Gościmy

Naszą witrynę przegląda teraz 2 gości 

Logowanie





Designed by:

SSVEP BCI PDF Drukuj Email

Interesującą grupę interfejsów BCI stanowią urządzenia wykorzystujące detekcję sygnałów będących reakcją mózgu na bodźce zewnętrzne, czyli detekcję tzw. potencjałów wywołanych (ang. Evoked Potentials – EP). Sygnały EP powstają w określonych obszarach kory mózgowej, w zależności od rodzaju bodźca (np. pojawienie się sygnału dźwiękowego powoduje powstanie EP w korze słuchowej, błysk światła wywołuje EP w korze wzrokowej) i oznaczają zwrócenie uwagi na dany bodziec, np. zaistnienie sygnału dźwiękowego podczas uważnego oglądania przez osobę jakiegoś przedmiotu, nie spowoduje powstania EP w korze słuchowej, natomiast nagła zmiana oświetlenia oglądanego przedmiotu może spowodować powstanie EP w korze wzrokowej. Podobnie, oświetlenie tylko tej części przedmiotu, na którą osoba nie zwraca uwagi, nie spowoduje znaczącej reakcji w korze wzrokowej. Takie selektywne pojawianie się sygnałów EP umożliwia projektowanie urządzeń BCI charakteryzujących się dużą liczbą rozróżnialnych poleceń oraz dobrą niezawodnością, ze względu na niewielką zależność sygnałów EP od stanu psychofizycznego człowieka. Potencjały wywołane mają jednak bardzo małą amplitudę (kilka μV), co bardzo utrudnia ich detekcję, szczególnie w obecności silnych sygnałów zakłócających.

 

Istotnym elementem interfejsu BCI opartego na detekcji EP jest dobór sposobu stymulacji kory mózgowej, tzn. wybór rodzaju bodźców i ich parametrów. Ze względów praktycznych najczęściej stosuje się bodźce wzrokowe, które powodują powstawanie tzw. wzrokowych potencjałów wywołanych (ang. Visual Evoked Potentials – VEP) w tylnej części kory mózgowej (kora wzrokowa). Bodźce wzrokowe są generowane przez specjalne urządzenie, tzw. fotostymulator, bądź są wyświetlane na ekranie monitora w postaci obiektów (np. ikony, litery, cyfry), które mogą zmieniać barwę lub intensywność świecenia. Każdemu obiektowi przyporządkowane jest określone polecenie, które będzie wykonane, jeśli urządzenie, analizując sygnały VEP, wykryje skupienie uwagi użytkownika na danym obiekcie.

 

Autor: M.Byczuk

Na rysunku: Zasada działania przykładowego systemu BCI pełniącego funkcję klawiatury, w którym migoczące klawisze stymulują wzrok, powodując powstawanie potencjałów VEP.

 

Analiza potencjałów wywołanych zależy od przyjętego sposobu stymulacji. Jeśli bodziec jest podawany w formie krótkiego impulsu, powtarzanego nie częściej niż 2 razy w ciągu sekundy, potencjały wywołane pojawiają się w formie krótkotrwałego zaburzenia sygnału EEG, które można interpretować jako odpowiedź impulsową kory wzrokowej. Sygnały te można również traktować jako reakcję na zdarzenie (w tym przypadku impuls świetlny), dlatego w literaturze często występują jako sygnały ERP (ang. Event-Related Potentials). Detekcja sygnałów ERP polega na wyznaczeniu współczynnika korelacji wzajemnej mierzonego sygnału EEG i przygotowanego wcześniej wzorca ERP. Wyznaczony współczynnik jest porównywany w ustalonych odstępach czasu z wartością progową, ustaloną w procesie tworzenia wzorca (jest on różny u różnych osób), co umożliwia określenie chwili, w której użytkownik zareagował na impuls świetlny. Jeśli bodźce wzrokowe są generowane przez różne obiekty w różnych chwilach, możliwe jest określenie obiektu, na którym skupiał uwagę użytkownik i który spowodował pojawienie się sygnału ERP, co z kolei umożliwia wybranie odpowiedniego polecenia. Ze względu na małą amplitudę sygnałów ERP w stosunku do amplitudy sygnałów zakłócających, ich detekcja na podstawie reakcji na pojedynczy impuls jest obarczona dużym błędem. Dlatego w praktyce stosuje się sekwencje impulsów, różne dla różnych obiektów, oraz odpowiednie uśrednianie fragmentów mierzonego sygnału. Fragmenty te mają jednakową długość, równą czasowi trwania ERP (około 500ms) i rozpoczynają się w chwili podania impulsu. Umożliwia to znaczną poprawę jakości detekcji ERP, ale jednocześnie wydłuża czas potrzebny na wybranie pojedynczego obiektu. Czas detekcji ERP jest o tyle istotny, że zależy od liczby rozróżnianych poleceń (im więcej poleceń tym dłuższe sekwencje impulsów).

 

Innym sposobem stymulacji jest modulowanie jasności lub barwy wyświetlanych obiektów sygnałem okresowym o stałej częstotliwości. Powoduje to powstawanie w korze wzrokowej sygnałów SSVEP (ang. Steady-State Visual Evoked Potentials), które można traktować jako odpowiedź kory wzrokowej w stanie ustalonym na sygnał okresowy (stąd ich nazwa). Odpowiedź ta jest również sygnałem okresowym, o częstotliwości podstawowej takiej samej jak częstotliwość sygnału stymulującego, mogącym zawierać również wyższe harmoniczne. Energia sygnału SSVEP jest zatem skupiona wokół kilku częstotliwości, wynikających z zastosowanych częstotliwości stymulacji, co umożliwia łatwe wykrycie SSVEP przy użyciu analizy widmowej sygnału (np. analizy Fouriera). Dodatkowo, możliwe jest określenie nie tylko chwili pojawienia się sygnału SSVEP (skupienia uwagi użytkownika na wybranym obiekcie), ale również częstotliwości SSVEP, a więc również częstotliwości sygnału stymulującego. Pozwala to na przyporządkowanie różnym obiektom sygnałów o różnych częstotliwościach, przez co czynnikiem wskazującym na wybrany obiekt jest nie czas pojawienia się sygnału, jak ma to miejsce przy detekcji ERP, ale częstotliwość sygnału SSVEP. Jest to o tyle istotną zaletą, że uniezależnia czas wyboru pojedynczego polecenia od liczby dostępnych poleceń i umożliwia konstruowanie urządzeń BCI o dużej szybkości, niezawodności i pojemności (dużej liczbie poleceń).