממשק המוח מכונה מערכת (BMI) יעילה לשיקום ושיקום של תנועת גפיים דורש פענוח מדויק של כוונתו של המשתמש. כאן אנו מציגים פרוטוקול ניסוי רומן וטכניקת איסוף הנתונים לרכישה בו זמנית לא פולשנית של פעילות עצבית, פעילות שרירים, וגוף כולו קינמטיקה במהלך משימות תנועה שונות ותנאים.

Electroencephalography סימולטני קרקפת (EEG), (EMG), והקלטת אינרציה מגזרי כל גוף לMulti-מודאלית עצבית פענוח

ממשק אדם-מכונה חדשני בעלות נמוכה למערכת שיקום שיווי משקל אינטראקטיבית לאחר שבץ מוצג במאמר זה. המערכת משלבת חיישנים בעלות נמוכה מהמדף לקראת פרדיגמת אלקטרותרפיה מונעת רצון. ממשק התוכנה להוכחת היתכנות מודגם על מתנדבים בריאים.

ממשק אדם-מכונה-שילוב חיישנים בעלות נמוכה עם מערכת גירוי חשמלי Neuromuscular לשיקום מאזן פעימות הודעה

המטרה הכוללת של שיטה זו היא לבסס הליך ניסוי מבוסס SSVEP על ידי שילוב תוכנות מרובות כדי לאפשר מחקר של אינטראקציה בין מוח לרובוט עם רובוטים דמויי אדם, אשר הוא פרוספקטיבי בסיוע לחולים וקשישים כמו גם בביצוע עבודות לא סניטריות או מסוכנות.

SSVEP מבוסס נוהל ניסיון לאינטראקצית המוח-רובוט עם רובוטים דמויים אדם

בעזרת ניסוי זה, ניתן יהיה לזהות תודעה אצל אנשים עם הפרעות תודעה. יתר על כן, הגישה יכולה ליצור ערוץ תקשורת פשוט המאפשר לאנשים לתת תשובות פשוטות של כן/לא לשאלות.

הערכה ותקשורת לאנשים עם הפרעות תודעה

אנו מציגים פרוטוקולים ושיטות של ניתוחים לבניית ממשקים אדפטיביים משותפים הזורמים, מתפרצים, מנתחים ומשנים אותות גוף ולב אנושיים בלולאה קרובה. התקנה זו ממשקים אותות נגזר ממערכות העצבים ההיקפיות והמרכזיות של האדם עם כניסות חושיות חיצוניות כדי לסייע במעקב אחר שינוי ביופיזי.

בקרת Proxy בזמן אמת של אותות היקפיים עם פרמטרים מחדש באמצעות ממשק לולאה קרובה

מאמר זה דן כיצד לבנות ממשק מוח-מחשב על-ידי הסתמכות על ציוד ברמת הצרכן ופוטנציאלים חזותיים במצב יציב. לשם כך, אלקטרואנצפלוגרף חד-ערוצי המנצל אלקטרודות יבשות שולב עם משקפי מציאות רבודה להצגת גירויים והדמיית נתוני פלט. המערכת הסופית הייתה לא פולשנית, לבישה וניידת.

ממשק מוח-מחשב לביש חד-ערוצי ולא פולשני לתעשייה ולשירותי בריאות

מטרת מחקר זה היא לספק התייחסות חשובה לפעולה הקלינית הסטנדרטית של ממשק מוח-מחשב של דימוי מוטורי (MI-BCI) עבור תפקוד מוטורי לקוי של הגפיים העליונות לאחר שבץ.

דימוי מוטורי ממשק מוח-מחשב בשיקום תפקוד מוטורי לקוי בגפיים העליונות לאחר שבץ מוחי

לדימוי מוטורי בסביבת מציאות מדומה יש יישומים רחבים במערכות ממשק מוח-מחשב. כתב יד זה מתאר את השימוש באווטארים דיגיטליים מותאמים אישית הדומים למשתתפים המבצעים תנועות שדמיין המשתתף בסביבת מציאות מדומה כדי לשפר את הטבילה ואת תחושת הבעלות על הגוף.

ביצועי דימויים מוטוריים באמצעות תאומים דיגיטליים מגולמים בסביבת ממשק מוח-מחשב התומכת במציאות מדומה

מחקר זה מציג מערכת ממשק מוח-מחשב (BCI) לחולי שבץ מוחי, המשלבת אותות אלקטרואנצפלוגרפיה ואלקטרוקולוגרפיה כדי לשלוט ביד רובוטית בגפה העליונה, ולשפר את הפעילויות היומיומיות. ההערכה השתמשה במבחן ברלין דו-ידני לשבץ מוחי (BeBiTS).

מערכת רובוטית לגפיים העליונות הנשלטת על ידי ממשק מוח-מחשב לשיפור הפעילות היומיומית בחולי שבץ מוחי

מחקר זה מציג פרוטוקול סטנדרטי וניתן לשחזור ליישום כלי ניתוח EEG בתדר מרחבי-זמני (STFEEG) לפענוח EEG בתמונות מוטוריות, הכולל סגמנטציה מרחבית-זמנית-תדרית ניתנת להגדרה, חילוץ תכונות מבוסס תבניות מרחביות נפוצות (CSP), אלגוריתמים מרובים לסיווג ויכולות ויזואליזציה.

STFEEG-Tool: כלי לניתוח EEG בתדר מרחבי-זמני לממשקי דימות מוטורי מוח-מחשב

למד כיצד לבצע ניסוי ממשק מוח-מחשב (BCI) באמצעות EEG, כיול המערכת ואימון משתמשים לשליטה בסמן וירטואלי באמצעות תנועות מדומות. שיטה זו מאפשרת תרגום אותות עצביים לפקודות מחשב.

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

גלה סרטונים נוספים