Interfejs mózg-komputer BCI i neurofeedback podstawy rejestracji sygnału EEG

Obecne interfejsy mózg-komputer oraz systemy do neurofeedbacku wykorzystują najczesciej sygnały elektroencefalograficzne (EEG). Podstawowa wadą rejestracji EEG jest przygotowanie głowy pacjenta i naklejenie elektrod. Przygotowanie głowy pacjenta powinno obejmować oczyszczenie skóry głowy w miejscach naklejania elektrod. Celem takiego oczyszczenia jest zmniejszenie impedancji pomiedzy elektrodami, która nie powinna przekraczać 5k omów. Do oczyszczenia miejsca naklejenie alektrod stosuje sie zwykle secjalną pastę ścierna lub żel. Następnym etapem jest naklejenie elektrod. Do tego celu na specjalną elektrodę nakłada się specjalny klej-żel. 

Poniżej można zobaczyć przykład elektrod i kleju, żelu.


Do naklejenia alektrod na uzytek neurofeedbacku nie zawsze trzeba wykonywać oczyszczania powierzchni skóry. Część wzmacniaczy poradzi sobie z wiekszą impedancją. Ponieważ sygnał EEG zawiera wiele artefaktów (nie wnikając w szczegóły) cięzko ocenić, szczególnie poczatkowemu uzytkownikowi czy faktycznie rejestruje sygnał EEG. Jedną z najprostszych metod sprawdzenia czy rejestrujemy sygnał EEG jest próba rejestracji fal alfa (8-13 Hz) i stosunkowo duża amplituda (30-100 uV). Alfa najlepiej jest widoczna z tyłu głowy elektroda Oz. Dlatego najprostszym testem jest zamknięcie oczu przez osobę badaną. Powinny wtedy zostać zarejestrowane sygnały jak poniżej na rysunku. W momencie otwierania i zamykania oczu widać różnicę w przebiegu EEG.




Taka rejestracja jest często pierwszym etapem pozwalającym na rejestracje sygnału EEG, czy to na użytek interfejsu mózg-komputer czy tez neurofeedbacku (biofeedbacku EEG).








Interfejs mózg-komputer (BCI) wykorzystujący potencjał P300

   Jedną z najprostszych koncepcji interfejsów mózg-komputer jest wykorzystanie potencjału P300 (załamka P300). Użytkownik (najczęściej osoba sparaliżowana) skupia swoja uwagę na wybranym znaku na monitorze. Jeśli osoba skupiała swoją uwagę na wybranym znaku i dany znak został podświetlony, to po około 300 ms powstaje pewien charakterystyczny załamek (potencjał P300). Więcej na temat interfejsu mózg-komputer można znaleźć: http://toiowonaukowo.blogspot.com/2010/11/interfejs-mozg-komputer-bci-brain.html Zaznaczyć należy, że interfejsy należą do dość szybkich. Pokazany na poniższym filmie interfejs BCI pozwala napisanie jednego znaku (wybór z 36) w ciągu 8 sekund przy 99% skuteczności. Dzięki takim interfejsom osoba sparaliżowana ma możliwość prostej komunikacji z rodziną. Należy podkreślić, że zaprezentowany interfejs mózg-komputer P300 wykorzystuje zaledwie kilka elektrod (7) a przygotowanie do akwizycji sygnałów jest bardzo proste. Bardzo ważnym elementem systemu mózg-komputer P300 jest fakt, że nie wymaga on nauki generowania sygnałów. Praktycznie 5 minutowe przeszkolenie pozwala na swobodne pisanie. 1 znak na 8 sekund to dla wielu z nas bardzo wolno, ale dla niektórych osób sparaliżowanych to JEDYNA FORMA KOMUNIKACJI!







Kluczem do zrozumienia działania interfejsu jest potencjał P300. Mózg inaczej reaguje na bodziec na który spoglądał uzytkownik. Na poniższym rysunku uśrednione czasy odpowiedzi po bodźcu.




"Poprawny" niebieski kolor na wykresie przedstawia odpowiedź P300. Wywołany jest on bodźcem, podświetloną literą na która patrzył uzytkownik. Natomiast "Niepoprawny" to odpowiedzi od innych liter. Na które uzytkoniek nie patrzył.

Więcej na ten temat można znaleźć w pracy http://bcpw.bg.pw.edu.pl/dlibra/doccontent?id=3343&dirids=1