14-Σεπτ-2009 ΗΛΕΚΤΡΟΕΓΚΕΦΑΛΟΓΡΆ ΦΗΜΑ. Χαρακτηριστικά, εντολές εισόδου

Transcript

1 3. 1 ΗΛΕΚΤΡΟΕΓΚΕΦΑΛΟΓΡΆ ΦΗΜΑ Χαρακτηριστικά, εντολές εισόδου

2 ΠΕΡΙΟΧΈΣ ΕΓΚΕΦΆΛΟΥ (από (από 2

3 ΗΛΕΚΤΡΟΕΓΚΕΦΑΛΟΓΡΆΦΗΜΑ (ΗΕΓ) Εικόνα από: 3

4 ΜΗ-ΕΠΕΜΒΑΤΙΚΉ ΣΥΛΛΟΓΉ ΣΗΜΆΤΩΝ Τοποθέτηση ηλεκτροδίων στην επιφάνεια του κρανίου Παγκόσμιο σύστημα τοποθέτησης ηλεκτροδίων 10/20 Μέτρηση ρεύματος από την μεταφορά ΔΕ από νευρώνα σε νευρώνα Εικόνα από: Εικόνα από: 4 Εικόνα από: butler.cc.tut.fi

5 ΕΠΕΜΒΑΤΙΚΉ ΣΥΛΛΟΓΉ ΣΗΜΆΤΩΝ Εικόνα από: RX TM Epidural Needle. Εικόνα από: 5

6 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΆ ΗΕΓ Φυσικά: Συχνότητα: Όνομα Φάσμα (Hz) δ <4 θ [4,8) α [8,13) β [13,30] γ >30 Στατιστικά: Μη-γραμμικό Μη-σταθερό Γκαουσιανό (quasistationary) Πλάτος: μερικά μv 6

7 ΡΥΘΜΟΊ ΤΟΥ ΕΓΚΕΦΆΛΟΥ 7 Εικόνα από: N. Nicolaou, PhD Thesis, 2006

8 ΑΙΣΘΗΤΙΚΌ-ΚΙΝΗΤΙΚΟΊ ΡΥΘΜΟΊ (SENSORIMOTOR RHYTHMS) Ρυθμοί μ (8-11Hz) και β ( 20Hz) που συλλέγονται από τον σωματοαισθητικό φλοιό (somatosensory cortex - C3, C4). Ρυθμοί μ συνδέονται με τον αισθητικό και οι β με τον κινητικό φλοιό Ρυθμός βραδυπορείας του φλοιώδους αισθητικού συστήματος μπλοκάρεται από κίνηση, νοητική κίνηση και προετοιμασία για κίνηση Οι ρυθμοί αποσυγχρονίζονται με τη νοητική κίνηση (από Dornhege et al. (eds), Toward Brain-Computer Interfacing, MIT Press, 2007) 8

9 ΕΦΑΡΜΟΓΉ ΣΕ ΔΕΥ Συνήθης χρησιμοποίηση σε ΔΕΥ μέσω νοητικής κίνησης Σημαντικό κατά την εκτέλεση νοητικής κίνησης ο εθελοντής να «νιώθει και να ζει» την κίνηση, όχι μόνο να φαντάζεται την εκτέλεσή της Εκπαίδευση μέσω ανάδρασης (ακουστικό, οπτικό, κλπ) Τυπικό σύστημα: παρουσίαση στόχων στην οθόνη του υπολογιστή και κίνηση δρομέα οθόνης προς το στόχο μέσω διαμόρφωσης των ΑΚΡ (από Dornhege et al. (eds), Toward Brain-Computer Interfacing, MIT Press, 2007) 9

10 ΠΡΟΚΛΗΤΆ ΔΥΝΑΜΙΚΆ (EVENT RELATED POTENTIALS) Τα ΠΔ μετρούνται στο ΗΕΓ πριν από, κατά τη διάρκεια, και μετά από αισθητικά, κινητικά ή ψυχολογικά ερεθίσματα/αποτελέσματα. Σταθερή χρονική καθυστέρηση από το ερέθισμα Πλάτος συνήθως μικρότερο από το υπόλοιπο ΗΕΓ (λόγω περισσότερης εστίασης στις αντίστοιχες φλοιώδης περιοχές) (από Dornhege et al. (eds), Toward Brain-Computer Interfacing, MIT Press, 2007) 10

11 ΕΦΑΡΜΟΓΉ ΣΕ ΔΕΥ: P300 Θετική απόκλιση Χρονικά-κλειδωμένο σε ακουστικό ή οπτικό ερέθισμα Τυπικά παρατηρείται σε oddball paradigm σε κεντρικές (central) και βρεγματικές (parietal) περιοχές Μέσος όρος ΠΔ από oddball paradigm 11

