Εισαγωγή της Techy στη Νευροεπιστήμη

Μερικά γεγονότα που εύχομαι να ήξερα όταν ξεκίνησα το Hacking EEG

Ξέρω ότι το έχω πει προηγουμένως, αλλά αξίζει να το πούμε ξανά: ζούμε σε καταπληκτικές στιγμές. Μπορούμε τώρα να διεξάγουμε πειράματα νευροεπιστήμης στην άνεση των σπιτιών μας, χρησιμοποιώντας εξοπλισμό που μέχρι πρόσφατα ήταν πολύ ακριβός και ήταν διαθέσιμος μόνο σε ερευνητικά εργαστήρια / πανεπιστήμια. Τώρα που ο εξοπλισμός έχει γίνει πιο εύκολα προσιτός, περισσότεροι άνθρωποι εξερευνούν τι μπορούν να κάνουν με την τεχνολογία και τυχεροί για εμάς, υπάρχει μια παγκόσμια κοινότητα ερευνητών που είναι προσβάσιμη στο διαδίκτυο.

Κατά τη διάρκεια των τελευταίων μηνών, έχω βρεθεί στον καταπληκτικό κόσμο της νευροεπιστήμης και έχω μάθει πολλά - αν και σε αυτήν τη διαδικασία μερικές φορές μπερδεύτηκα με όλους τους τεχνικούς και συγκεκριμένους τομείς όταν προσπάθησα να διαβάσω άρθρα ή δείτε παραδείγματα.

Σε αυτήν την ανάρτηση, θα προσπαθήσω να συνοψίσω όλες τις γνώσεις μου από τον προηγούμενο χρόνο. Ενώ θα παρουσιάσω αυτά τα πράγματα από την πλευρά μου ως προγραμματιστής ιστού, είμαι πολύ σίγουρος ότι αυτή η εισαγωγή θα είναι χρήσιμη σε όποιον ενδιαφέρεται να μπει στο θέμα.

Θέλω να ευχαριστήσω ιδιαίτερα τους Alexandre Barachant και Hubert Banville από την κοινότητα NeuroTechX. Πέρασαν πολλές ώρες με βοηθώντας να βρω το δρόμο μου ως αρχάριος στον κόσμο της νευροεπιστήμης και πολλές από τις πληροφορίες που παρουσιάστηκαν εδώ μου παρουσίασαν για πρώτη φορά.

BCI; ΗΕΓ;

Ερχόμενοι στη νευροεπιστήμη από φόντο υπολογιστή, δύο από τους πρώτους όρους που συνάντησα ήταν «BCI» και «EEG». Το BCI σημαίνει Interface υπολογιστή εγκεφάλου (ή BMI για διεπαφή μηχανής εγκεφάλου). Το BCI είναι ουσιαστικά οποιαδήποτε μέθοδος που μεταφέρει απευθείας πληροφορίες μεταξύ εγκεφάλου και κάποιας εξωτερικής συσκευής, συνήθως ενός επιστημονικού οργάνου ή, για τους σκοπούς μας, ενός υπολογιστή.

Μια μέθοδος BCI αποτελείται από τρία μέρη:

  • Μια συσκευή ανίχνευσης εγκεφάλου (EEG, fNIRS, ECoG, fMRI κ.λπ.)
  • Ένας αλγόριθμος αποκωδικοποίησης, ο οποίος μεταφράζει τη δραστηριότητα του εγκεφάλου που μετράται με τον αισθητήρα σε μια εντολή
  • Και ένα μηχάνημα (ή έναν υπολογιστή) που εκτελεί την εντολή

Το EEG είναι ίσως η πιο κοινή μέθοδος ανίχνευσης εγκεφάλου στο BCI. Το EEG σημαίνει Ηλεκτροεγκεφαλογραφία. Για να είμαι ειλικρινής, δεν θυμάμαι ποτέ αυτή τη λέξη - αυτό που είναι σημαντικό να θυμάστε, είναι ότι το EEG καταγράφει την ηλεκτρική δραστηριότητα γύρω από το τριχωτό της κεφαλής σας, χρησιμοποιώντας ηλεκτρόδια, για να μετρήσει τη δραστηριότητα του εγκεφάλου. Αυτός είναι ένας πολύ χονδροειδής, ανακριβής τρόπος μέτρησης της δραστηριότητας του εγκεφάλου - καθώς τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα εξασθενούν το κρανίο. Ωστόσο, εξακολουθούν να υπάρχουν πολύ ενδιαφέροντα πράγματα που μπορούμε να κάνουμε με το EEG, και το γεγονός ότι είναι μη επεμβατικό - σε αντίθεση με τη μαγνητική τομογραφία, δεν απαιτεί ένα συγκεκριμένο περιβάλλον στο οποίο να γίνεται ανάγνωση - σημαίνει ότι είναι ένας εξαιρετικός υποψήφιος για παιχνίδι στο σπίτι.

