A low-budget stimulation system for evoking SSVEP built on Arduino/Genuino platform

• Autorzy: Rejer I. , Zawiślak T.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2017.01.27

Warianty tytułu

PL

Niskobudżetowy system stymulacji świetlnych do wywoływania SSVEP oparty na platformie Arduino/Genuino

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Steady State Visual Evoke Potentials (SSVEPs) are responses of a human brain to outside periodical stimulations. Their particular feature is the fact that the frequency of brain response is the same as the stimulation frequency. This does not mean that SSVEP appears with any stimulation frequency. First of all, the stimulation frequencies evoking SSVEPs are subject-depended, and hence the same stimulation frequency can evoke a prominent SSVEP for one subject, and nothing at all for another one. Second, to evoke the brain response, the stimulus has to be strong enough and has to be delivered with a steady frequency. With brain-computer interfaces (BCIs), using SSVEPs as control signals, often the problem is how to provide a set of stimuli capable of evoking a large number of brain responses. In this paper a proposition of a low cost stimulation system delivering light stimuli is presented. The paper presents both, the structure of the proposed platform and the test results obtained with a real subject. 85 stimulation frequencies from 5 to 31.25Hz were tested during the experiment and for 47 of them the prominent SSVEPs were obtained.

PL

Wywołany potencjał wzrokowy stanu ustalonego (SSVEP) to odpowiedź ludzkiego mózgu na zewnętrzną okresowo pojawiającą się stymulację. Szczególną cechą tego rodzaju potencjałów jest fakt, że częstotliwość odpowiedzi jest taka sama jak częstotliwość bodźca. To nie oznacza jednak, że potencjał SSVEP wystąpi przy każdej częstotliwości bodźca. Po pierwsze, częstotliwości wywołujące SSVEP są zależne od indywidualnych cech badanego podmiotu Po drugie, aby wywołać odpowiedź mózgu, bodźce muszą być odpowiednio silne i muszą być dostarczane ze stałą częstotliwością. Jednym z problemów, który można napotkać w trakcie realizacji interfejsów mózg-komputer wykorzystujących SSVEP jako sygnały sterujące jest właśnie problem dokładnego generowania bodźców w jak największym zakresie częstotliwości. Niniejszy artykuł przedstawia propozycję nisko budżetowego systemu do generowania stymulacji świetlnych, który może zostać zastosowany w interfejsie mózgkomputer. W artykule przedstawiono zarówno sposób budowy systemu, jak i wyniki otrzymane w eksperymencie z rzeczywistym podmiotem. W trakcie eksperymentu wygenerowano 85 sekwencji bodźców o różnej częstotliwości stymulacji (w zakresie od 5 do 31.25 Hz). Dla 47 sekwencji bodźców uzyskano prawidłową odpowiedź mózgu (SSVEP).

Słowa kluczowe

EN

BCI; brain-computer interface; SSVEP; EEG; Arduino; Genuino

PL

BCI; interfejs mózg-komputer; SSVEP; EEG; Arduino; Genuino

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 93, nr 1
• Strony: 112--116
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Rejer I.

• Faculty of Computer Science, West Pomeranian University of Technology, Szczecin, Żołnierska 49, 71- 210 Szczecin, Poland

autor

Zawiślak T.

• Faculty of Computer Science, West Pomeranian University of Technology, Szczecin, Żołnierska 49, 71- 210 Szczecin, Poland

Bibliografia

• [1] Scherer R., Muller-Putz G.R., Pfurtscheller G. Flexibility and Practicality: Graz Brain-Computer Interface Approach. International Review of Neurobiology (2009), 86, 119-131
• [2] Wang Y., Wang R., Gao X., Hong B. and Gao S., A Practical VEP-Based Brain–Computer Interface, IEEE Transactions On Neural Systems and Rehabilitation Engineering, vol.14 (2006), no. 2, 234-240
• [3] Amiri S., Rabbi A., Azinfar L. and Fazel-Rezai R., A Review of P300, SSVEP, and Hybrid P300/SSVEP Brain-Computer Interface Systems, Advances in Human-Computer Interaction Volume 2013 (2013), Article ID 187024
• [4] Rao R.P.N., Brain-Computer Interfacing: An Introduction, Cambridge: Cambridge University Press (2013)
• [5] Smith M., Weaver K., Grabowski T., Rao R. and Darvas F., Non-invasive detection of high gamma band activity during motor imagery, Frontiers in Human Neuroscience, 2014, 8, 817
• [6] Guger C., Edlinger G., Harkam W., Niedermayer I. and Pfurtscheller G., How Many People are Able to Operate an EEG-Based Brain-Computer Interface (BCI)?, IEEE Transactions On Neural Systems And Rehabilitation Engineering, Vol.11 (2003), No.2
• [7] Volosyak I., Cecotti H. and Graser A., Optimal visual stimuli on LCD screens for SSVEP based Brain-Computer Interfaces, Proceedings of the 4th International IEEE EMBS Conference on Neural Engineering Antalya, Turkey, April 29 - May 2, 2009
• [8] Wang Y., Wang Y.-T. and Jung T.-P., Visual stimulus design for high-rate SSVEP BCI. Electronics Letters, 2010, Vol.46, No.15
• [9] http://psychtoolbox.org
• [10] Renard Y., Lotte F., Gibert G., Congedo M., Maby E., Delannoy V., Bertrand O., Lécuyer A., OpenViBE: An Open-Source Software Platform to Design, Test and Use Brain-Computer Interfaces in Real and Virtual Environments, Presence: teleoperators and virtual environments, (2010), Vol. 19, No 1,
• [11] Jasper H. H., The ten-twenty electrode system of the international federation in electroencephalography and clinical neurophysiology, EEG Journal, (1958) Vol. 10, 371–375
• [12] Cao, T., Wan, F., Mak, P. U., Mak, P. I., Vai, M. I., & Hu, Y., Flashing color on the performance of SSVEP-based braincomputer interfaces. Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2012 Annual International Conference of the IEEE, (2012), 1819-1822
• [13] Garcia-Molina G., Detection of High-Frequency Steady State Visual Evoked Potentials Using Phase Rectified Reconstruction. 16th European Signal Processing Conference EUSIPCO 2008, (2008)
• [14] Herrmann C. S., Human EEG responses to 1–100 Hz flicker: resonance phenomena in visual cortex and their potential correlation to cognitive phenomena, Experimental Brain Research, Vol. 137 (2001), No. 3-4, 346–353

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).