Interfejsy mózg-komputer (BCI, ang. Brain-Computer Interfaces) to urządzenia, które rejestrują sygnały aktywności mózgu, analizują je i ‘tłumaczą’ na polecenia przekazywane do urządzeń wyjściowych. W ten sposób systemy BCI są niezależne od tradycyjnych dróg komunikacji które ma do dyspozycji ludzki mózg (z wykorzystaniem nerwów i mięśni obwodowych). Ze względu na tę unikalną cechę urządzenia tego typu mogą w przyszłości umożliwić osobom niepełnosprawnym, w tym całkowicie sparaliżowanym, korzystanie z komputera i innego sprzętu technicznego na równi z innymi użytkownikami.
Motywacja
Interfejsy mózg-komputer (BCI, ang. Brain-Computer Interfaces) to urządzenia, które rejestrują sygnały aktywności mózgu, analizują je i ‘tłumaczą’ na polecenia przekazywane do urządzeń wyjściowych. W ten sposób systemy BCI są niezależne od tradycyjnych dróg komunikacji które ma do dyspozycji ludzki mózg (z wykorzystaniem nerwów i mięśni obwodowych). Ze względu na tę unikalną cechę urządzenia tego typu mogą w przyszłości umożliwić osobom niepełnosprawnym, w tym całkowicie sparaliżowanym, korzystanie z komputera i innego sprzętu technicznego na równi z innymi użytkownikami.
0
Kierunki badań
Badania nad rozwojem urządzeń BCI mają ponad 30-letnią historię. Najczęściej są to nieinwazyjne systemy BCI rejestrujące obraz elektrycznej aktywności mózgu (sygnał elektroencefalograficzny, w skrócie EEG). Do samej komunikacji wykorzystywane są powszechnie znane paradygmaty i zmiany obrazu aktywności mózgu użytkownika związane ze zmianami stanu psychofizycznego lub stymulowane za pomocą zewnętrznych sygnałów (najczęściej wzrokowych): lokalne desynchronizacje i synchronizacje rytmów w pasmach µ i β (ang. event-related desynchronization / synchronization, ERD / ERS), potencjały związane ze zdarzeniem stymulacji (ang. event-related potentials, ERP) jak i wzrokowe potencjały wywołane w stanie ustalonym (ang. steady-state visual evoked potentials, SSVEP).
Obecnie wiele prac badawczych koncentruje się na hybrydowych systemach BCI (łączących więcej niż jeden z w/w paradygmatów), multimodalnych systemach komunikacji oraz metodach filtracji przestrzennej i algorytmach analizy sygnałów.
0
Osiągnięcia
Zamiast korzystać z klasycznej metody analizy widma w celu detekcji wzrokowych potencjałów wywołanych z zarejestrowanej aktywności mózgu użytkownika interfejsu opracowaliśmy alternatywę opartą na kanonicznej analizie korelacyjnej (ang. canonical correlation analysis, CCA). Ta oryginalna modyfikacja pozwala znaleźć najlepszą kombinację kanałów pomiarowych w której jeden używany jest jako kanał sygnałowy, a drugi jako odniesienie pozwalające wyeliminować wszelkie zakłócenia oraz niestymulowaną aktywność mózgu użytkownika.
Proponowany algorytm wykrywania poprawia dokładność klasyfikacji w grupach pacjentów ze średnimi i słabymi wynikami stymulacji SSVEP (ocenianymi na podstawie klasycznej metody analizy widma). W grupie użytkowników z najlepszymi wynikami nie zaobserwowano wyraźnej poprawy dokładności. Jednocześnie średnie czasy detekcji nie były znacząco lepsze, ale zmierzone ogólne szybkości przesyłania informacji były w wielu przypadkach wyższe dla proponowanej metody, co wynika z wyższej dokładności klasyfikacji tej metody. Należy zauważyć, że do osiągnięcia takich wyników potrzebna była tylko krótka sesja kalibracji off-line.
0
Perspektywy
Ze względu na dużą zmienność osobniczą rejestrowanych odpowiedzi i niską szybkość komunikacji wiele systemów BCI jest wciąż na etapie demonstracji laboratoryjnych lub wczesnych badań klinicznych (w których już teraz z znaleźć można obiecujące wyniki wśród użytkowników zmagających się z różnymi chorobami neurologicznymi). Naszym zdaniem ograniczenia te można wyeliminować w najbliższych latach dzięki postępowi w technologiach rejestracji EEG (przenośne, bezprzewodowe rejestratory umożliwiające wygodne i skuteczne wykorzystanie rejestratora elektrycznej aktywności mózgu użytkownika w środowisku domowym), a także dalszy rozwój i optymalizację algorytmów wykorzystywanych w technikach BCI: metod filtrowania przestrzennego i detekcji co umożliwi ich niezawodną pracę w poza laboratoryjnym, niekontrolowanym środowisku.
0