Υπάρχουν πολλές άλλες τεχνικές βιοανίχνευσης που χρησιμοποιούν μια παρόμοια μέθοδο για τη μέτρηση του σώματός σας - ΗΚΓ για τη μέτρηση της καρδιακής δραστηριότητας (βλ. Παρακάτω), EMG για τη μέτρηση της μυϊκής δραστηριότητας και EOG για τη μέτρηση των κινήσεων των ματιών (θα το συζητήσουμε αργότερα). Όλα τα παραπάνω λειτουργούν μετρώντας τη διαφορά ηλεκτρικής τάσης μεταξύ δύο ή περισσότερων σημείων στο σώμα σας.

Εκτός από το EEG, υπάρχουν πολλά άλλα BCI, όπως το fMRI, αλλά επειδή δεν μπορείτε να κάνετε fMRI και πολλά από τα άλλα BCI στο σπίτι (ακόμα!), Θα επικεντρωθούμε στο EEG.

Πρώτα απ 'όλα: Μερικά πράγματα που πρέπει να γνωρίζετε για το EEG

Όταν έμαθα για πρώτη φορά για το EEG, ανακάλυψα ότι είχα μερικές ιδέες για το EEG που δεν ταιριάζουν με την πραγματικότητα ... οπότε, πριν βυθίσουμε τις λεπτομέρειες, θα ήθελα να αφιερώσω ένα λεπτό για να κάνω μερικά πράγματα ευθεία.

Δεν μπορείτε πραγματικά να «διαβάσετε τον εγκέφαλο» στο γράφημα EEG. Όταν ξεκίνησα αρχικά με το EEG, περίμενα ότι θα μπορούσα να μάθω πώς να «διαβάζω μυαλά» μέσω των γραφημάτων EEG και να αναπτύσσω κάποιο είδος ικανότητας να πω τι σημαίνει κάθε ακίδα στο πλαίσιο της. Αργότερα, ανακάλυψα ότι τα πράγματα που μπορείτε να δείτε στο γράφημα είναι κυρίως θόρυβος και πράγματα που δεν είναι «EEG» καθαυτά, όπως αναβοσβήνει τα μάτια, σφίξιμο των γνάθων.

Με το EEG, θα μπορείτε να δείτε πολύ έντονη εγκεφαλική δραστηριότητα, όπως μια επιληπτική κρίση (την οποία πραγματικά ελπίζω να μην χρειαστεί ποτέ να δείτε). Ο γενικός κανόνας είναι, "Εάν μπορείτε να το δείτε με τα μάτια σας χωρίς βοήθεια, πιθανότατα δεν είναι EEG."

Για οτιδήποτε περισσότερο από αυτό, θα πρέπει να επεξεργαστείτε αυτά τα δεδομένα και, σε ορισμένες περιπτώσεις, να εκτελέσετε αρκετές επαναλήψεις του πειράματος έως ότου λάβετε πραγματικά το σήμα που ψάχνετε. Θυμηθείτε λοιπόν: ένα καλό γράφημα EEG είναι καθαρό.

Δεν μπορείτε να διαβάσετε σκέψεις. Δεν μπορείτε να λάβετε πολύ συγκεκριμένες πληροφορίες χρησιμοποιώντας το EEG, όπως αυτό που βλέπει ή ακούει ο ασθενής. Οι μόνες πληροφορίες που έχετε στο άθροισμα της δραστηριότητας πολλών νευρώνων στον εγκέφαλό σας - θα μπορείτε ποτέ να εντοπίσετε κάτι εάν είναι πραγματικά δραστικό και περιλαμβάνει πολλούς νευρώνες που πυροδοτούνται συγχρονισμένα.

Μια κοινή αναλογία βρίσκεται έξω από ένα μεγάλο αθλητικό γήπεδο - δεν θα μπορείτε να ακούσετε συγκεκριμένες συνομιλίες μεταξύ των ανθρώπων μέσα στο γήπεδο, αλλά θα μπορείτε να διακρίνετε ένα άδειο γήπεδο έναντι ενός πολύ γεμάτου γηπέδου και θα μπορείτε επίσης να για να εντοπίσετε πότε θα σημειωθεί ένα γκολ - καθώς θα ακούσετε ξαφνικά δυνατά χειροκροτήματα και επευφημίες που προέρχονται από το κοινό σε συγχρονισμό.

