Name: BCI2000로 가상 커서 움직임을위한 EEG 기반 뇌 - 컴퓨터 인터페이스를 사용하여 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2009-07-29T16:58:00.000+00:00
Duration: 12 min 7 s
Description: 학습하세요 BCI2000을 활용한 EEG 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 실험 방법을. 전극 캡 부착, 시스템 교정, 상상 운동을 통한 가상 커서 제어 기술을 익히고 신경공학 연구에 활용하세요.

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NIH NIBIB RO1 : 1R01EB009103 - 01 임상 Neuroengineering 교육 프로그램 (1 T90 DK070079 - 01) 월리스 H 쿨터 재단 NIH 기관 임상 및 Translational 과학 수상 NIH / NCRR 1KL2RR025012 - 01 위스콘신 동창회 연구 재단

실험 절차 <ol><li> EEG 전극을 연결 <ol><li> 전극 뇌파 뚜껑을 사용하여 두피에 부착됩니다; 10-20 국제 시스템에 의해 지정된대로 이것이 전극은 두피에 적절한 위치에 있도록하는 과정을 간소화합니다. </li><li> 뚜껑을 배치하려면 매우 특별한 펜이나 기타 유사한 방법을 사용하여 주제의 두피에 정점을 표시합니다. 이렇게하려면 주제에 nasion 및 inion 찾기로 시작합니다. 줄자를 사용하여이 두 위치 사이의 거리를 찾으십시오. 두 점, 또는 거리의 50 % 사이에 포인트 미드웨이 정점이다. 나중에 참조할 수 있도록 그 시점에 표시를합니다. 기타 10-20 포인트는 비슷한 방식으로 찾을 수 있습니다. </li><li> 뚜껑에있는 CZ 전극을 찾아, 그리고 버텍스에 위치. CZ의 고정을 유지할 수있다는 것은, 머리에 뚜껑을 살짝. Fpz과 수준있는 Fz, CZ, 그리고 PZ 전극은 두피의 정중선에 있는지, 그리고 O1 - O2 전극은 오즈와 수평과 레벨 것을, 그리고 Fp1 - Fp2 있는지 확인합니다. </li><li> 이제 참조 전극을 부착, 어떤 일반적으로 귓불에 클립. </li><li> 전극은 두피와 낮은 임피던스 접촉을 할 수 있도록 다음, 전극은 전도성 젤로 가득합니다. 이렇게하려면 야기한 스쳐 바늘로 작은 주사기가 젤로 가득 차 있습니다. 또한, 그것은 젤이 연결이 잘되었는지 확인하기 위해 적용되는 동안 컴퓨터 화면에 EEG 흔적을 볼 도움이 될 수 있습니다. </li><li> 전극에 바늘을 삽입하고, 부드럽게 어떤 죽은 피부를 제거하기 위해 바늘로 두피를 마모. 그것을 너무 많이 넣다하지 않도록주의하고, 젤의 소량으로 전극을 입력합니다. 귀 참조 전극 시작하고,지면을 포함하여, 전극 모두 반복합니다. </li><li> 모든 5 kΩ 미만이어야 모든 채널에 대한 임피던스를 확인합니다. 이 방법은 사용중인 특정 앰프 시스템에 따라 달라질 수 있지만, 하드웨어를 통해 또는 BCI2000 통해서 임피던스를 확인 할 수 있어야합니다. </li><li> 전극 5 kΩ 이상있다면, 다시 바늘을 삽입하고, 좀 더 두피를 마모. 임피던스에 감소가 없다 않는 한 그것은 더 젤을 주​​입 필요가 없을 것입니다. </li></ol></li><li> EEG 보정 기능 구하기 <ol><li> 특히 세션 주제가 테스트되고 처음의 시작, 그것은 BCI을 제어하는​​ 데 사용할 수있는 뇌파 기능을 확인하는 데 유용합니다. 