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Sensors & Time Series

Brain-Computer Interface뇌-컴퓨터 인터페이스

BCI는 근육을 쓰지 않고 뇌 신호를 명령으로 바꿉니다. 두피 EEG BCI는 세 paradigm이 주로 쓰입니다. P300 speller, SSVEP, Motor Imagery입니다. 모두 같은 loop로 돕니다.

BCI의 고리

AcquisitionEEG Preprocessingfilter · reference FeatureERP · band power ClassifierLDA · CCA Commandletter · cursor Feedback
세 체험 모두 실제 기록을 재생합니다

여기 있는 것은 시뮬레이션이 아닙니다. 각 체험은 바로 그 paradigm을 위해 만든 PhysioNet 공개 기록을 재생하고, classifier는 실제 EEG로 브라우저에서 돕니다. 여러분의 뇌는 연결돼 있지 않으므로, 기록된 run·trial·window를 고르면 BCI가 그것을 decode하는 과정을 봅니다.

P300 Speller

6×6 matrix의 row와 column이 무작위 순서로 flash합니다(Farwell, Donchin 1988). 참가자는 글자 하나에 집중하고 그 글자가 flash한 횟수를 속으로 셉니다. 드물고 주의를 기울인 flash는 ERP(event-related potential)를 만들고, 그 늦은 양(+)의 봉우리인 P300은 정수리 정중선에서 가장 큽니다. Flash 한 번은 배경 EEG에 묻히므로, row와 column마다 여러 번 flash하고 classifier가 증거를 더해 갑니다.

기록: erpbci(Citi, Poli, Cinel 2010), 참가자 s01, 20 run, run마다 target 글자 하나. BioSemi 64채널 2048 Hz 중 Fz, Cz, Pz, PO7, PO8, Oz를 earlobe reference, 0.5–20 Hz band-pass, 128 Hz로 줄여 씀. Flash는 100 ms 켜고 50 ms 쉼(SOA 150 ms), run마다 row·column이 10번씩 flash.

1. 기록된 run을 고르세요. 테두리 친 글자가 참가자가 쓰도록 지시받은 target입니다.

이 참가자의 grand-average ERP (20 run 전체)

요약P300: flash를 여러 번 평균하고 multichannel classifier가 ERP 모양을 읽습니다.

참고문헌

  1. Farwell, L.A., Donchin, E. (1988). Talking off the top of your head. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology 70(6).
  2. Citi, L., Poli, R., Cinel, C. (2010). Documenting, modelling and exploiting P300 amplitude changes due to variable target delays in Donchin's speller. Journal of Neural Engineering 7, 056006.
  3. Goldberger, A. et al. (2000). PhysioBank, PhysioToolkit, and PhysioNet. Circulation 101(23).

SSVEP

요약SSVEP: visual cortex가 flicker 주파수를 따라갑니다. 전극 위치가 결정적입니다.

참고문헌

  1. Lin, Z. et al. (2006). Frequency recognition based on canonical correlation analysis for SSVEP-based BCIs. IEEE Transactions on Biomedical Engineering 53(12).
  2. Oikonomou, V.P. et al. (2016). Comparative evaluation of state-of-the-art algorithms for SSVEP-based BCIs. arXiv:1602.00904 (MAMEM SSVEP Database).
  3. Goldberger, A. et al. (2000). PhysioBank, PhysioToolkit, and PhysioNet. Circulation 101(23).

Motor Imagery

요약Motor Imagery: 좌우로 갈리는 mu ERD. 뚜렷한 사람도, 거의 없는 사람도 있습니다.

참고문헌

  1. Pfurtscheller, G., Lopes da Silva, F.H. (1999). Event-related EEG/MEG synchronization and desynchronization: basic principles. Clinical Neurophysiology 110(11).
  2. Schalk, G. et al. (2004). BCI2000: A general-purpose brain-computer interface (BCI) system. IEEE Transactions on Biomedical Engineering 51(6). (EEG Motor Movement/Imagery Dataset, PhysioNet)
  3. Goldberger, A. et al. (2000). PhysioBank, PhysioToolkit, and PhysioNet. Circulation 101(23).

Information Transfer Rate (ITR)

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참고문헌

  1. Wolpaw, J.R. et al. (2002). Brain-computer interfaces for communication and control. Clinical Neurophysiology 113(6).

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