Το EEG δεν λειτουργεί για όλους. Μερικοί άνθρωποι έχουν αυτό που αποκαλούν «αναλφαβητισμός BCI», δηλαδή. δεν μπορούμε να πάρουμε κανένα σήμα για συγκεκριμένα εγκεφαλικά μοτίβα σε ορισμένα θέματα. Αυτό, στην πραγματικότητα, είναι πολύ συνηθισμένο - περίπου το 20% του πληθυσμού έχει κάποιο είδος αναλφαβητισμού BCI και υπάρχει έρευνα σχετικά με τον τρόπο αντιμετώπισης αυτού.

Το EEG ΔΙΑΒΑΣΕ ΜΟΝΟ. Συχνά με ρωτούν αν ένα ακουστικό EEG μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την έγχυση σκέψεων ή για την τροποποίηση της συμπεριφοράς των ανθρώπων επηρεάζοντας τον εγκέφαλό τους. Η σύντομη απάντηση είναι όχι: δεν μπορείτε να ελέγξετε το μυαλό των ανθρώπων με το EEG.

Αν και για αυτό που αξίζει, νομίζω ότι θα ήμουν καλοπροαίρετος ελεγκτής μυαλού…

Αυτό που μπορείτε να κάνετε είναι να παρέχετε το Neurofeedback, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να δοκιμάσετε και να τροποποιήσετε τη συμπεριφορά (χρησιμοποιώντας το βρόχο ανατροφοδότησης: εγκέφαλος → EEG → φυσική ενέργεια / μήνυμα → εγκέφαλος). Το Neurofeedback χρησιμοποιείται συχνά για να δοκιμάσει και να διδάξει σε έναν ασθενή πώς να επιτύχει καλύτερο έλεγχο του εγκεφάλου του και μερικές φορές χρησιμοποιείται για τη θεραπεία καταστάσεων όπως ADHD και ημικρανίες, αν και ο ρόλος του EEG σε τέτοιες θεραπείες είναι αμφισβητήσιμος.

Γειά σου Κόσμε

Στον προγραμματισμό, το "Hello World" είναι το πρώτο πρόγραμμα που οι αρχάριοι γράφουν σε μια γλώσσα - ένα πρόγραμμα που εκτυπώνει το "Hello World". Στα ηλεκτρονικά, αυτό γίνεται συνήθως αναβοσβήνοντας ένα LED.

Με το EEG, το Hello World εντοπίζει τις αναλαμπές των ματιών. Έφτιαξα τότε ένα μικρό demo όπου θα μπορούσατε να παίξετε το παιχνίδι Chrome Offline T-Rex με τα μάτια σας. Δημιουργία και των δύο αυτών επιδείξεων που απαιτούν μια πιο εις βάθος κατανόηση του τι ήταν το EEG και πώς λειτούργησε και προσπάθησα να συνοψίσω όσα έμαθα στις παρακάτω ενότητες.

Όπως πάντα, εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις ή σκέψεις, ενημερώστε μας στα παρακάτω σχόλια :-)

Διαφορά τάσης / δυναμικού

Ένα πράγμα που πρέπει να σημειωθεί πριν ξεκινήσουμε είναι ότι η «τάση» και η «διαφορά δυναμικού» χρησιμοποιούνται συχνά εναλλακτικά κατά τη συζήτηση του EEG και της νευροεπιστήμης. Αυτό συμβαίνει επειδή η τάση ορίζεται ως η διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο σημείων: δεδομένου ότι η τάση μετριέται σχετικά, πρέπει πάντα να καθορίζετε δύο σημεία όταν μιλάτε για τάση.

Το σύστημα 10-20

Ένα από τα πράγματα που βρήκα ότι ήταν εκφοβιστικό στην αρχή ήταν όλες αυτές οι υπαινιγμοί σε πράγματα όπως "FP7" και "TP10". Τότε έμαθα ότι αυτές είναι απλώς θέσεις, ένα μέρος του συστήματος 10-20 που οι επιστήμονες χρησιμοποιούν για να σημειώσουν πού στο τριχωτό της κεφαλής βάζουν τα ηλεκτρόδια όταν κάνουν δοκιμές / έρευνα με το EEG.