뮤과 베타 뇌파 리듬의 기본 속성은 모든 사람들에게 동일하지만, 이러한 기능은 사람으로부터 사람에게 다양하고, 따라서 이전에 다른 실험을 조정해야합니다 때문입니다. </li><li> 교정 세션에서 주제가 모니터에 표시 영상 신호에 대한 응답으로 자신의 손이나 발을 포함한 다양한 움직임을 상상하도록 지시합니다. 시작하려면, 컴퓨터 시스템은 연구자의 디스플레이 제어 소프트웨어를 포함하므로, 듀얼 모니터 모드용으로 구성된, 두 번째 모니터는 실험 결과를 표시해야합니다. </li><li> 귀하의 증폭기 소스 모듈 ARSignalProcessing 모듈 및 StimulusPresentation 모듈을 선택하여 BCI2000Launcher에서 BCI2000를 시작합니다. 이 예제에서, 우리는 g.USBamp 앰프를 제어하는​​ gUSBampSource 모듈을 사용하고 있습니다. </li><li> 피사체에 대한 매개 변수 파일, 앰프 및 모터 심사 작업을 추가합니다. 이들은 그들이 단순히 로드할 수 있도록 미리 구성되어야하며, 실험 시작할 수 있습니다. </li><li> 매개 변수 파일이 BCI2000Launcher에서 파일 목록에 추가되었습니다되면, 시작 버튼을 누릅니다. 모든 올바르게 작동하는 경우, BCI2000는 뇌파 데이터의 흔적이 나타납니다 시작하고, 주제의 모니터는 이전 실험의 시작 빈해야합니다. </li><li> 세션 동안, 화면도 비워두거나 같은 명령 &quot;라이트 항&quot;, &quot;레프트 항&quot;, &quot;양손&quot;또는 표시 명령은 3S로 화면에 나타납니다 &quot;모두 피트합니다.&quot;; 중 이번 주제는 지속적으로 움직임을 상상한다. 손 움직임이 열고 (예 : 테니스 공을 압박 등) 손을 폐쇄하고, 도보로 이동 (예, 두 발로 가속 페달에 눌러 같은) 앞뒤로 다리를 이동해야한다. 화면이 비어있는 경우, 몸은 완전히 긴장해야합니다. </li><li> 실행하는 동안, 각 신체 부분은 20 회 반복합니다. 이상적으로, 5 실행 총이되어야한다는 것을 의미, 100 데이터 포인트가 있어야합니다. 피사체가 더 상상 작업을 수행할 수 있기 때문에 여러 개의 세션을 통해 적은 실행이 필요합니다. </li></ol></li><li> EEG 기능 분석 <ol><li> 피사체가 자발적으로 BCI를 제어하기 위해 조절 할 수있는 뇌파 기능을 확인하기 위해 교정 데이터가 BCI2000에 포함되어있는 BCI2000 오프라인 분석 도구를 사용하여 오프라인 분석이다. 이 도구는 주파수 도메인 철에 수집된 데이터로 변환다른 운동하는 동안 변화하고, maximally 작업과 상관있는 주파수와 위치를 보여줍니다 atures. 이러한 기능은 다음 BCI 실험에서 사용할 수 있습니다. </li><li> 기능이 사용해야하는 확인하려면 BCI2000 오프라인 분석 도구를 시작합니다. BCI2000 자세한 사항은 상담을해야하는 분석 도구를 사용하기위한 광범위한 튜토리얼이 포함되어 있습니다. </li><li> EEG 기능이 강력하게 분석 도구에서 생산 플롯의 대형 R - 제곱 값을 찾는 각 운동과 상관되는 확인합니다. 가장 큰 R - 제곱 값 (예를 들어, 0.2보다 큰)의 채널 및 주파수 방식은 다음 특정 방향에 대한 제어 신호 구성 요소로 선택할 수 있습니다. 예를 들어, 기능 오른쪽 조건에 대한 변화는 화면의 오른쪽으로 커서를 이동하도록 설정해야합니다. </li><li> 뮤 / 베타 리듬이 연관된 운동과 진폭의 감소 것을 기억하는 것도 중요하다. 