WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 58 |

целевые состояния которых известны, Разработанная методика успешно суммируются с данными обучающей применена в парадигме эндогенного ИМК с сессии, после чего классификатор двумя одновременно классифицируемыми полностью пересчитывается заново. Вклад состояниями и потенциально не имеет рабочих попыток при суммировании их с ограничений на их количество.

тренировочными определяется весовыми коэффициентами, отражающими (а) Работа выполнена при поддержке уверенность испытуемого в качестве фонда «Сколково», грант № 1110034.

исполняемой попытки (принцип Список литературы «активного» тренинга [7]) и (б) степени соответствия полученных параметров 1. Nicolas-Alonso, L.F. and J. Gomez-Gil, Brain таковым для воспроизводимого состояния computer interfaces, a review. Sensors (Basel), 2012.

по текущей версии классификатора. При 12(2): p. 1211-79.

этом набольшую ценность (вес) имеют 2. Kaplan, A.Y., et al., Unconscious operant conditioning in the paradigm of brain-computer попытки, которые не привели к должной interface based on color perception. Int J Neurosci, классификации, и в точности 2005. 115(6): p. 781-802.

воспроизведения которых уверен 3. Schalk, G., et al., BCI2000: a general-purpose brainпользователь. Такой механизм computer interface (BCI) system. IEEE Trans Biomed обеспечивает взаимное обучение и Eng, 2004. 51(6): p. 1034-43.

4. Nikulin, V.V., et al., Quasi-movements: a novel коадаптацию машины и пользователя, при motor-cognitive phenomenon. Neuropsychologia, 2008.

которых компьютер подстраивается под 46(2): p. 727-42.

изменчивость паттернов внутренних 5. Cincotti, F., et al., The use of EEG modifications due состояний, а человек учится их to motor imagery for brain-computer interfaces. IEEE стабильному и четкому воспроизведению. Trans Neural Syst Rehabil Eng, 2003. 11(2): p. 131-3.

6. Ramoser, H., J. Muller-Gerking, and G. Pfurtscheller, В настоящее время ведется работа Optimal spatial filtering of single trial EEG during по оптимизации методики для трех и более imagined hand movement. IEEE Trans Rehabil Eng, одновременно классифицируемых 2000. 8(4): p. 441-6.

состояний.

7. Li, J. and L. Zhang, Active training paradigm for motor imagery BCI. Exp Brain Res, 2012.

Заключение В настоящей работе делается вывод об эффективности применения нескольких Материалы XVI Международной конференции по нейрокибернетике ИНТЕРФЕЙС МОЗГ-КОМПЬЮТЕР НА ВОЛНЕ P300 СО СТИМУЛАМИ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫМИ НА ДВИЖУЩИХСЯ ОБЪЕКТАХ И.П. Ганин1, С.Л. Шишкин1,2, Р.К. Григорян1, А.Я. Каплан Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт» ipganin@mail.ru, http://brain.bio.msu.ru We present a new modification of the P300 BCI with подвижными роботами, позволив stimuli presented on moving objects. Sufficient accuracy размещать объекты управления прямо на and high interest were observed along multisession use самих устройствах. Стимулы на of this BCI in single- and triple-trial modes. Some data движущихся объекты больше подошли бы were obtained in support of a hypothesis that BCI performance can be improved by better visual stimuli для внедрения ИМК-управления в selection and modification of classification algorithms видеоигры, чем статичные стимулы. Мы depending on stimulus position in a presentation показали отсутствие влияния на ПСС sequence.

движения стимулов со скоростями до 10°/сек [9], однако позиции стимулов Введение внутри движущейся матрицы в этой работе были по-прежнему фиксированы.

Интерфейс мозг-компьютер на основе Автоматизации навыков работы с волны P300 («ИМК-P300») – неинвазивная ИМК-P300 может мешать слишком технология управления компьютером без отставленная от начала ввода команды помощи мышц, в основу работы которой пользователем – часто на десятки секунд – положен анализ различий реакций мозга в обратная связь в форме результата ответ на целевые и нецелевые стимулы.

распознавания его мыслительных действий.

Изначально [1] этот ИМК был нацелен на В период ввода команды пользователь использование волны P300 потенциалов должен постоянно удерживать свое мозга, связанных с событиями (ПСС), внимание на целевом стимуле и стараться возникающей примерно через 300 мс после не обращать внимания на остальные начала целевого стимула. Однако позже стимулы. На протяжении этого времени было показано, что распознаванию внутреннее состояние пользователя может целевого стимула в данном ИМК могут меняться, при этом в случае возникновения способствовать и другие компоненты ПСС ошибки ему будет неясно, какие из [2-4]. ИМК-P300 является одним из вариаций привели к неправильному лидеров среди ИМК по скорости передачи распознаванию. Поэтому перспективным информации и, кроме того, позволяет резервом для увеличения скорости ИМК и пользователю выбирать из большого уменьшения времени его отклика в ответ на списка команд или печатать текст.