12 ΕΦΑΡΜΟΓΉ ΣΕ ΔΕΥ: STEADY-STATE VISUALLY EVOKED POTENTIAL (SSVEP) Παρατηρούνται μετά από οπτικό ερέθισμα στον ινιακό λοβό (occipital - Ο1, Ο2, Oz) Σταθερό όταν συχνότητα ερεθίσματος > 6Hz Συγκέντρωση της ματιάς στο στόχο που αναβοσβήνει ισοδυναμεί με αύξηση του πλάτους του SSVEP στην κυρίως και αρμονικές συχνότητες του ερεθίσματος Φάσμα συχνότητας στο οποίο εντοπισμός είναι αξιόπιστος: 6-24Hz Παρουσίαση στόχων σε οθόνη υπολογιστή που αναβοσβήνουν με διαφορετικές συχνότητες Λειτουργία εξαρτάται από άθικτη ματιά ακατάλληλες για ασθενείς με περιορισμένη κίνηση ματιών 12

13 ΑΡΓΆ ΔΥΝΑΜΙΚΆ ΤΟΥ ΦΛΟΙΟΎ SLOW CORTICAL POTENTIALS (SCP) Αποπόλωση (depolarisation) των pyramidal νευρώνων στα στρώματα Ι και ΙΙ SCPs Αρνητικές αλλαγές στο πλάτος αυξάνονται με αυξημένη προσοχή ή γνωστική κατανομή των πόρων (από Dornhege et al. (eds), Toward Brain-Computer Interfacing, MIT Press, 2007) 13

14 ΕΦΑΡΜΟΓΉ ΣΕ ΔΕΥ Εκούσια διαμόρφωση Αρνητική μετατόπιση μετά από «προειδοποιητικό» ερέθισμα 2-10s πριν από κυρίως ερέθισμα για εκτέλεση μιας πράξης Για εκτέλεση της πράξης οι εθελοντές πρέπει να παράξουν αρνητική και θετική μετατόπιση του δυναμικού σε σχέση με τη βάση (baseline) (από Dornhege et al. (eds), Toward Brain-Computer Interfacing, MIT Press, 2007) 14

15 ΗΛΕΚΤΡΟΚΟΡΤΙΚΟΓΡΆΦΗΜΑ (ECOG) Κρανιοτομή και τοποθέτηση ηλεκτροδίων στην επιφάνεια του φλοιού Για τοποθέτηση ταινιών αντί arrays η διαδικασία είναι λιγότερο επεμβατική Χωρική ευκρίνεια: mm Εύρος συχνότητας: 0-200Ηz Πλάτος: μV Περισσότερες μελέτες για ΔΕΥ σε ασθενείς με επιληψία Figure 3. Example of the data recorded in our experiments. The onset of movement was defined as the moment in which the magnitude of the movement reached 5% of its total amplitude. The beginning of the kinematic recording is indicated by t = 0. (από Chin et al., J. Neural Eng., 4: , 2006) 15

16 ΣΉΜΑΤΑ ΑΠΌ ΤΟ ΕΣΩΤΕΡΙΚΌ ΤΟΥ ΦΛΟΙΟΎ Ένα, μερικά ή πολλαπλά ηλεκτρόδια Συλλογή δυναμικών ενέργειας Σήματα από μεμονωμένους νευρώνες Περιορισμένες μελέτες για σταθερότητα των σημάτων και αντοχή ηλεκτροδίων κατά τη διάρκεια του χρόνου Δυνατή η αποκωδικοποίηση κίνησης άκρου ή δρομέα οθόνης από τα σήματα Επεμβατικά σήματα από πιθήκους Figure 1. Example of LFP (A and B) and MU activity (C and D). Two orthogonal stimulus conditions recorded at the same site are shown. Panels (A and C) and (B and D) show identical trials of the two signals, respectively. Vertical lines indicate onset and offset of visual stimulation. During the stimulation period clear gammaband oscillations in the LFP can be seen. However, in (B) these are much more prominent then in (A). Note that MU response strength is higher in (C) than in (D). (από /fnsys /fnsys html 16

17 EEG SONIFICATION Όλοι οι ήχοι είναι από ΗΕΓ με 60Hz θόρυβο ΗΕΓ: νοητική αριθμητική (Ο1) ΗΕΓ: νοητική περιστροφή (Ο1) ΗΕΓ με θόρυβο κλείσιμο ματιού (Ο1) 17

18 ΜΌΛΥΝΣΗ ΑΠΌ ΆΛΛΑ ΣΉΜΑΤΑ Από τον εθελοντή (βιολογικά σήματα), π.χ.: Κίνηση και ανοιγόκλειμα ματιών Καρδιακός χτύπος - ΗΚΓ Μυϊκές κινήσεις (προσώπου, κεφαλής κλπ) - ΗΜΓ Από τα μηχανήματα, π.χ.: Θόρυβος κυκλώματος (50Hz) Κακή επαφή ή αποκόλληση ηλεκτροδίων Σφάλμα μηχανημάτων 18

19 ΗΜΓ ΗΚΓ 19

20 ΕΦΑΡΜΟΓΈΣ 1. Διεπαφές Εγκεφάλου-Υπολογιστή 2. Μελέτη διανοητικών διαταραχών (σχιζοφρένια, επιληψία, Parkinson s, κλπ) 3. Μελέτη ρόλου των ERP στη μνήμη, ομιλία, νοητική ανάπτυξη 4. Έλεγχος βάθους αναισθησίας 5. Pass-thought 20

21 21 ΕΠΟΜΈΝΟ ΜΆΘΗΜΑ: 4. Μέθοδοι επεξεργασίας σημάτων: συσχέτιση, εντροπία