Όταν χρησιμοποιείτε προϊόντα που διατίθενται στο εμπόριο για να κάνετε τα δικά σας πειράματα EEG, τις περισσότερες φορές θα έχουν ήδη καθορίσει με ποια ηλεκτρόδια πρέπει να εργαστείτε, οπότε δεν πρέπει να ανησυχείτε πολύ για το σύστημα 10-20 . Για παράδειγμα, η έκδοση 2016 της συσκευής Muse στοχεύει τα ηλεκτρόδια AF7, AF8 TP9 και TP10.

10-20 Δείκτες συστήματος, με αυτούς που χρησιμοποιούνται από το ακουστικό Muse με μπλε χρώμα.

Το διάγραμμα που φαίνεται παραπάνω είναι μια κάτοψη του κεφαλιού, το "nasion" είναι η μύτη, τότε οι πλευρές (A1 / A2) είναι τα αυτιά και το INION είναι το πίσω μέρος του κεφαλιού, ή πιο τεχνικά, "το προεξέχον μέρος του το ινιακό οστό στη βάση του κρανίου. "

Διαβάζοντας το γράφημα EEG

Εάν έχετε δει ποτέ ένα γράφημα EEG, μπορεί να προκαλέσει σύγχυση με την πρώτη ματιά - υπάρχουν πολλά που συμβαίνουν. Ας προσπαθήσουμε να το κατανοήσουμε μαζί - κάθε στοιχείο στο γράφημα αντιπροσωπεύει το σήμα που επιλέγεται από ένα διαφορετικό ηλεκτρόδιο. Ο οριζόντιος άξονας (Χ-άξονας) είναι ο χρόνος και ο κατακόρυφος (άξονας Υ) είναι η τάση που καταγράφεται σε αυτό το χρονικό σημείο μεταξύ του σχετικού ηλεκτροδίου και του ηλεκτροδίου αναφοράς (θυμηθείτε; η τάση είναι η διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο σημείων) .

Παρακάτω μπορείτε να δείτε ένα σχολιασμένο γράφημα EEG, το οποίο καταγράφηκε από τον Alexandre Barachant χρησιμοποιώντας μια νέα συσκευή ακουστικών EEG που αναπτύσσει αυτήν τη στιγμή. Το γράφημα καταγράφηκε για χρονικό διάστημα 10 δευτερολέπτων, χρησιμοποιώντας 8 ηλεκτρόδια που βρίσκονται στα FP1, FP2, P3, Pz, P4, POz, O1, O2 (βλέπε παραπάνω σχετικά με το σύστημα 10-20).

Πρόσθεσα αρκετούς δείκτες στο γράφημα, δείχνοντας χαρακτηριστικά όπως τα Alpha Waves (πράσινος δείκτης), 4 αναβοσβήνει τα μάτια (μοβ δείκτης) και ένα Jaw Clench (κυανό δείκτης). Θα συζητήσουμε σύντομα αυτά τα πράγματα.

Κύματα εγκεφάλου: Alpha, Beta, Delta, Theta

Τα εγκεφαλικά κύματα είναι νευρικές ταλαντώσεις, ή πιο απλά, νευρική δραστηριότητα που συμβαίνει με έναν συγκεκριμένο ρυθμό. Όπως και άλλα είδη κυμάτων, μετράμε αυτόν τον ρυθμό ως προς τη συχνότητα χρησιμοποιώντας τη μονάδα μέτρησης Hertz. Έτσι, για παράδειγμα, εάν έχετε νευρική δραστηριότητα με την τάση να ανεβαίνει τότε να μειωθεί 7 φορές το δευτερόλεπτο, αυτό θα ήταν ένα κύμα εγκεφάλου 7Hz.

Οι συνηθισμένοι εγκεφαλικοί ρυθμοί λαμβάνουν στενά ονόματα για αναφορά στην έρευνα, όπως τα κύματα εγκεφάλου Alpha, Beta και Theta. Τα κύματα βήτα, για παράδειγμα, είναι αυτά που κυμαίνονται από 12,5Hz έως 30Hz. Τα βλέπετε κανονικά ενώ το θέμα είναι ξύπνιο. Τα κύματα γάμμα, από την άλλη πλευρά, χρησιμοποιούνται για έναν ταχύτερο ρυθμό, συνήθως πάνω από 40Hz, και ορισμένοι ερευνητές πιστεύουν ότι σχετίζονται με την εστίαση, την προσοχή και τον διαλογισμό. Πιστεύω ότι αυτή είναι η επιστημονική ιδέα πίσω από το Muse EEG Headset, το οποίο υποτίθεται ότι χρησιμοποιείται για να βοηθήσει τον διαλογισμό (μεταξύ άλλων).