그럼, 오른쪽으로 커서를 이동하기 위하여 X - 방향으로 긍정적인,이 기능은 그것과 관련된 부정적인 무게가 있어야합니다. </li><li> 선택된 채널과 주파수가 대뇌 피질 sensorimotor 리듬 알려진 속성과 일치해야합니다. , 상상 오른손의 움직임과 대응 중요한 변경 사항은 C3와 CP3 근처 contralateral (왼쪽) 모터 피질, 이상 볼 및 8-12 Hz에서 및 / 또는 18-28 Hz에서 근처를 중심으로해야합니다입니다. 마찬가지로, 왼손의 움직임은 C4와 CP4 전극 오른쪽 모터 피질을 통해 변화에 따라서해야하며, 발 움직임은 CZ 및 CPz 이상 나타납니다. 이러한 위치와 가치가 다른 경우, 그때는 다른 잡음 또는 임의 효과가 측정되었을 가능성이 큽니다이며, 제어 기능으로 구성하면 안됩니다. </li><li> 각 조건 들어, 네 개의 큰 R - 제곱 값은 채널 번호와 빈 번호의 관점에서 선정되어야합니다. 주파수 너무, 2 Hz에서 용기에 10-12 Hz에서에서 높은 R​​ - 제곱있는 기능을 준비하는 것은 빈 6 나타납니다. 손으로 이러한 값으로, 시스템 커서 컨트롤 작업에 대해 구성할 수 있습니다. </li></ol></li><li> 온라인 피드백 세션 구성 <ol><li> BCI2000 실행기에서 커서 움직임 세션을 구성합니다. </li><li> 실험을 시작하기 전에, 몇 가지 매개 변수를 구성해야합니다. 첫째, 공간 필터는 일반적인 평균 기준으로 구성해야합니다. 이렇게하려면 설정 목록을 가져 BCI2000 운영자에 구성 언론 및 필터링 탭을 누르십시오. </li><li> SpatialFiltering로 이동하고 말하는 있도록 SpatialFilterType 드롭 다운 상자를 변경 &quot;일반적인 평균 기준 (자동차).&quot; </li><li> SpatialFilter 자동차 출력에서​​ 교정 세션에서 선택한 채널 이름이나 번호를 나열합니다. 예를 들어, &quot;C3 CP3는 C4 CP4 CZ CPz&quot;를 (따옴표없이) 입력하고, BCI2000 알 수있는 채널을 사용하는 (채널 레이블은 소스 탭에서 &quot;채널 이름&quot;필드 아래에 나열되어있는). </li><li> 다음 분류 매트릭스는 선택한 기능을 사용하도록 구성되어야합니다. 필터링 탭 아래 분류 매개 변수 및 언론 편집 매트릭스로 이동합니다. </li><li> 컬럼의 수는 4로 설정되어야하고, 행 번호를 선택한 기능의 총 수를 동일해야합니다. 각 매트릭스 행은 개별 기능에 해당합니다. </li><li> 첫 번째 열에는 두 번째 열을 컨트롤에 대한 선택 방식을 포함 사용되는 채널 이름의 모든 예, C3, C4 등 포함해야합니다. 그것도 빈 번호 또는 특정 주파수를 입력할 수 있습니다, &quot;6&quot;또는 &quot;11Hz&quot;를 입력하면 BinWidth 매개 변수는 소스 탭 아래 &quot;2 Hz에서&quot;이라고 제공된 같은 bin을 선택합니다. &quot;1&quot;의 가치는 수평 운동에 해당하고, &quot;2&quot;는 수직 운동에 해당하고, 세 번째 열에 출력 채널입니다. 채널 C3, CP3, C4, 그리고 CP4는 수평 커서 제어 작업을 위해 1로 설정해야합니다, C3, CP3, C4, CP4은 CZ과 CPz는 수직 커서 제어 작업을 2로 설정해야합니다. 마지막으로, 네 번째 열에는 기능 무게를 보유하고, 반대 의도한 방향으로 일치해야 예, C3와 CP3는 커서 오른쪽으로 이동하기 -1 가중치해야하고, C4와 CP4 그것이 왼쪽으로 이동 1 가중치해야합니다. 