Komunikacja człowieka z komputerem za pomocą sygnału EEG

• Autorzy: Byczuk M. , Materka A.

Warianty tytułu

EN

EEG signal-based human-computer communication

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca zawiera przegląd technik analizy sygnału EEG (elektro-encefalograficznego) stosowanych do komunikacji człowieka z komputerem i wybranych systemów wykorzystujących te techniki. Opisano w niej również autorski prototypowy system akwizycji sygnału EEG, przeznaczony do prowadzenia badań naukowych w zakresie rozwoju metod analizy tego sygnału do zastosowań w interfejsach BCI (brain-computer interface). Omówiono schemat blokowy skonstruowanego układu i obwody kompensacji zakłóceń. Przedstawiono wyniki pierwszych eksperymentów przeprowadzonych z użyciem układu prototypowego, potwierdzające jego przydatność do cyfrowej analizy sygnałów EEG, w środowisku typowego laboratorium elektronicznego, bez dodatkowego ekranowania.

EN

The aim of this work is to design a multi-channel mixed-signal system for EEG signal acquisition in brain-computer interfaces. The paper contains a review of EEG signal analysis methods that are used in human-computer communication syste ms. Selected syste ms of this type are described in more detail. A prototype, single-channel sub-system architecture is characterized featuring sufficiently high noise immunity and common-mode rejection to allow EEG signal acquisition. Optical isolation is used for safe circuit operation in a typical office environment. Each channel incorporates 3 integrated-circuit instrumentation amplifiers with a total gain of 80 dB. A single-chip controller is used to work out digital signals to drive 10-bit analog to digital converters. First experimental results are presented, measured using a battery-operated prototype. It is demonstrated that the circuit suppresses very effectively the 50 Hz interference in a typical research laboratory and allows clear detection of alpha-waves via Fourier spectrum analysis of acquired EEG signal, without any special case or shielding. It is expected that the system will be useful to provide a basis for research in the area of development of brain-computer interfaces to technical devices, e.g. as an aid for handicapped persons.

Słowa kluczowe

PL

sygnał EEG; interfejs BCI; układ DRL; obwody kompensacji zakłóceń; potencjały wywołane

EN

EEG signal; BCI; Driven Right Leg; evoked potentials

• Wydawca: Politechnika Łódzka, Instytut Elektroniki
• Czasopismo: Elektronika : prace naukowe
• Rocznik: 2003
• Tom: nr 8
• Strony: 35--52
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz.

Twórcy

autor

Byczuk M.

• Institute of Electronics, Technical University of Lodz, 223 Wólczańska, 90-924 Lodz, POLAND, tel. (48) (42) 631 26 42

autor

Materka A.

• Institute of Electronics, Technical University of Lodz, 223 Wólczańska, 90-924 Lodz, POLAND, tel. (48) (42) 636 00 65

Bibliografia

• [1] S. Konturek, Fizjologia człowieka. N euro fizjologia, Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków 1998.
• [2] J. Wolpaw, et al., Brain-Computer Interface Technology: A Review of the First International Meeting, IEEE Trans. Rehab. Eng., Vol. 8, pp. 164-173, June 2000
• [3] E. Donchin, K. Spencer, R. Wijesinghe, The Mental Prosthesis: Assessing the Speed of a РЗОО-Based Brain-Computer Interface, IEEE Trans. Rehab. Eng., vol. 8, pp. 174-179, June 2000.
• [4] F. Babiloni, et al., Linear Classification of Low-Resolution EEG Patterns Produced by Imagined Hand Movements, IEEE Trans. Rehab. Eng., vol. 8, pp. 186-188, June 2000.
• [5] N. Birbaumer, et al., The Thought Translation Device (TTD) for Completely Paralyzed Patients, IEEE Trans. Rehab. Eng., vol. 8, pp. 190-193, June 2000.
• [6] M. Middendorf, G. McMillan, G. Calhoun, K. Jones, Brain-Computer Interfaces Based on the Steady-State Visual-Evoked Response, IEEE Trans. Rehab. Eng., vol. 8, pp. 211-214, June 2000.
• [7] M. Cheng, X. Gao, S. Gao, D. Xu, Design and Implementation of a Brain-Computer Interface With High Transfer Rates, IEEE Trans. Biomed. Eng., vol. 49, pp. 1181-1186, October 2002.
• [8] P. J. Cilliers. A VEP-based computer interface for c2-quadriplegics, IEEE Conference on Electronic Devices for the Disabled - Beyond 2000, 1993.
• [9] L. A. Farwell, E. Donchin, Talking off the top of your head: towards a mentaprosthesis utilizing event-related brain potentials, Electroencepephalography and Clinical Neurophysiology, no. 70, pp. 510-523, 1988.
• [10] W. N. Kuhlman, EEG feedback training: Enhancement of somatosensory cortical activity, Electroencepephalogaphy and Clinical Neurophysiology, no. 45, pp. 290-294, 1978.
• [11] W. N. Kuhlman, Functional topography of the human mu rhythm, Electroencepephalogaphy and Clinical Neurophysiology, no. 44, pp. 83-93, 1978.
• [12] J. R. Wolpaw, D. J. McFarland, T. M. Vaughan, Brain-Computer Interface Research at the Wadsworth Center, IEEE Trans. Rehab. Eng., Vol. 8, pp. 222-226, June 2000
• [13] J. R. Wolpaw, An EEG-based brain-computer interface for cursor control, Electroencepephalography and Clinical Neurophysiology, no. 78, pp. 252-259, 1991.
• [14] D. J. McFarland, An EEG-based method for graded cursor control, Psychobiology, 21(1), pp. 77-81, 1993.
• [15] J. R. Wolpaw, Multichannel EEG-based brain-computer communication, Electroencepephalography and Clinical Neurophysiology, 90, pp. 444-449, 1994.
• [16] G. Pfurtscheller, Brain-computer interface - a new communication device for handicapped persons, Journal of Microcomputer Applications, 16, pp. 293-299, 1993.
• [17] Ernst Niedermayer - editor, Electroencepephalography, Lippincott Williams & Wilkins, 1999.
• [18] A. Metting van Rijn, A. Peper, C. Grimbergen, High-quality recording of bioelectric events. Part 1. Interference reduction, theory and practice, Medical & Biological Engineering & Computing. 28(5), 1990, pp. 389-397.