действия пользователя является Подавляющее большинство людей предъявление стимулов с минимально способно начать управлять этим возможным повторением, вплоть до интерфейсом уже в первом сеансе работы.

однократного предъявления (single-trial).

Во всех существующих модификациях В данной работе были поставлены ИМК-P300, касающихся стимульной среды следующие задачи:

(напр., [5-8]), стимулы располагались в (1) Разработать методику предъявления фиксированных позициях экрана, чаще стимулов в ИМК-P300 на подвижных всего в виде матрицы. Такой статичный объектах и оценить характеристики работы интерфейс может несколько ограничивать такого ИМК с небольшим числом применение данной технологии. ИМК, в предъявлений стимулов.

которых было бы возможно предъявлять (2) Выяснить, насколько визуальные стимулы на движущихся объектах, могли характеристики стимулов могут влиять на бы стать более востребованными для точность работы и ПСС в таком ИМК.

управления протезами конечностей и 2-Й МЕЖДУНАРОДНЫЙ СИМПОЗИУМ «ИНТЕРФЕЙС “МОЗГ-КОМПЬЮТЕР”» (3) Выявить возможные различия случае трехкратного предъявления – реакций на отдельные целевые стимулы в мысленно считать его подсветки. После режимах с их однократном и трехкратном окончания стимуляции испытуемому предъявлением. показывалось, какой шар был распознан классификатором. Если это был целевой Методы шар, картинка в правой части экрана дополнялась соответствующим элементом, В исследовании приняли участие две и целевым становился следующий шар. В группы испытуемых в возрасте от 19 до противном случае засчитывалась ошибка, а лет. Одна группа работала в режиме с целевым оставался тот же шар. Одна игра однократным предъявлением стимулов предполагала работу с одной картинкой, (n=6), другая группа – с трехкратным (n=6).

которая продолжалась до успешного Каждый испытуемый участвовал в четырех выбора всех девяти фрагментов, либо до сессиях, проводимых в разные дни с набора десяти ошибок. В каждой сессии минимальным интервалом в два дня.

испытуемый проходил десять таких игр.

Использовалась разработанная нами игровая модификация ИМК-P300 с движущимися объектами (рис. 1). ЭЭГ регистрировалась в Cz, Pz, PO7, PO8, O1 и O2. В каждой сессии после настройки классификатора (линейный дискриминатор Фишера) начиналась основная часть, где испытуемым предлагалось собирать картинки из отдельных фрагментов.

Каждая картинка состояла из девяти фрагментов, которые помещались на Рис. 1. Пример экрана игрового ИМК-P300, используемого в эксперименте. В данный момент отдельных объектах-шарах, двигающихся подсвечен шар с буквой «В».

со скоростью 5,4°/с. Стимулом служила подсветка (увеличение яркости) на 125 мс.

Результаты Одна стимульная последовательность состояла из подсветок одного целевого и (1) Разработанная игровая восьми нецелевых шаров в случайном модификация ИМК-P300 с движущимися порядке. Для удобства нахождения объектами позволила всем испытуемым целевого шара каждый шар был помечен работать с приемлемым уровнем буквой. Шары становились целевыми в точности и обеспечила высокий и алфавитном порядке. Работа с одним стабильный уровень интереса в течение целевым шаром составляла один блок, в всех сессий.

котором одной группе испытуемых давалась одна, а другой – три стимульные Средняя точность работы испытуемых последовательности.

по всем сессиям в группе с однократным При выборе каждого целевого шар предъявлением составила 52±10%, и была испытуемый сам запускал начало меньше (F(1,10) = 11,1, p = 0.008), чем в подсветок нажатием на кнопку мыши. Это группе с трехкратным предъявлением – было сделано, чтобы позволить 74±13% (случайный уровень равнялся 11%, испытуемому начинать работу с шаром, как так как один шар выбирался из девяти) (рис только он находил его среди других шаров 2). Точность, пересчитанная с учетом и чувствовал себя «готовым» к работе с только одной попытки на каждый шар (не ним. Испытуемые должны были учитывались все последующие попытки с внимательно следить за целевым шаром и этим шаром, если первая попытка была мысленно отметить момент его подсветки в неудачной), составила в этих группах случае однократного предъявления, а в 65±7% и 81±9%, соответственно. Точность Материалы XVI Международной конференции по нейрокибернетике для каждой группы практически не числа шаров (432) отобрали 36 шаров с максимальным числом ошибок («плохие» менялась от сессии к сессии ( = 0,80, шары) и 43 шара – с минимальным F(3,8) = 0,7, p = 0,59).

(«хорошие» шары) по всем испытуемым в группе с однократным предъявлением стимулов. ПСС испытуемых группы с трехкратным предъявлением стимулов были усреднены раздельно по «хорошим» и «плохим» шарам. Средняя амплитуда Pпри работе с «хорошими» шарами оказалась выше, чем при работе с «плохими» (рис. 3). Для оценки значимости эффекта мы провели перестановочный тест с измерением разности амплитуд при случайных разбиений шаров на группы для каждого из шести испытуемых. У двух из шести испытуемых различие амплитуд (более высокая амплитуда в ответ на Рис. 2. Точность работы испытуемых в игровом «хорошие» шары, чем на «плохие») ИМК-P300.