커서를 아래로 이동, CZ 및 CPz가 1 가중치해야하고, 커서까지를 이동, C3와 C4는 -1 가중치해야합니다. </li></ol></li><li> 커서 이동 작업 <ol><li> 시스템이 올바른 설정으로 구성됩니다 이제, 그것은 실험적 작업을 시작하는 시간이다. </li><li> 4 명과 교전 중 하나가 재판 중에 나타나도록 시스템이 구성되어 있습니다. 주제의 목표는 운동의 원하는 방향으로 (예, 등, 아래로 이동 오른쪽 발을 이동 오른쪽)에 해당하는 상상 움직임을 사용하여 올바른 대상으로 커서를 이동하는 것입니다. </li><li> 첫 번째 시련은 커서가 대상의 축에 제약이 있습니다. 그것은 대상의 상단이나 하단에있다면, 그것은이다가능 위나 아래로 커서를 이동하고, 그것에있는 경우 왼쪽 또는 화면의 오른쪽 커서에만 왼쪽 또는 오른쪽으로 이동할 수 있습니다. </li><li> 실행이 시작되면 문자 &quot;T&quot;는 2 초 화면에 나타납니다. 다음 목표 중 하나는 1 초 동안 나타납니다. </li><li> 이 1 초 동안 후 커서가 화면의 중앙에 나타납니다. 주제 대상에 커서를 직접 적절한 상상 움직임을 사용합니다. 피사체가 목표물을 명중하는 경우, 그것은 색상을 변경합니다. 그렇지 않으면, 주제는 시간이 아웃 세션 전에 목표점 5 초 있으며 미스로 계산됩니다. </li><li> 재판 후, 피사체가 다시 조정 위치 달리 제비, 깜빡, 휴식, 또는 수있는 동안 이초 간 재판 간격이 있습니다. 시련 동안, 운동은 운동의 유물이나 근육 유물을 줄이기 위해 절대적인 최소로 보관해야합니다. 또한 편안한 의자에 dimly 조명 방에 앉아 유용합니다. </li><li> 20 시련 후에 BCI2000는 정지 상태로 들어갑니다. 이 기간 동안, 그것은 피사체가 커서를 이동할 수없는 경우 설정 중 일부를 다시 조정해야 할 수도 있습니다. </li><li> 4 실행 후 피사체가 여전히 volitionally 커서를 이동할 수 없습니다있다면, 그것은 BCI2000 오프라인 분석 도구에서 다시 분석하고 수집된 데이터로 필요할 수 있습니다. 새로운 기능 플롯을 바탕으로 새로운 채널과 주파수를 선택합니다. 피사체가 작업에서 실력이 될 수 전에 몇 가지 실행하거나 여러 개의 세션을 가능성이 걸릴 수 있습니다. </li></ol></li></ol> 6 부 : 대표 결과 : <ol><li> 그림 1과 2는 채널과 주파수 용기가 커서 제어를 위해 선택되어야하는 의미의 교정 절차에 대한 R - 제곱 값과 두피의 지형을 보여줍니다. </li><li> 훈련 주제는 신속하게 1 개 또는 2 초 내에 표시 대상으로 커서를 이동시킬 수 있어야합니다. </li></ol><img src="/files/ftp_upload/1319/1319fig1.jpg" alt="그림 1" /> 그림 1) 및 B) 오른손으로, 현실과 상상의 움직임 중 10-12 Hz에서 밴드의 스펙트럼 변화 지형. C) 전원 나머지 동안 C3에 대한 스펙트럼 (점선)과 운동 (고체). D) 운동 중에 전원의 R - 제곱은 나머지에 비해. <img src="/files/ftp_upload/1319/1319fig2.jpg" alt="그림 2" /> 그림 2 R - 제곱 상상 오른쪽 움직임을 위해 모든 채널에 걸쳐. x 축은 0에서 70 Hz에서 2 Hz에서 방식의 주파수이다. y 축은 채널 번호입니다. 최고의 R - 제곱 값은 모터 피질의 contralateral 손 영역을 커버 채널 9, 10, 17, 18, 19,에서 찾을 수 있습니다.

