Stap 1: Een beetje van de wetenschap
Hoe kunnen we met behulp van een draagbare hoed hersenactiviteit meten?
Elektro-encefalografie (EEG) is de meting van neurale activiteit door middel van sensoren (elektroden) geplaatst tegen de hoofdhuid. Deze elektroden kunnen meten de kleine elektrische veranderingen die zich voordoen wanneer het vuur van de neuronen. Door deze signalen via een computer te sturen, kunnen we iemands hersenactiviteit in real time zien. Hier is een geweldige video die de fundamenten van de EEG (Universiteit van Waterloo verklaart):
Schoonmaken van het signaal
Wanneer een signaal van de hersenen wordt vastgelegd van iemands hoofd met behulp van EEG sensoren, het pakt een bos van andere informatie dan de signalen van de hersenen: spier- en oog bewegingen van de persoon, en met name interferentie lawaai uit die oude koelkast in de hoek van het lab. Voordat het signaal van de hersenen kan worden geïnterpreteerd, moeten we het schoon te maken of "vooraf verwerken": uitfilteren van het lawaai, verwijderen van alle spieren, ogen verkeer en knipperen van het signaal.
We doen vervolgens een paar andere wiskundige bewerkingen met de gegevens om te schatten hoeveel verschillende hersengolven per frequentie van hun oscillaties (er is niet alleen een soort brainwave). Neurale oscillaties dus kunnen worden ingedeeld in "beschikbaar te stellen frequentiebanden": Delta (0-4 Hz), Theta (~ 4-8 Hz), Alpha (~ 8-12 Hz), bèta (~ 12-30 Hz) en Gamma (> 30 Hz).
In onderzoek experimenten, het signaal reinigen gebeurt handmatig na de experimenten, met behulp van speciale software. Commerciële EEG headsets bevatten chips die vooraf het signaal in real-time verwerken. Deze tutorial maakt gebruik van Neurosky de ThinkGear™ ASIC Module, die HF lawaai en spier bewegingen van de real-time hersenen signalen filtert, en aangepaste algoritmen, ontworpen door Neurosky te detecteren bij benadering niveaus van "ontspanning" en "aandacht", alsmede de niveaus van de delta, theta, alpha lage, hoge alpha, lage bèta, hoge bèta en gamma-golven van toepassing is.
Het signaal van de hersenen interpreteren
Nu dat we hebben opgeruimd het signaal van de hersenen, kunnen we beginnen te interpreteren. Wijzigingen na verloop van tijd in de niveaus van de verschillende frequentiebanden blijkt dat belangrijke informatie over de mentale toestanden van een persoon, bijvoorbeeld: als ze in slaap, zich te concentreren op een moeilijke geestelijke oefening, ontspannen, hebben hun ogen open of gesloten, enz. Bepaalde signalen van de hersenen kunnen ook worden indicatieve van klinische omstandigheden (epileptische aanvallen of slaapstoornissen).
In een typische onderzoek experiment, is de EEG opgenomen en vervolgens voor elke deelnemer gemiddeld (over vele, vele proeven), voor een grote groep deelnemers. Wetenschappers bestuderen terugkerende patronen van neurale reacties op visuele/auditieve/multisensorische stimuli om te begrijpen hoe de hersenen verwerkt en informatie codeert. Bijvoorbeeld: op basis van iemands EEG, kunnen we voorspellen of ze naar een foto van Times Square kijken spitsuur of een adelaar vliegt tegen een blauwe hemel? Het lijkt erop dat we, door de manier kunnen.
Hersenen-computer interfaces
Terugkerende patronen in hersenactiviteit kunnen ook worden gebruikt voor het schrijven van algoritmen voor hersenen-computer interfaces (BCI). Een hersenen-computerinterface is een computersysteem waarmee een persoon om te controleren van een object met behulp van alleen hun hersenen. Verschillende BCIs zijn momenteel ontwikkeld ter ondersteuning van personen met beperkte mobiliteit en/of communicatie, zodat ze kunnen schrijven of controle van objecten op een computerscherm. Twee methoden die gewoonlijk worden gebruikt bij de ontwikkeling van dergelijke BCIs zijn motor beelden (verbeelden dat je een specifiek orgaan beweging worden uitgevoerd) en de gebeurtenis P300 gerelateerde potentieel (een positieve verandering in spanning die ongeveer rond 250ms na stimulans begin begint). Een paar spelling systemen maken gebruik van deze methoden om mensen om te communiceren met hun hersengolven. Echter zij aanzienlijke opleiding vereisen en zij niet toestaan ons te gewoon denken van woorden en vervolgens zien verschijnen op een computerscherm. De eenvoudigste signalen te gebruiken voor het beheren van objecten met een BCI zou gezicht spieractiviteit, die is gedetecteerd door sensoren in het frontaal oppervlak van het hoofd geplaatst. Deze signalen zijn gemakkelijk herkenbaar (links/rechts oogbewegingen, knipperen, bewegingen van de kaak, balde tanden, enz). Er is een heleboel spannende vooruitgang in BCI onderzoek wordt gedaan. Echter Houd er rekening mee dat BCIs doen niet (nog) laten toe om te doen "gedachten-lezen". Het dichtst dat ik tot "mening-lezend gezien heb" zou moeten dit zeer koele experiment uitgevoerd in Berkeley, met behulp van fMRI (niet EEG).
Universiteit van Minnesota's mening-gecontroleerde quadcopter:
Draagbare EEG vs Clinical/onderzoek EEG
EEG-apparatuur die wordt gebruikt in onderzoeklaboratoria en ziekenhuizen bieden robuuste, hoge kwaliteit opnames van hersenactiviteit. Helaas, de draden aansluiten van de headset op versterkers beperken de mobiliteit van de drager. Draadloze headsets van de EEG zijn eenvoudig op te zetten en tegenwoordig veel van deze gebruik "droog" elektroden (elektroden die niet slissend gel of zoutoplossing vereisen). De belangrijkste beperking bij het gebruik van draagbare EEG apparaten voor onderzoek doeleinden is de ruimtelijke en temporele resolutie (1-14 elektroden; gemiddelde sampling rate van 128 Hz), die nergens zo goed als die van onderzoek EEG headsets is (32-256 elektroden; bemonstering tarieven tot 20 kHz). Dit betekent dat het veel moeilijker om te halen en nauwkeurig de bron van een signaal van de hersenen in kaart met een draagbaar apparaat dan is het met geavanceerde apparatuur. Ook in een draagbaar apparaat is het signaal meer luidruchtig want er veel meer spieractiviteit te wijten aan de persoon bewegen is (ook al een heleboel het lawaai is uitgefilterd tijdens pre signaalverwerking). Nochtans, zelfs met lagere resolutie, draagbare EEG headsets bieden nauwkeurige lezingen van frequentie band macht, en kunnen worden gebruikt voor verschillende toepassingen zoals de ontwikkeling van eenvoudige niet-invasieve brain computer interfaces, en voor bepaalde klinische praktijken (neurofeedback). Draadloze headsets van de EEG zijn tamelijk recent, en hun doeltreffendheid zullen verbeteren samen met technologie.
- Onderzoek/klinische EEG systemen: EGI, Biosemi, BrainProducts, G.tec
- Draadloze & draagbare EEG apparaten: Emotiv, IMEC, Muse, meloen, Neurosky
- Open Source EEG: OpenBCI