Τα κύματα του δέλτα, εκπληκτικά, έχουν πολύ πιο αργή συχνότητα (μεταξύ 0,5 και 2Hz) και είναι επίσης πολύ ισχυρότερα: το σήμα πηγαίνει πολύ υψηλότερο από τα άλλα είδη κυμάτων. Συνδέονται με τα στάδια του βαθύ ύπνου, οπότε είναι ένας απλός τρόπος να μετρηθεί εάν ένα άτομο βιώνει βαθύ ύπνο. Η έρευνα δείχνει ότι η παρέμβαση στον ύπνο κατά τη φάση των κυμάτων του δέλτα προκάλεσε κόπωση και μυϊκό πόνο.

Τέλος, ένα άλλο είδος κυμάτων, που ονομάζεται άλφα κύματα, φαίνεται να εμφανίζεται σε μέρη του εγκεφάλου που είναι αδρανής. Η συχνότητά τους είναι περίπου 7,5 Hz - 12,5 Hz και ο ευκολότερος τρόπος να τα παρατηρήσετε είναι να τοποθετήσετε ένα ηλεκτρόδιο EEG στο πίσω μέρος του κεφαλιού σας, δίπλα στο Visual Cortex και, στη συνέχεια, να κλείσετε τα μάτια σας. Οι αδρανείς νευρώνες στο οπτικό φλοιό θα αρχίσουν να πυροδοτούν αυτά τα κύματα άλφα συγχρονισμένα και θα πρέπει να μπορείτε να αναγνωρίσετε το μοτίβο στο γράφημα. Αυτός είναι επίσης ένας καλός τρόπος για να δοκιμάσετε γρήγορα τη ρύθμιση EEG: εάν δεν βλέπετε τα κύματα Alpha όταν κλείνετε τα μάτια σας, τότε κάτι είναι σίγουρα λάθος (καλά, εννοώ - θα πρέπει να τα δείτε αφού τα ανοίξετε ξανά, φυσικά…).

Εδώ είναι ένα στιγμιότυπο οθόνης από την εφαρμογή γωνιακής μουσείας που δείχνει τα κύματα Alpha. Το σημείο που επισημαίνεται με τον κόκκινο δείκτη είναι όταν άνοιξα τα μάτια μου και μπορείτε να δείτε και τη δυνητική διαφορά που προκαλείται από την κίνηση του βολβού του ματιού (EOG - δείτε παρακάτω) και μετά από αυτό η αλλαγή στο μοτίβο. Μετρήθηκε στο TP9 - κοντά στα αυτιά μου, όχι σε βέλτιστο μέρος για να αναζητήσω κύματα Visual Cortex Alpha, αλλά είναι αρκετά ισχυρά, ώστε να μπορούν να φανούν εκεί:

Εδώ είναι το Alpha Waves! Το κόκκινο βέλος δείχνει τη στιγμή που άνοιξα τα μάτια μου

ERP - Δυναμικό σχετικό με συμβάν

Μια πιθανότητα σχετική με το συμβάν (ERP) είναι απλώς μια ακίδα που μπορείτε να μετρήσετε με τον εξοπλισμό EEG που συμβαίνει ως απόκριση σε ένα ερέθισμα. Για παράδειγμα, κάθε φορά που βλέπετε ένα πρόσωπο, μια αρνητική τάση αυξάνεται περίπου 170 χιλιοστά του δευτερολέπτου στο γράφημα EEG (λειτουργεί ακόμη και για μέρη του προσώπου, όπως τα μάτια).

Ας δούμε μερικά παραδείγματα για να το καταστήσουμε πιο σαφές:

Ρ300

Το P300 είναι μια θετική ακίδα που εμφανίζεται περίπου 300 χιλιοστά του δευτερολέπτου μετά από ένα ερέθισμα που προκαλεί το ενδιαφέρον σας. Για παράδειγμα, εάν περιμένετε έναν φίλο να σας παραλάβει και υπάρχουν πολλά αυτοκίνητα που περνούν, πιθανότατα θα έχετε θετική ακίδα τάσης κάθε φορά που βλέπετε ένα αυτοκίνητο που μοιάζει με το αυτοκίνητο του φίλου σας. Το P300 συλλέγεται καλύτερα στο πίσω μέρος του κεφαλιού σας - γύρω από το POz ή το Pz (δείτε το σύστημα 10-20 παραπάνω).