<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><li> 이것은 전극 임피던스가 낮은 것을 중요하지만 너무 겔은 임피던스를 낮게하는 데 사용되지 않았습니다. 하나의 나쁜 채널은 일반적인 평균 기준을 통해 모든 다른 사람에 영향을 줄 수 있습니다. 임피던스가 여러 시도 후 줄일 수 없다면, 그것은 단순히 바늘이 젤 주사를 위해서 배치하고, 자리에 녹화되는 구멍을 통해 나쁜 전극에 삽입 될 수있는, 빠른 삽입 전극을 사용하는 것이 좋습니다. </li><li> 첫 번째 세션 동안, 주제는 어려움이 필요한 움직임을 상상 할 수 있습니다. 이 경우, 그것은 그들이 먼저 실제 움직임을하고, 오프라인 분석에게 실제 움직임 데이터를 수행하도록 도움이 될 수 있습니다. 이전처럼 실제 이동 데이터로 커서를 이동 세션을 구성하고, 제목에 커서를 이동하려고 시도의 실제 움직임을 사용을 할 수 있습니다. 그들이 완전히 멈출 때까지 몇 실행 후, 그들이 점차 실제 운동을하는 중지했습니다. 여러 세션 후, 대부분의 사용자는 커서를 &quot;이동&quot;대신 모두 모터 이미지 사용을 중지합니다. </li></ol>

<table><tbody><tr><td>BCI2000 호환 증폭기 시스템</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>BCI2000 호환 증폭기 시스템</td><td>Tucker-Davis Technologies</td><td>Rx5 또는 Rx7</td><td>&lt;a href=&quot;http://www.tdt.com&quot;&gt;http://www.tdt.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>EEG 캡</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;최소한 캡에는 손과 발 영역(C3, C4, Cz) 위에 전극이 배치되어 있어야 합니다. 제어용(CP3, CP4, CPz) 및 공간 필터링을 위해 추가 채널을 사용할 수 있으며, 이를 통해 신호 품질을 향상시킬 수 있습니다.</td></tr><tr><td>전도성 젤</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>PC</td><td></td><td></td><td>Windows XP 또는 Vista 실행 가능 (최소 Pentium 4, 2 GHz, 1 GB RAM)</td></tr><tr><td>모니터 2대</td><td></td><td></td><td>각각 최소 19인치 (피험자용 1개, 연구자용 1개)</td></tr></tbody></table>

bci2000로 가상 커서 움직임을위한 eeg 기반 뇌 - 컴퓨터 인터페이스를 사용하여

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

같은 컴퓨터 또는 기타 장치를 제어하는​​ 데 사용할 수있는 신호로 뇌파 (EEG)로 신경 신호를 변환하여 뇌 - 컴퓨터 인터페이스 (BCI)는 기능. 선택된 주파수 방식의 EEG 신호의 진폭이 경우에는 컴퓨터 커서의 수평 및 수직 속도를 측정하는 장치 명령으로 번역하고 있습니다. 첫째, EEG 전극은 두뇌 활동을 기록하기 위해 모자를 사용하여 사용자의 두피에 적용됩니다. 다음 교정 절차는 EEG 전극과 자발적 BCI를 사용하도록 조절하기 위해 사용자가 배울 것이라는 기능을 발견하는 데 사용됩니다. 인간에서는, 뮤의 전력 (8-12 Hz에서)와 베타 (18-28 Hz에서) 주파수 대역은 실제 또는 상상을 운동하는 동안 진폭 감소. 이러한 변경 사항은 실시간으로 뇌파에 감지하고, BCI를 ([1], [2]) 제어하는​​ 데 사용할 수 있습니다. 따라서 선별 검사하는 동안, 사용자는 그 상상 움직임과 변화 독특한 뇌파 기능을 결정하기 위해 그들의 손과 발이 여러 상상 움직임을 요청합니다. 이 교정의 결과는 무와 베타 주파수 대역의 진폭 변화가 어느 수평 또는 수직 커서를 이동 있도록 구성되어 사용할 수있는 가장 좋은 채널을 표시합니다. 본 실험에서는, 범용 BCI 시스템 BCI2000는 사용자가 [3]에 신호 수집, 신호 처리 및 피드백을 제어하는​​ 데 사용됩니다.

이 비디오에서는, 우리는 뇌파 뚜껑을 설정하는 시스템을 보정하고, 사용자가 상상 움직임을 사용하여 2 차원에 커서를 이동하는 훈련을 포함한 뇌 - 컴퓨터 인터페이스 실험을 실행하는 데 필요한 단계를 보여줍니다.

BCI2000로 가상 커서 움직임을위한 EEG 기반 뇌 - 컴퓨터 인터페이스를 사용하여

뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)는 뇌전도(EEG)와 같은 신경 신호를 ...에 사용할 수 있는 신호로 변환함으로써 작동합니다.

뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)는 뇌전도(EEG)와 같은 신경 신호를 컴퓨터나 다른 장치를 제어하는 데 사용할 수 있는 신호로 변환하여 작동합니다. 절차는 먼저 대상자의 두피에 EEG 전극 캡을 부착하여 뇌 활동을 기록하는 것으로 시작합니다. 그 다음 대상자에게 손과 발의 여러 가지 자발적 움직임을 상상하도록 요청하며, 이때 캘리브레이션 절차를 수행하여 그 결과로 나타나는 EEG의 특성을 분석합니다.R-제곱 값과 두피 토모그래피를 사용하여 컴퓨터 화면의 커서를 제어하는 데 사용할 전극과 주파수 빈을 결정할 수 있습니다. 이를 통해 피험자는 생각만으로 타겟 영역으로 커서를 빠르게 이동시킬 수 있게 됩니다. 안녕하세요, 저는 위스콘신 대학교 매디슨 캠퍼스 생체 의공학과 Justin Williams 교수님 연구실에서 근무하는 Adam Wilson입니다.오늘은 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 애플리케이션 제어를 위해 뇌 활동을 기록하는 방법인 뇌전도 또는 EEG 측정 절차를 공유하겠습니다. 그럼 시작하겠습니다. 이 프로토콜은 10-20 국제 표준 시스템에 따라 전극이 배치된 EEG 캡을 사용하여 피험자의 두피에 EEG 전극을 연결하는 것으로 시작합니다.피험자의 두피에 캡을 정확하게 배치하려면, 전두비골이 교차하는 지점인 nasion과 후두골의 가장 돌출된 부위인 inion을 사인펜으로 표시하십시오. nasion과 inion의 중간 지점을 찾아 표시하십시오. 이 위치를 vertex라고 합니다.캡에서 CZ 전극을 찾아 정수리 부분에 배치하고 CZ를 고정하십시오. 캡을 머리에 씌웁니다. FC, CZ 및 PZ 전극이 두피의 중앙선에 위치하는지, O1에서 O2 전극이 수평이며 OZ와 높이가 맞는지, 그리고 FP1에서 FP2가 FPZ와 높이가 맞는지 확인하십시오.이제 일반적으로 귓볼에 클립으로 고정하는 기준 전극을 부착합니다. 전극들이 적절하게 배치되었으므로, 두피와 전기적 접촉이 제대로 이루어졌는지 확인해야 합니다. 이를 위해 먼저 뭉툭한 바늘이 달린 작은 주사기로 전도성 젤을 흡입합니다.그런 다음 바늘을 전극에 삽입하고 바늘로 두피를 부드럽게 문질러 죽은 피부 세포를 제거합니다. 귀 참조 전극부터 시작하여 접지 전극을 포함한 모든 전극에 대해 이 과정을 반복하고, 전극에 소량의 젤을 채웁니다. 이때 젤이 너무 많이 채워지지 않도록 주의하십시오.모든 채널의 임피던스를 확인하며, 모든 값은 5 kΩ 미만이어야 합니다. 확인 방법은 사용 중인 증폭기 시스템에 따라 다릅니다. BCI 2000의 GUSB 앰프를 사용하는 경우, 데이터 수집 모드(acquisition mode) 파라미터를 'impedance'로 변경하고 'set config'를 눌러 모든 채널의 임피던스 값을 조회하십시오.전극의 임피던스가 5 kΩ보다 높은 경우, 바늘을 다시 삽입하고 두피를 좀 더 마모시켜 연결을 강화하십시오. 그런 다음 임피던스를 다시 확인하십시오. 이제 EEG 캡이 기록 준비되었습니다.시작하려면 컴퓨터 시스템을 듀얼 모니터 모드로 설정하십시오. BCI 2000 런처에서 증폭기 소스 모듈, 더미 신호 처리 모듈 및 자극 제시 모듈을 선택하여 BCI 2000을 실행하십시오. 피험자, 증폭기 및 운동 스크리닝 작업에 대한 파라미터 파일을 추가하십시오. 이 파일들은 세션 시작 전에 미리 구성해야 하며, 화면은 빈 상태이거나 오른손, 왼손, 양손 또는 양발과 같은 지침을 한 번에 3초 동안 표시합니다.