4 Brain-Computer InterfacesThis cha

4 Brain-Computer Interfaces
This chapter explains Brain-Computer Interfaces and reviews some of the available products and systems on the market today. Current methods and potentials
in the technology are identified.
4.1 What is a Brain-Computer Interface?
Wolpaw (2010) put it this way:
Brain-computer interface is a method of communication based on
neural activity generated by the brain and is independent of its normal
output pathways of peripheral nerves and muscles. The goal of BCI is
not to determine a person’s intent by eavesdropping on brain activity,
but rather to provide a new channel of output for the brain that requires
voluntary adaptive control by the user.
Further, it is identified four different application areas of BCI, some which have
been mentioned in chapter 3 already:
1. Bioengineering applications: Devices with assisting purposes for disabled
people.
2. Human subject monitoring: Research and detection of sleep disorders, neurological diseases, attention monitoring, and/or overall ”mental state”.
3. Neuroscience research: real-time methods for correlating observable behavior with recorded neural signals.
4. Human-Machine Interaction: Interface devices between humans, computers or machines.
In this project we are concerned with item 4, and all steps in the common BCI
process flow shown in figure 4.1.
Figure 4.1: Brain-Computer Interface process flow.
15
4.1.1 Five Central Factors of BCI Design
Lotte, Congedo, Lecuyer, Lamarche, and Arnaldi (2007) have identified a few fea- ´
tures that are common, and critical, to BCI design, that are listed here:
1. noise and outliers: BCI features are noisy or contain outliers because EEG
signals have a poor signal-to-noise ratio;
2. high dimensionality: in BCI systems, feature vectors are often of high dimensionality. Indeed, several features are generally extracted from several channels and from several time segments before being concatenated
into a single feature vector;
3. time information: BCI features should contain time information as brain
activity patterns are generally related to specific time variations of EEG;
4. non-stationarity: BCI features are non-stationary since EEG signals may
rapidly vary over time and more especially over sessions;
5. small training sets: the training sets are relatively small, since the training
process is time consuming and demanding for the subjects.
Item 2 is highlighted because the NeuroSky EEG device used for this project is a
single channel device. This reduces complexity for processing, but it also reduces
signal accuracy, because there is only a single source of input. All of the referenced
studies that are presented in the next section used 4 electrodes and most of them
even more.
4.2 State of the Art BCI and Existing Systems
In chapter 1, it is mentioned that there is a focus shift from patients to gamers,
and that this focus could benefit patients also. This is further illustrated here
by using NASA and Sony as an example: NASA have been using neurofeedback
to train their pilots to be more alert and attentive during a flight (NASA patent,
dated 1994). Together with Sony, they used this technology to develop a specialized Playstation controller that would react to brain patterns. Correct brain patterns were rewarded with a more responsive controller and vice versa. A study
was conducted were a group of children with ADHD was treated using neurofeedback. One half of the group trained using traditional neurofeedback, and the
other half used the Playstation video game. Both groups improved about equally,
