interface cérebro computador

20
Interface Cérebro Computador O futuro da relação homem-máquina Rogério Santos UFPR

Upload: embrapa

Post on 18-Jun-2015

874 views

Category:

Education


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Interface cérebro computador

Interface Cérebro ComputadorO futuro da relação homem-máquina

Rogério Santos

UFPR

Page 2: Interface cérebro computador

Estrutura

1. Neuroanatomia

2. Eletroencefalografia

3. Hardware

4. Como funciona a ICC?

5. Metodologias

6. Referencial

Page 3: Interface cérebro computador

Neuroanatomia

Lóbulos Cerebrais Áreas Cerebrais

Page 4: Interface cérebro computador

Standard 10-20 system

Page 5: Interface cérebro computador

Eletroencefalografia (EeG)Definição:

Uma eletroencefalografia constitui uma medição da flutuação das voltagens do cérebro medidas a partir de elétrodos posicionados sobre o couro cabeludo.

Para que serve?

Tratamento de patologias e neurofeedback (ICC).

Pessoas com disfunções motoras, portadoras de ELA , com lesões

na coluna etc. poderiam empregar tal tecnologia para controlar

sistemas ICC.

Page 6: Interface cérebro computador

Hardware & Software Epoc - Neuroheadset da Emotiv - 14 canais - Transmissão wireless - Canais (AF3, F7, F3, FC5, T7, P7,

O1, O2, P8, T8, FC6, F4, F8, AF4) Sistema 10-20.

Gyro display;

Hardware: EPOC Neuroheadset: $299.00

Software: SDK research: US$750,00 SDK developer: US$500,00 Cognitive, emotiv;

Page 7: Interface cérebro computador

Hardware & Software

Hardware: 3 canais;

Conexão USB; Amplificador externo; Empregado em jogos.

OCZ - Neural Impulse Actuator

NeuroSky - MindWave

Hardware: 2 canais; Wireless;• Detecção de

meditação, atenção, blink;

Software: SDK Gratuito.

Preço: US$99,00

Software: Runtime. SDK Inexistente.

Preço: US$ 126,00

Page 8: Interface cérebro computador

Hardware & SoftwareOpenEEG

Hardware:• ModularEEG• Eletrodos

Software:•  Neuroserver • BioEra• BrainBay• Brainathlon• ABI• BWView• EEGMIR• ElectricGuru• BioExplorer

Page 9: Interface cérebro computador

BiometriaBiometria [bio (vida) + metria (medida)] é o estudo estatístico das

características físicas ou comportamentais dos seres vivos.

Page 10: Interface cérebro computador

Como funciona?1. Aquisição dos sinais:

EEG; fMRI.

2. Processamento do sinal: Amplificação; Conversão Analógico – Digital; Remoção de artefatos.

3. Classificação: HMM; FFT; Base Biométrica.

4. Realização do comando.

Page 11: Interface cérebro computador

EEG - Classificações

Page 12: Interface cérebro computador

ArtefatosArtefatos são fenômenos indesejáveis que interferem na qualidade do sinal eletroencefálico, degradando os padrões de dados a serem interpretados.

Um objeto metálico em uma radiografia ou uma nuvem em uma imagem de satélite são exemplos de artefatos. Em ICC os artefatos são causados por movimentos musculares faciais (EMG) e por movimentos oculares (EoG).

Podem ocorrer artefatos de fontes não fisiológicas também.

Page 13: Interface cérebro computador

Tratando ArtefatosRemoção manual – Pedir para o indivíduo não se movimentar ou mover os olhos

durante a entrada de dados. (Insatisfatório – respiração)

Remoção automática - Empregar leituras EmG e EoG para comparar e eliminar os ruídos; Eliminar sinais acima de um limite pré-determinado;

Métodos de remoção: Combinação Linear e Regressão; Filtro Linear; Principio da análise dos componentes e; Blind Source Separation.

Page 14: Interface cérebro computador

MetodologiasDois contextos de obtenção de padrões eletro encefálicos são empregados para o

desenvolvimento de ICC que são:

Potenciais evocados :

Dependem de respostas neuronais emitidas após estímulos externos como imagens, sons, estimulações somatosensoriais etc.