각각 3초 동안 지속되는 움직임 과정에서, 피험자는 지시된 동작을 계속해서 상상해야 합니다. 손 동작은 테니스 공을 쥐는 것처럼 손을 펴고 쥐는 것이어야 하며, 발 동작은 가속 페달을 양발로 밟는 것처럼 발을 앞뒤로 움직이는 것이어야 합니다. 화면이 빈 상태일 때, 피험자는 실행 과정 동안 신체를 완전히 이완해야 합니다.각 신체 부위를 20회씩 반복하고 5회차의 런(run)을 수행하여 총 100개의 데이터 포인트를 확보합니다. 이제 데이터를 분석하여 각 상상 운동에 고유한 EEG 특성을 결정할 수 있습니다. 스크리닝 데이터 수집이 완료되었으므로, 이제 BCI 2000 오프라인 분석 도구를 사용하여 사용자가 자발적으로 조절할 수 있는 EEG 신호의 특성이 무엇인지 결정할 차례입니다.오프라인 분석 툴은 EEG 신호를 주파수 영역으로 변환하여, 신호 내의 어떤 채널과 어떤 주파수 특성이 작업과 최대 상관관계를 갖는지 결정할 수 있게 합니다. 분석을 시작하려면 math lab 프로그램을 실행하고 BCI 2000 오프라인 분석 폴더로 이동한 다음 프로그램을 시작하십시오. 해당 프로그램을 사용하여 어떤 EEG 특성이 각 움직임과 강한 상관관계를 갖는지 확인하십시오.각 움직임에 대해 데이터를 도식화한 다음, R-제곱 값이 가장 크거나 상관관계가 가장 강한 그래프를 찾으십시오. 그 후 R-제곱 값이 가장 큰 채널과 주파수 빈(frequency bin)을 커서를 특정 방향으로 이동시키기 위한 제어 신호로 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 오른손 조건에서 변화하는 특징들을 설정하여 커서가 화면의 오른쪽으로 이동하도록 구성하십시오.데이터를 분석할 때, 선택한 채널과 주파수가 피질 감각 운동 리듬의 알려진 특성과 일치하는지 확인하십시오. 예를 들어, C3 및 CP3 근처의 대측 운동 피질에서 상상된 오른손 움직임에 해당하는 유의미한 변화가 관찰되어야 하며, 이는 각각 8~12 Hz 또는 18~28 Hz 부근에서 중심을 이루어야 합니다. 만약 이러한 위치와 값이 다르게 나타난다면, 이는 노이즈나 무작위 효과를 측정한 것일 가능성이 높으므로 해당 리듬을 제어 특성으로 설정해서는 안 됩니다.각 조건에 대해, R-제곱 값이 가장 큰 상위 4개의 채널 번호와 주파수 빈을 선택하십시오. 이 값들을 사용하여 커서 제어 작업을 위한 시스템을 구성할 수 있습니다. 각 상상 움직임과 상관관계가 있는 특징을 결정했으므로, 이제 이 특징들을 사용하여 커서 움직임을 제어하도록 BCI 시스템을 설정할 차례입니다.먼저, 앰플리파이어 소스 모듈, AR 신호 처리 모듈 및 태스크 모듈을 선택하여 BCI 2000 런처에서 커서 이동 세션을 설정합니다. 우선, 공통 평균 참조(common average reference)를 사용하여 공간 필터를 설정하십시오. 이를 위해 BCI 2000 오퍼레이터에서 config를 눌러 설정 목록을 불러온 다음, filtering 탭을 누릅니다.공간 필터링(spatial filtering)으로 이동하여 공간 필터 유형 드롭다운 박스를 공간 필터, CAR 출력의 공통 평균 참조(common average reference) 또는 CAR로 변경하십시오. 보정 세션에서 선택한 채널 이름 또는 번호를 나열하십시오. 다음으로, 필터링 탭에서 선택한 특성을 사용하도록 분류 행렬을 구성하십시오.분류기 매개변수로 이동하여 행렬 편집을 누릅니다. 열의 수를 4로 설정하고, 행의 수를 선택한 전체 특성 수로 설정합니다. 각 행렬 행은 개별 특성에 해당합니다.