but the group playing the video game enjoyed their training more, and their parents generally reported to notice more improvement than the parents from the
other group (Reuderink, 2008a). Treatment can be made more appealing, fun and
still give the wanted results.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

สมองอินเตอร์เฟส 4บทนี้อธิบายอินเตอร์เฟสคอมพิวเตอร์สมอง และความคิดเห็นบางส่วนของผลิตภัณฑ์พร้อมใช้งานและระบบในตลาดวันนี้ วิธีปัจจุบันและศักยภาพเทคโนโลยีการระบุ4.1 การอินเตอร์เฟซสมองคอมพิวเตอร์คืออะไรWolpaw (2010) ใส่ไว้ด้วยวิธีนี้:อินเตอร์เฟซคอมพิวเตอร์สมองเป็นวิธีการสื่อสารที่อิงกิจกรรมของระบบประสาทจากสมอง และเป็นอิสระจากความปกติเส้นทางออกของเส้นประสาทและกล้ามเนื้อ เป้าหมายของบีซีไอคือไม่ต้องกำหนดเจตนาของบุคคล โดยการแอบดูบนสมองแต่ เพื่อให้ช่องทางใหม่ของการแสดงผลสำหรับสมองที่ต้องการระบบควบคุมความสมัครใจ โดยผู้ใช้ต่อไป ก็ระบุสี่แตกต่างพื้นที่แอพพลิเคชันของบีซีไอ บางที่มีได้กล่าวในบทที่ 3 แล้ว:1. การใช้งาน bioengineering: อุปกรณ์พร้อมให้ความช่วยเหลือเพื่อสำหรับปิดใช้งานคน2. มนุษย์เรื่องการตรวจสอบ: การวิจัยและการตรวจสอบการนอนหลับผิดปกติ โรคระบบประสาท ความสนใจตรวจสอบ หรือโดยรวม "สภาพจิตใจ"3. วิจัยประสาท: วิธีเรียลไทม์สำหรับกำลังรวบรวมสำหรับพฤติกรรมที่สังเกตได้บันทึกสัญญาณประสาท4. โต้ตอบมนุษย์เครื่องจักร: อินเทอร์เฟซอุปกรณ์ระหว่างมนุษย์ คอมพิวเตอร์ หรือเครื่องในโครงการนี้ เรามีความกังวลกับสินค้า 4 และขั้นตอนทั้งหมดในบีซีไอโดยทั่วไปกระบวนการไหลที่แสดงในรูปที่ 4.1รูป 4.1: อินเตอร์เฟซคอมพิวเตอร์สมองไหล154.1.1 ห้ากลางปัจจัยการออกแบบบีซีไอLotte, Congedo, Lecuyer ลาเมิร์ก และ Arnaldi (2007) ได้ระบุว่ากี่ fea - แบ็คtures ที่ทั่วไป และที่ สำคัญ การออกแบบที่บีซีไอ ที่อยู่ที่นี่:1. สัญญาณรบกวน และ outliers: คุณสมบัติบีซีไอมีเสียงดัง หรือประกอบด้วย outliers เนื่องจาก EEGสัญญาณมีอัตราส่วนสัญญาณรบกวนต่ำมิติสูง: ในระบบบีซีไอ คุณลักษณะเวกเตอร์จะมีมิติที่สูงขึ้น แน่นอน หลายอย่างโดยทั่วไปสกัด จากหลายช่องทาง และหลายเวลาส่วนก่อนการเชื่อมรวมเป็นเวกเตอร์คุณลักษณะเดียว3. ข้อมูล: คุณสมบัติบีซีไอควรประกอบด้วยข้อมูลเวลาเป็นสมองรูปแบบกิจกรรมโดยทั่วไปจะเกี่ยวข้องกับรูปแบบเวลาที่เฉพาะเจาะจงของ EEG4. ไม่ใช่ stationarity: บีซีไอมีเคลื่อนไหวตั้งแต่พฤษภาคมสัญญาณ EEGเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ตลอดเวลา และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง ผ่านเซ สชัน5. เล็กฝึกชุด: ชุดฝึกค่อนข้างเล็ก ตั้งแต่การฝึกอบรมกระบวนการเป็นเวลานาน และความต้องการสำหรับชื่อเรื่องสินค้า 2 เพราะอุปกรณ์ NeuroSky EEG ที่ใช้สำหรับโครงการนี้เป็นเน้นการอุปกรณ์ช่องเดียว ลดความซับซ้อนสำหรับการประมวลผล แต่ยังช่วยลดสัญญาณความแม่นยำ เนื่องจากมีเพียงแหล่งเดียวของอินพุต การอ้างอิงทั้งหมดศึกษาที่แสดงในส่วนถัดไปใช้ 4 ขั้วและส่วนใหญ่ของพวกเขายิ่งขึ้น4.2 รัฐของศิลปะบีซีไอและระบบที่มีอยู่ในบทที่ 1 กล่าวว่า มีการเปลี่ยนโฟกัสจากผู้ป่วยไปเล่นเกมและที่นี้จะมีประโยชน์ผู้ป่วยยัง เพิ่มเติมดังรูปที่นี่โดยนาซ่าและ Sony เป็นตัวอย่าง: นาซ่าได้ใช้ neurofeedbackการฝึกนักบินของพวกเขาจะขึ้นแจ้งเตือน และเอาใจใส่ในระหว่างเที่ยวบิน (NASA จดสิทธิบัตรวันเดือนปี 1994) ร่วมกับ Sony พวกเขาใช้เทคโนโลยีนี้ในการพัฒนาตัวควบคุมเพลย์สเตชันพิเศษที่จะตอบสนองต่อรูปแบบสมอง รูปแบบถูกต้องสมองถูกรางวัล ด้วยควบคุมการตอบสนองมากขึ้น และในทางกลับกัน การศึกษาดำเนินการเป็นกลุ่มของเด็กที่มีสมาธิสั้นได้รับการรักษาโดยใช้ neurofeedback ครึ่งหนึ่งของกลุ่มที่ฝึกใช้ neurofeedback ดั้งเดิม และอีกครึ่งหนึ่งใช้วิดีโอเกมเพลย์สเตชัน ทั้งกลุ่มที่ดีขึ้นเกี่ยวกับเท่าเทียมกันแต่กลุ่มที่เล่นวิดีโอเกมเพลิดเพลินไปกับการฝึกอบรมเพิ่มเติม และผู้ปกครองโดยทั่วไปรายงานให้ทราบเพิ่มเติมปรับปรุงกว่าพ่อแม่จากการกลุ่มอื่น ๆ (Reuderink, 2008a) การรักษาสามารถทำได้น่าสนใจมากขึ้น สนุก และยังคง ให้ผลลัพธ์ที่ต้องการ

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

4 Brain-คอมพิวเตอร์เชื่อมต่อ
บทนี้จะอธิบายสมองคอมพิวเตอร์เชื่อมต่อและความคิดเห็นบางส่วนของผลิตภัณฑ์ที่มีอยู่และระบบในตลาดวันนี้ ปัจจุบันวิธีการและศักยภาพ
ในด้านเทคโนโลยีจะมีการระบุ.