Για παράδειγμα, ας δούμε ένα παιχνίδι εισβολέων εγκεφάλου που αναπτύχθηκε από τον Alexandre Barachant κατά τη διάρκεια του πρώτου post-doc του, το οποίο δείχνει το P300 σε δράση. Αυτό είναι το τυπικό παιχνίδι εισβολέων με μια συστροφή - σε κάθε επίπεδο πρέπει να καταστρέψετε έναν συγκεκριμένο εισβολέα, ο οποίος επισημαίνεται με έναν κόκκινο κύκλο στην αρχή του επιπέδου. Πρέπει να το κάνετε εστιάζοντας σε αυτόν τον εισβολέα και μετρώντας τον αριθμό των φορών που επισημαίνονται. Το ίδιο το παιχνίδι επισημαίνει διαφορετικό υποσύνολο των εισβολέων, για αρκετές επαναλήψεις και κάθε φορά μετά την επισήμανση ενός υποσυνόλου, αναζητά ένα θετικό σήμα 300 χιλιοστά του δευτερολέπτου μετά το highlight (αυτό είναι το P300!).

Στη συνέχεια, αναζητά έναν εισβολέα που έχει εμφανιστεί σε όλα τα διαφορετικά υποσύνολα με το σήμα P300 και αυτός ο εισβολέας έχει καταστραφεί. Υποθέτοντας ότι συνεχίζατε να εστιάζετε στον επιτιθέμενο στόχο, μόνο τα υποσύνολα που τονίζουν θα εμφανίζουν το P300 και, στη συνέχεια, θα καταστραφούν και θα κερδίσετε το επίπεδο. Αυτό μοιάζει με δράση:

Μπορείτε να διαβάσετε περισσότερα για το παιχνίδι εδώ ή να ρίξετε μια ματιά στον πηγαίο κώδικα.

Μια άλλη ενδιαφέρουσα περίπτωση χρήσης είναι ένας ορθογράφος με βάση το P-300, όπου ο χρήστης μπορεί να συλλαβίζει λέξεις εστιάζοντας στα γράμματα που θέλει να πληκτρολογήσει ένα κάθε φορά, όπου τα γράμματα στη συνέχεια επισημαίνονται με παρόμοιο τρόπο με το παιχνίδι εισβολέων:

Ο τύπος στο βίντεο χρησιμοποιεί ένα ακουστικό EEG που ονομάζεται Emotiv. Ακολουθεί ένα άλλο demo P300, όπου μπορείτε επίσης να δείτε πώς εκπαιδεύτηκε το σύστημα. Είναι χτισμένο γύρω από το σύστημα Cognionics Dry EEG.

Παρόλο που η ταχύτητα μιας λέξης ανά λεπτό (ή λιγότερο) μπορεί να μην φαίνεται εντυπωσιακή, υπάρχουν άνθρωποι εκεί έξω για τους οποίους αυτός μπορεί να είναι ο μοναδικός τρόπος επικοινωνίας (π.χ. σύνδρομο Locked-in, όπου η προκαταρκτική έρευνα δείχνει πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα για τη χρήση αυτής της τεχνολογίας στο διάγνωση). Η χρήση της πρόβλεψης «έξυπνης επόμενης λέξης» μπορεί επίσης να βοηθήσει στην επιτάχυνσή της, επιτρέποντας πολύ πιο αποτελεσματική επικοινωνία. Ίσως αυτός είναι ο λόγος που το Facebook κοιτάζει επίσης προς αυτή την κατεύθυνση.

N170, N100 και άλλα ενδιαφέροντα ERP

Το N170 είναι μια αρνητική ακίδα που εμφανίζεται περίπου 170 χιλιοστά του δευτερολέπτου αφού βλέπει ένα πρόσωπο ή μέρος του προσώπου, όπως τα μάτια.

Το N100 είναι antoher είδος ERP, και όπως μπορείτε να μαντέψετε με το όνομα, εμφανίζεται περίπου 100 χιλιοστά του δευτερολέπτου μετά από μη αναμενόμενα ερεθίσματα όταν είστε σε αδράνεια, όπως δυνατός θόρυβος, ξαφνικός πόνος κ.λπ. Ένα παράδειγμα κλινικής χρήσης είναι για ακουστικά δοκιμές συστήματος, σε περιπτώσεις όπου οι ασθενείς δεν μπορούν να δώσουν ανατροφοδότηση, όπως όταν βρίσκονται σε κώμα.