첫 번째 열에 모든 채널 이름을 입력하십시오. 두 번째 열에는 각 움직임을 제어하기 위해 선택한 주파수 빈(frequency bins)을 입력하십시오. 세 번째 열인 출력 채널에는 해당 기능으로 제어되는 커서 움직임을 입력하십시오.값 1은 수평 이동에 해당하며, 값 2는 수직 이동에 해당합니다. 수평 커서 제어를 위해서는 채널 C3, CP3, C4 및 CP4를 1로 설정해야 합니다. 수직 커서 제어 과제의 경우에는 C3, CP3, C4, CP4 및 CZ를 2로 설정해야 합니다.마지막으로, 네 번째 열에 의도한 방향과 반대되는 특성 가중치를 입력합니다. 예를 들어, 커서를 오른쪽으로 이동시키려면 C3와 CP3를 -1로 설정해야 하며, 왼쪽으로 이동시키려면 C4와 CP4를 1로 설정해야 합니다. 마찬가지로, 커서를 아래로 이동시키려면 CZ와 CPZ를 1로 설정해야 하고, 커서를 위로 이동시키려면 C3와 C4를 -1로 설정해야 합니다.시스템을 올바른 설정으로 구성했으므로, 이제 실험 과제를 시작할 차례입니다. 피험자가 편안하게 앉을 수 있는 의자가 구비된 어두운 조명의 방에서 실험을 진행하십시오. 실험이 진행되는 동안 피험자는 움직임을 최소화해야 합니다.아티팩트를 줄이기 위해 시행 사이에 휴식 시간을 둡니다. 초기 시행에서는 커서를 타겟의 축으로 제한합니다. 즉, 타겟이 상단 또는 하단에 있는 경우 커서를 위 또는 아래로만 이동할 수 있으며, 타겟이 화면의 왼쪽 또는 오른쪽에 있는 경우 피험자는 커서를 왼쪽 또는 오른쪽으로만 이동할 수 있습니다.타겟 중 하나가 1초 동안 나타납니다. 커서는 화면 중앙에 나타납니다. 이후 피험자는 적절한 상상 운동을 통해 커서를 타겟으로 이동시키는 데 5초의 시간을 갖습니다.피험자가 표적을 맞히면 색상이 변경되며, 5초 동안 맞히지 못할 경우 세션 시간이 초과되어 실패로 처리됩니다. 시행 후에는 피험자가 휴식을 취하거나 눈을 깜박이고, 침을 삼키거나, 자세를 조정할 수 있는 2초의 시행 간 간격이 제공됩니다. 20회의 시행이 끝나면 VCI 2000은 일시 중지 상태로 진입합니다. 이 시간 동안 피험자가 커서를 움직이지 못한다면 일부 설정을 다시 조정해야 할 수도 있습니다.4회 시행 후에도 피험자가 여전히 커서를 움직이지 못하는 경우, BCI 2000 오프라인 분석 도구에서 수집된 데이터를 재분석해야 할 수도 있습니다. 새로운 특징 플롯(feature plot)을 기반으로 새로운 채널과 주파수를 선택하십시오. 피험자가 과제에 능숙해지기까지 여러 번의 시행 또는 여러 세션이 필요할 수 있습니다.이 이미지들은 어떤 채널과 주파수 빈을 선택해야 하는지 나타내는 캘리브레이션 절차의 R-제곱 값과 두피 토포그래피를 보여줍니다. 커서 제어를 위해, 훈련된 피험자는 1~2초 이내에 표시된 목표 지점으로 커서를 빠르게 이동시킬 수 있어야 합니다. 지금까지 뇌-컴퓨터 인터페이스를 구성하여 EEG를 수집하고, 사용자가 자신의 뇌 활동을 이용해 가상 커서를 제어하도록 훈련시키는 방법을 살펴보았습니다.이 시스템의 사용법을 익히는 데 많은 훈련 시간이 필요할 수 있다는 점을 유념하는 것이 중요하지만, 끈기 있게 노력한다면 거의 누구나 배울 수 있습니다. 이것으로 모든 설명을 마치겠습니다. 시청해 주셔서 감사하며, 여러분의 실험에 좋은 결과가 있기를 바랍니다.

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Biology

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