Sinais espontâneos:

São sistemas que empregam como entrada de dados sinais obtidos a partir de fenômenos associados com vários aspectos do funcionamento cerebral. Ocorrem quando o indivíduo desempenha uma ação por sua própria vontade o que causa a geração espontânea de padrões elétricos por descargas neuronais podendo ser identificadas por EEG.

Page 15: Interface cérebro computador

Sinais Espontâneos Potenciais Corticais Lentos: São chamados potenciais corticais lentos amplitudes de

sinais detectadas por EEG que ocorrem a nível de excitação preparatória de uma dada rede cortical em um dos córtex. A capacidade dos usuários realizarem de forma voluntária mudanças nesses padrões possibilita o desenvolvimento de interfaces cérebro computador empregando essa técnica. Seriam exemplos de alteração voluntária no PCL:

Aumento do sinal cortical – Realização de funções envolvendo ativações corticais; Decremento do sinal cortical – Redução voluntária (“parada”) na realização da

função incorrendo em uma ativação cortical reduzida

Page 16: Interface cérebro computador

Sinais Espontâneos Atividade Rítmica (AR): Um potencial usuário de um sistema que classifique estados

mentais de acordo com o comprimento da onda poderia controlar o fluxo de dados de entrada em um sistema ao mudar seu nível de concentração/ relaxamento, sendo que quanto mais relaxado menor a freqüência de classificação das ondas cerebrais:

1Hz – 3Hz ondas Delta; 4hz – 7 Hz ondas Theta; 8Hz – 12Hz ondas Alpha e; 13Hz- 30Hz ondas Beta.

Page 17: Interface cérebro computador

Potenciais EvocadosPotenciais Visuais Evocados: Os potenciais visuais evocados (PVE) refletem os

mecanismos eletrofisiológicos que ocorrem durante o processamento de informação visual no córtex visual do cérebro e a resposta a esses estímulos variam conforme a alteração no padrão do estímulo.

Page 18: Interface cérebro computador

Potenciais EvocadosPotenciais Auditivos Evocados (PAE): Tal metodologia constitui outro modelo de

padrão evocado (resposta do cérebro a estímulos ambientais) só que voltada para o contexto dos estímulos sonoros.

Page 19: Interface cérebro computador

Potenciais EvocadosPotenciais Somatosensoriais Evocados (PAE):

Padrão evocado sendo que os estímulos indutores de resposta pode ser: tátil, pressão, temperatura etc.. em uma determinada área do corpo sendo interpretado por uma sub-rotina de um sistema possibilitando a entrada de dados.

Usando essa técnica poderíamos por exemplo fazer com que uma prótese mecânica recebesse estímulos de temperatura, pressão etc e enviasse tais sensações diretamente para o cérebro.

Page 20: Interface cérebro computador

ReferencialMehrdad Fatourechi , Ali Bashashati, Rabab K Ward and Gary E Birch. “EMG and

EOG Artifacts in Brain Computer Interface Systems: A Survey.”

José del R. Milán, Pierre W. Ferrez, Anna Buttfield. “Non Invasiv Brain-Machine Interfaces.”

N. Birbaumer, H. Flor, N. Ghanayim, T. Hinterberger, I. Iverson, E.  Taub, B. Kotchoubey, A. Kübler, and J. Perelmouter, “A Spelling Device for the Paralyzed,” Nature, vol. 398, pp. 297-298, 1999.

Trejo, Leonard J., Rosipal, Roman, Matthews, Bryan. “Brain-Computer Interfaces for 1-D and 2-D Cursor Control: Designs Using Volitional Controlo f the EEG Spectrum or Steady-State Visual Evoked Potentials.”, iee transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, Junho de 2006.

Hill NJ, Lal TN, Bierig K, Birbaumer N, Scholkopf B. “An auditory paradigm for brain–computer interfaces. In: Advances in neural information processing systems”. Cambridge, MA, USA: MIT Press; 2005. p. 569–76