SSVEP

Το SSVEP σημαίνει δυναμικά που προκαλούνται από σταθερή κατάσταση. Παρά το περίπλοκο όνομα, αυτό ουσιαστικά σημαίνει ότι αν σας δείξω μια πηγή φωτός σε συγκεκριμένη συχνότητα (3,5 έως 75 φορές το δευτερόλεπτο, σύμφωνα με τη Wikipedia) για κάποιο χρονικό διάστημα, ο εγκέφαλός σας θα πάρει αυτήν τη συχνότητα και θα είστε σε θέση να το δει στα κύματα του εγκεφάλου.

Το μήκος των ερεθισμάτων που χρειάζεστε για να εμφανίζεται η συχνότητα στο γράφημα EEG εξαρτάται από τη συχνότητα, αλλά το 1 δευτερόλεπτο πρέπει να είναι αρκετό για οποιαδήποτε συχνότητα μεγαλύτερη από 10Hz.

20Hz SSVEP ερεθίσματα. Επικεντρωθείτε σε αυτό και τα κύματα του εγκεφάλου σας θα αρχίσουν να χορεύουν στο ρυθμό

Παρόμοιο με το SSVEP, υπάρχει επίσης SSAEP για ήχο και SSSEP για αισθητήριο ερέθισμα.

ECG, EMG, EOG μέσω EEG

Αυτοί οι τρεις όροι αναφέρονται στη μέτρηση της καρδιακής δραστηριότητας, της λειτουργίας των μυών και των κινήσεων των ματιών καταγράφοντας ηλεκτρική δραστηριότητα, παρόμοια με αυτό που κάνουμε με το EEG. Στην πραγματικότητα, μια συσκευή EEG μπορεί εύκολα να επιλέξει όλα τα παραπάνω!

Για παράδειγμα, με τη συσκευή Muse, εάν αγγίξω τα μπροστινά ηλεκτρόδια με το δεξί μου χέρι και τα ηλεκτρόδια αυτιών με το αριστερό μου χέρι, θα δω ένα πολύ καθαρό γράφημα ΗΚΓ, που δείχνει την ηλεκτρική δραστηριότητα της καρδιάς μου:

Ρίξτε μια ματιά στους καρδιακούς παλμούς σε αυτό το γράφημα ΗΚΓ που έχει εγγραφεί με τη συσκευή Muse

Τα σήματα ΗΚΓ είναι πολύ ισχυρότερα από το EEG - μπορούν να φτάσουν τα 1000 microvolts, ενώ η μετρούμενη δραστηριότητα EEG είναι μέγιστη στα 100 microvolts.

Το EMG αναφέρεται στη μέτρηση των ηλεκτρικών σημάτων που προέρχονται από την ενεργοποίηση των μυϊκών κυττάρων μας. Μπορούν επίσης να παραληφθούν από τον εξοπλισμό EEG - έτσι η συσκευή Muse μπορεί να ανιχνεύσει, για παράδειγμα, σφίξιμο των γνάθων. Εδώ είναι το EMG σε ένα γράφημα:

Το Jaw Clench EMG, παραλήφθηκε στο T8 (δίπλα στο δεξί αυτί). Φωτογραφία από τον Alexandre BarachantΕγώ, χασμουρητό, όπως πήρε η Μούσα

Τέλος, το EOG μπορεί να καταγράψει τις κινήσεις του βολβού μας - έτσι μπορούμε εύκολα να εντοπίσουμε τις αναλαμπές με τα ακουστικά EEG (μπορείτε να μάθετε περισσότερα στην ανάρτηση Reactive Brain Waves).

συσκευές

Υπάρχουν αρκετές συσκευές καταναλωτών που σας επιτρέπουν να ξεκινήσετε με το EEG, όπως το OpenBCI, το οποίο είναι ένα πακέτο λογισμικού EEG ανοιχτού κώδικα +. Η αγαπημένη μου (και μόνο) συσκευή αυτή τη στιγμή είναι η Muse, μια συσκευή EEG 249 $ με τέσσερα ηλεκτρόδια (και τη δυνατότητα σύνδεσης μιας εξωτερικής). Το Emotiv είναι ένας άλλος προμηθευτής που παράγει μια συσκευή με 5 ή 14 κανάλια, οπότε ενώ είναι μια κάπως πιο ακριβή επιλογή (δεν μπορείτε να αποκτήσετε πρόσβαση στο μη επεξεργασμένο σήμα εκτός εάν πληρώσετε για το πολύ ακριβό SDK τους), μπορεί να είναι πιο χρήσιμο για την έρευνα .

