Articolo metodologico

SSVEP-based Procedura sperimentale per Brain-Robot Interaction con Humanoid Robots

DOI:

10.3791/53558

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24 novembre 2015

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1School of Electrical Engineering and Automation, Tianjin University, 2Department of Computer & Electrical Engineering and Computer Science, California State University

In questo articolo

Sommario

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L'obiettivo generale di questo metodo è quello di stabilire una procedura sperimentale basata su SSVEP integrando più programmi software per consentire lo studio dell'interazione cervello-robot con robot umanoidi, che è prospettico nell'assistere i malati e gli anziani, nonché nell'eseguire lavori insalubri o pericolosi.

Abstract

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Brain-Robot Interaction (BRI), che fornisce un innovativo percorso di comunicazione tra l'uomo e un dispositivo robotico tramite segnali cerebrali, è in grado di aiutare i disabili nella loro vita quotidiana. L'obiettivo generale del nostro metodo è quello di stabilire una procedura sperimentale basata su SSVEP integrando più programmi software, come OpenViBE, Choregraph e software Central, nonché programmi sviluppati dall'utente scritti in C++ e MATLAB, per consentire lo studio dell'interazione cervello-robot con robot umanoidi.

Questo si ottiene posizionando prima gli elettrodi EEG su un soggetto umano per misurare le risposte cerebrali attraverso un sistema di acquisizione dati EEG. Un'interfaccia utente viene utilizzata per suscitare risposte SSVEP e per visualizzare un feedback video negli esperimenti di controllo a circuito chiuso. Il secondo passo consiste nel registrare i segnali EEG dei soggetti per la prima volta, analizzare le loro caratteristiche SSVEP offline e addestrare il classificatore per ciascun soggetto. Successivamente, il processore di segnale online e il controller del robot sono configurati per il controllo online di un robot umanoide. Come fase finale, il soggetto completa tre specifici esperimenti di controllo a circuito chiuso all'interno di diversi ambienti per valutare le prestazioni dell'interazione cervello-robot.

Il vantaggio di questo approccio è la sua affidabilità e flessibilità perché è sviluppato integrando più programmi software. I risultati mostrano che utilizzando questo approccio, il soggetto è in grado di interagire con il robot umanoide tramite segnali cerebrali. Ciò consente al robot umanoide controllato mentalmente di eseguire compiti tipici che sono popolari nella ricerca robotica e sono utili nell'assistenza ai disabili.

Introduzione

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Brain-Robot Interaction (BRI), che fornisce un innovativo percorso di comunicazione tra l'uomo e un dispositivo robotico tramite segnali del cervello, è potenziale per aiutare i disabili nella loro vita quotidiana 1,2. Una varietà di metodi sono in grado di acquisire i segnali del cervello sia invasivo o non invasivo, come ad esempio elettrocorticografia (ECoG), elettroencefalogramma (EEG), la risonanza magnetica funzionale (fMRI), etc. Il metodo non invasivo più comunemente usato per la costruzione del Sistema BRI è di acquisire segnali EEG da elettrodi posti sul cuoio capelluto. Questo metodo è poco costoso, facile da usare, e fornisce una risoluzion....

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Protocollo

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1. Acquisizione del segnale EEG

  1. Spiegare la procedura sperimentale al soggetto e ottenere il consenso informato scritto a partecipare ad esperimenti.
  2. Misurare la circonferenza della testa del soggetto utilizzando una misura di nastro e selezionare il formato della protezione EEG che è vicino alla misura. La disposizione degli elettrodi si basa sul "Sistema Internazionale 10-20" 12.
  3. Misurare la distanza tra la nasion e inion. Utilizzare una matita pennarello pelle per marcare il 10% della distanza come riferimento per l'allineamento del tappo, e segnare il punto mediano della distanza come il vertice sul cuoio capelluto del so....

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Risultati

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I risultati presentati sono stati ottenuti da un soggetto di sesso maschile che hanno corretto-per-versione normale. La figura 7 mostra la procedura di elaborazione dati EEG, tra cui l'estrazione di un'epoca di dati multicanale (Figura 7A), spazialmente filtrando i dati utilizzando coefficienti CCA (Figura 7B) , e calcolando il PSD normalizzato (figura 7C).

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Discussione

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Questo articolo presenta una procedura sperimentale basato SSVEP a stabilire il sistema di interazione cervello-robot con robot umanoidi, integrando software multipli. Poiché intento umano è percepito interpretando segnali EEG in tempo reale, è fondamentale per verificare le connessioni degli elettrodi e le qualità del segnale EEG prima di condurre l'esperimento. Se i segnali acquisiti da tutti gli elettrodi sono di qualità scarsa, è necessario controllare il collegamento degli elettrodi di massa e di riferimento pr.......

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Dichiarazioni

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Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Ringraziamenti

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Gli autori desiderano esprimere la loro gratitudine al signor Hong Hu per la sua assistenza nello svolgimento degli esperimenti riportati in questo documento. Questo lavoro è stato sostenuto in parte dalla National Science Foundation naturale della Cina (n ° 61.473.207).

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Sistema di acquisizione dati EEG Cerebus BlackrockMicrosystems4176-9967
Robot umanoide NAOAldebaran RoboticsH25
Cappuccio EEGNeuroscan8732
Ten20 Gel conduttivoWeaver e compagnia10-20-8

Riferimenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. McFarland, D. J., Wolpaw, J. R. Brain-Computer Interface Operation of Robotic and Prosthetic Devices. Computer. 41, 52-56 (2008).
  2. Lebedev, M. A., Nicolelis, M. A. Brain-machine interfaces: Past, present and future. Trends Neruosci. 29 (9), 536-546 (2006).
  3. W....

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SSVEPBrain Robot InteractionEEG Data AcquisitionClosed Loop ControlHumanoid Robot ControlOffline TrainingOnline Signal ProcessingCanonical Correlation AnalysisPower Spectral DensityVideo Feedback

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