Оборудование для научных исследований в области нейронаук, физиологии и поведения Антропоморфная робототехника и робототехнические изделия

Интерфейс мозг-компьютер

Интерфейс мозг-компьютер (ИМК), он же нейроинтерфейс – это технология, позволяющая обрабатывать электрические сигналы с коры головного мозга, усиливать и передавать их на компьютер, далее с помощью алгоритмов обработки происходит синхронизация с любым управляющим устройством или компьютерным приложением.

Мы разработали новую модель и методику неинвазивного интерфейса мозг-компьютер. Её ключевые особенности:

1 Распознавание до 8 отдельных команд в реальном времени

Классификатор способен распознавать нейтральное состояние, состояние концентрации, расслабления, воображаемые движения ногами, перевод внимания внутрь головы, ментальной тишины.

Частота распознавания составляет около 10 Гц. При использовании в реальных условиях частоту иметь смысл снизить на верхнем уровне для обеспечения устойчивости управления.

Оператор не использует для формирования состояний-команд движения глаз и головы, сокращения лицевых мышц, стискивания зубов и т.п. артефакты, которые не относятся непосредственно к психической активности. В качестве подтреждения отсутствия мышечных сокращений при распознавания - эксперимент с больным боковым амиотрофическим склерозом (БАС), у него двигаются только глаза.

Такая скорость позволяет управлять различными процессами и техническими устройствами, играть в игры.

2 Быстрое обучение человека-оператора, легкая повторная пуско-наладка

Неподготовленный человек может за 10 минут обучиться использовать 2 команды.
От 15 минут — 3 команды
Опытный пользователь - до 8 команд в фоновом режиме.
Т.е. может говорить, ходить и выполнять другие операции параллельно с использованием нейроинтерфейса.

Не обязательно переобучать классификатор для одного и того же человека каждый раз.

3Работа всего от 8 монополярных электродов

Это обеспечивает быструю подготовку к работе, легкое использование даже для неподготовленного пользователя.
 

Методика и принцип действия

Основные положения и рекомендованное использование ИМК

  • Пользователь может освоить от 2 до 8 состояний сознания, которые можно использовать в качестве команд управления
  • Длительность обучающей программы для начинающих пользователей – от 30 минут для обучения 2-3 состояниями сознания;
  • Длительность обучающей программы для опытных пользователей (обучение управлению 4-7 состояниями сознания) – от 14 часов;
  • Рекомендуемое, оптимальное время обучения — 30-60 минут в день.
  • Устойчивое управление объектом осуществляется за счет регулярной тренировки

Методика подготовки к управлению

  1. На голову оператору надевается ЭЭГ-шапочка. Подключается биоусилитель.
  2. При каждом новом одевании шапочки нет необходимости переобучать классификатор.
  3. Сперва классификатор необходимо обучить нейтральному состоянию. Это не состояние расслабленности, а некое среднее состояние, по которому убирается шум.
  4. Обучение заключается в формировании таких состояний сознания, которые классификатор способен распознать.
    К ним относятся комбинации состояние концентрации, расслабления, воображаемых движений конечностями, перевод внимания внутрь головы, ментальная тишина.
    В качестве быстрого старта легко обучиться двум состояниям: расслабленность и концентрация внимания
  5. Непосредственно обучение заключается в повторении состояний некоторого количества раз (1-3)

Использование

После обучения классификатор будет выдавать дискретные команды (например, от 1 до 8). Эти команды далее используются для управления различными визуализациями (программами, играми) или техническими устройствами (см.ПО)
В программе BioEcho реализовано несколько механизмов формирования более устойчивых и расширенных метакоманд:

  1. Простые команды: что на входе, то и на выходе (например, подходит для управления в реальном времени квадрокоптером)
  2. Линейная команда: команда формируется только при поступлении определенного количества одинаковых команд подряд.
    Пример: ожидается "1"x5, последовательность "1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1" не создаст команды, последовательность "1 0 1 0 1 1 1 1 1" создаст. 
  3. Аккумулятор: команда формируется при накоплении заданного количества команд.
    Пример: ожидается "1"x5, команда сработает в случаях "1 0 1 0 1 1 0 1", "1 2 3 3 2 1 1 1 0 3 2 3 1"
  4. Слово: аккумулятор с  несколькими ячейками. Позволяет увеличивать число метакоманд из ограниченного набора команд.
    Так, при использовании всего двух команд (например, "1" и "2") и двухбуквенного слова, можно получить 4 команды: 11, 12, 21, 22. Трехбуквенных - 8.
    Число метакоманд равно n^m, где n - число входных команд, m - количество букв в слове.
    Пример: команды "1", "2", двухбуквенные слова, число ожиданий 5. Последовательность "0 1 2 1 1 1 2 1 2 2 2 1 0 1 2 2" составит слово "12". 

 

Оборудование

Для работы с нейрокомпьютерным обеспечением необходим биоусилитель и ЭЭГ-шапочка.Нейробелт 8 и энцефалографическая шапка (ЭЭГ)
Наиболее удобным и мобильным (носимым) является Нейробелт, его технические характеристики:

  • 8 каналов регистрации ЭЭГ
  • беспроводной передача по Bluetooth до 10 м
  • частота опроса 122 Гц
  • длительность непрерывной работы не менее 8 часов
  • вес 50 гр
  • Поддерживаемые операционные системы Windows 8.1/10

Программное обеспечение

1 ПО для съёма сигналов с биоусилителя CyborgInteraction

  • Поддерживаются усилители: NVX, Neurobelt BLE (Нейробелт), Physiobelt (Физиобелт)
  • Операционные системы: Windows 8.1/10
  • Обмен с помощью HTTP запросов и по TCP/IP: альфа и бета ритмы, распознанные психосотсояния, сырые данные

Комплектации и цены

Биоусилитель Нейробелт8 + ЭЭГ шапочка с электродами
  • Bluetooth 4.0 BLE
  • Радиус работы 10 м, длительность работы до 8 часов
  • До 8 ЭЭГ-каналов 122 Гц
  • Вес 50 г
80 000 Р

Видео

Ресурсы и загрузки