оказалось значимым (p = 0,041 и p = 0,001).

Полученные предварительные данные Интерес испытуемых к заданию могут свидетельствовать о том, что оценивался с помощью визуальной визуальные характеристики стимулов аналоговой шкалы с крайними значениями способны влиять на результативность «не интересно» (0) и «чрезвычайно работы в ИМК-P300.

интересно» (100). Средний интерес в течение четырех сессий в группе с однократным предъявлением колебался от 72±18% до 79±12%, а с трехкратным предъявлением – от 64±14% до 75±18%.

Интерес не менялся значимо в течение сессий ( = 0,79, F(3,8) = 0,71, p = 0,6) и не отличался между двумя группами (F(1,10) = 0,86, p = 0,4).

(2) Ошибки при работе в ИМК-Pмогут быть связаны с тем, что работе с некоторыми стимулами мешали визуальные особенности этих стимулов.

Большинство испытуемых сообщали Рис. 3. Усредненные по группе с трехкратным об увеличении числа ошибок при работе с предъявлением стимулов (n=6) ПСС в ответ на «хорошие» и «плохие» шары (отведение Pz).

особенно «неудачными» шарами (например, очень яркими). Действительно, (3) Амплитуда волны P300 была почти у всех испытуемых наблюдалось больше в режиме с однократным повышенное число повторных ошибок на предъявлением стимулов, чем с некоторых шарах, о чем говорит трехкратным. В группе с трехкратным повышенная точность, пересчитанная с предъявлением амплитуда P300 была выше учетом только одной попытки на шар.

в ответ на первое предъявление стимула, Однако корреляция между яркостью шара и чем на второе и третье. Эти различия, точностью оказалась незначимой. Чтобы однако, не привели к значимым различиям проверить гипотезу о том, что работа с точности классификации стимулов.

некоторыми шарами все же ведет к повышенному числу ошибок, мы из общего 2-Й МЕЖДУНАРОДНЫЙ СИМПОЗИУМ «ИНТЕРФЕЙС “МОЗГ-КОМПЬЮТЕР”» числе стимульных последовательностей (восьми). Можно предположить, что эффективность ИМК-P300 может быть повышена путем модификации алгоритмов классификации ПСС с учетом зависимости реакций на целевые стимулы от позиции в последовательности их предъявления.

Заключение В данной работе мы показали, что ИМК-P300 со стимулами, предъявляемыми на движущихся объектах, даже при Рис. 4. Амплитуда P300 при однократном и трехкратном предъявлении стимулов (отведение Pz).

однократном и трехкратном предъявлении обеспечивает пользователям достаточно На рис. 4. представлены значения надежную работу с высоким уровнем амплитуды P300 в отведении Pz. При интереса в течение нескольких сессий.

однократном предъявлении P300 была на Эффективность интерфейса, по-видимому, мкВ выше, чем в усредненных ПСС при может быть повышена путем тщательного трехкратном предъявлении (t(8) = 2,55, p = подбора стимульного материала, поскольку 0,03). Мы также усреднили ПСС для часть ошибок может быть обусловлена каждого из трех стимулов в отдельности визуальными особенностями стимулов.

при трехкратном предъявлении: амплитуда Другой путь повышения эффективности P300 в ответ на первое предъявление была ИМК-P300 с небольшим числом выше, чем в ответ на второе (t(4) = 3,14, p = предъявлений стимулов может лежать 0,03) и третье (t(4) = 2,42, p = 0,07). Также через модификацию алгоритмов мы рассчитали точность классификации в классификации с учетом зависимости оффлайн-режиме отдельно для каждого реакций от очередности стимулов.

целевого стимула в режиме с трехкратным предъявлением. Точность для первого, Работа выполнена при частичной второго и третьего предъявления стимула финансовой поддержке фонда «Сколково» составила 50±12, 48±12 и 47±10, (грант 1110034).

соответственно, но различия не были значимы (p > 0,5 по непарному критерию Список литературы Стьюдента) и не отличались значимо от точности при однократном предъявлении 1. Farwell L.A., Donchin E. Electroenc. Clin.

стимула (p > 0,5). Несмотря на то, что Neurophysiol. 1988. 70:510-23.

амплитуда P300 была больше в режиме с 2. Shishkin S.L. et al. J. of Integrative Neuroscience.

однократным предъявлением, чем с 2009. 8(4):471-485.

3. Bianchi L. et al. Brain Topogr. 2010. 23 (2): P. 180-5.

трехкратным, онлайновая точность в 4. Krusienski D.J. et al. J Neurosci Methods. 2008.

последнем режиме была больше за счет 167(1):15-21.

усреднения трех реакций на стимул. Кроме 5. Townsend G. et al. Clin Neurophysiol. 2010.

того, разница в амплитуде P300 между 121(7):1109-20.

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 58 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.