Πώς μπορεί το EEG να βελτιώσει τη ζωή μας;

Το EEG μπορεί να κάνει μια πραγματική διαφορά για άτομα με περιορισμένη κινητικότητα, παρέχοντας μια νέα διεπαφή για να επικοινωνούν και να αλληλεπιδρούν με τον έξω κόσμο (όπως τα παραδείγματα που χρησιμοποιούν το P300 ERP παραπάνω).

Ήρθα σε επαφή με μερικούς ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Ben-Gurion στο Ισραήλ που προσπαθούν να δημιουργήσουν μια επέκταση προγράμματος περιήγησης που θα επιτρέπει την περιήγηση στον ιστό με ένα ακουστικό EEG. Αυτό θα ήταν μεγάλο όφελος για άτομα που δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν πληκτρολόγιο. Πειραματίζονται τόσο με το Eye Movements όσο και με το P300 (που αναφέρεται παραπάνω) για το σκοπό αυτό. Ένα άλλο ενδιαφέρον έργο που με πλησίασε μόλις την περασμένη εβδομάδα για να βοηθήσει στον προγραμματισμό είναι να διερευνήσει τρόπους χρήσης του EEG για να βοηθήσει άτομα με ALS. Πρέπει να σημειωθεί, ωστόσο, ότι το «εύρος ζώνης» του EEG είναι προς το παρόν αρκετά αργό, επομένως ο άμεσος έλεγχος μέσω EEG (για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας ποντίκι ή πληκτρολόγιο) ενδέχεται να μην είναι ρεαλιστικός αυτή τη στιγμή.

Τέλος, ένας καλός φίλος μου είχε πρόσφατα διαγνώσει το μωρό με Υπαρρυθμία, μια κατάσταση που σχετίζεται με χαοτική και ακανόνιστη ηλεκτρική δραστηριότητα στον εγκέφαλο. Σε αυτήν την περίπτωση, το μωρό του ήταν τυχερό να διαγνωστεί νωρίς, αλλά σε άλλες, λιγότερο προφανείς περιπτώσεις, αυτή η κατάσταση μπορεί να περάσει απαρατήρητη και μπορεί να επηρεάσει αρνητικά την ανάπτυξη του εγκεφάλου εάν δεν αντιμετωπιστεί εγκαίρως. Ελπίζει ότι οι προσιτές συσκευές, όπως η Muse, θα κάνουν τη διάγνωση αυτής της κατάστασης πολύ πιο προσιτή και αυτή τη στιγμή εξετάζει πώς αυτό θα ήταν δυνατό.

Καθώς το EEG γίνεται φθηνότερο, θα είναι ενδιαφέρον να δούμε ποιες άλλες εφαρμογές καταναλωτών για την τεχνολογία θα εμφανιστούν (ή ότι οι hackers όπως εσείς και εγώ θα αναπτύξουμε!). Ένα άλλο ενδιαφέρον πράγμα για έργα όπως τα θεάματα ανίχνευσης Muse είναι ότι μπορούμε τώρα σχετικά εύκολα να διερευνήσουμε την «ψυχική κατάσταση» του ατόμου που το φοράει, δίνοντάς μας μια ιδέα για την ικανότητά μας να επικεντρωθούμε και τον διανοητικό φόρτο εργασίας (αρκετά ενδιαφέρον, στο έγγραφο που συνδέεται παραπάνω, παρατήρησαν εκείνη την κατάσταση ότι «οι έμπειροι επαγγελματίες διαλογισμού έχουν ένα πολύ εμφανές προφίλ (EEG)»).

Μπορεί ακόμη και να μας βοηθήσει να γίνουμε καλύτεροι στα διαυγή όνειρα… αλλά θα πρέπει να περιμένουμε και να το δούμε!

Προτάσεις για περαιτέρω ανάγνωση

Προτείνω να διαβάσετε αυτό το καταπληκτικό κομμάτι για το NeuraLink. Δεν είναι τυχαίο που δημοσιεύτηκε περίπου ένα μήνα πριν ξεκινήσω να μπαίνω στη νευροεπιστήμη - αφού το διάβασα, εμπνεύστηκα να ξεκινήσω να εξερευνώ αυτόν τον τομέα.

Επίσης, εάν διαθέτετε συσκευή Muse, ελέγξτε σίγουρα το EEG 101, μια εφαρμογή Android ανοιχτού κώδικα που διδάσκει τα βασικά του EEG.

Το πιο σημαντικό, γίνετε μέλος της κοινότητας NeuroTechX Slack! Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, έτσι έμαθα τα περισσότερα από όσα γνωρίζω για το EEG σήμερα και ήταν η βάση για πολλά από αυτά που μόλις διαβάσατε παραπάνω.