4.1 คืออะไร Brain-Computer Interface ทำไม
Wolpaw (2010) วางวิธีนี้:
อินเตอร์เฟซที่สมองคอมพิวเตอร์เป็นวิธีการในการติดต่อสื่อสารเป็นไปตาม
กิจกรรมของระบบประสาทที่เกิดจากสมองและความเป็นอิสระของ ปกติ
ทุลักทุเลการส่งออกของเส้นประสาทส่วนปลายและกล้ามเนื้อ เป้าหมายของ BCI เป็น
ไม่ได้ที่จะตรวจสอบความตั้งใจของบุคคลโดยการยุติการทำงานของสมอง
แต่เพื่อให้เป็นช่องทางใหม่ของการส่งออกสำหรับสมองที่ต้อง
ควบคุมการปรับตัวโดยสมัครใจโดยผู้ใช้.
ต่อไปจะมีการระบุพื้นที่ใช้สี่แตกต่างกันของ BCI, บางส่วนที่ได้
รับการกล่าวถึงในบทที่ 3 แล้ว:
1 การใช้งานวิศวกรรมชีวภาพ: อุปกรณ์ที่มีการให้ความช่วยเหลือวัตถุประสงค์สำหรับคนพิการ
คน.
2 การตรวจสอบเรื่องของมนุษย์: การวิจัยและการตรวจสอบความผิดปกติของการนอนหลับ, โรคทางระบบประสาท, การตรวจสอบความสนใจและ / หรือโดยรวม "สภาพจิตใจ".
3 ประสาทการวิจัย: วิธีการในการติดตามพฤติกรรมที่สัมพันธ์กับสัญญาณประสาทบันทึกเวลาจริง.
4 มนุษย์และเครื่องจักรปฏิสัมพันธ์: อุปกรณ์เชื่อมต่อระหว่างมนุษย์เครื่องคอมพิวเตอร์หรือเครื่อง.
ในโครงการนี้เรามีความกังวลกับรายการ 4 และขั้นตอนทั้งหมดใน BCI ทั่วไป
การไหลของกระบวนการแสดงในรูปที่ 4.1.
รูปที่ 4.1. การเชื่อมต่อของสมองคอมพิวเตอร์การไหลของกระบวนการ
15
4.1 0.1 ปัจจัยที่ห้าของกลาง BCI ออกแบบ
Lotte, Congedo, Lecuyer, Lamarche และ Arnaldi (2007) ได้ระบุว่ามีไม่กี่ 'fea-
ตูเรสที่มีร่วมกันและที่สำคัญในการออกแบบ BCI ที่อยู่ที่นี่:
1 เสียงและค่าผิดปกติ: คุณสมบัติ BCI จะมีเสียงดังหรือมีค่าผิดปกติเพราะ EEG
สัญญาณมีอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนยากจน
2 มิติสูงในระบบ BCI เวกเตอร์คุณลักษณะมักจะมีของมิติสูง แท้จริงคุณสมบัติหลายประการที่สกัดโดยทั่วไปจากหลายช่องทางและจากกลุ่มหลายครั้งก่อนที่จะถูกตัดแบ่ง
เป็นเวกเตอร์คุณลักษณะเดียว;
3 ข้อมูลเวลา: คุณสมบัติ BCI ควรมีข้อมูลเวลาที่สมอง
รูปแบบกิจกรรมที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงโดยทั่วไปเวลาที่เฉพาะเจาะจงของ EEG;
4 ไม่ใช่ stationarity: คุณสมบัติ BCI มีความไม่หยุดนิ่งตั้งแต่สัญญาณ EEG อาจ
ขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงเวลาที่แตกต่างกันและอื่น ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงการประชุม;
5 การฝึกอบรมที่มีขนาดเล็กชุด: ชุดการฝึกอบรมมีขนาดค่อนข้างเล็กเนื่องจากการฝึกอบรม
กระบวนการคือการบริโภคและความต้องการสำหรับวิชาในเวลา.
รายการที่ 2 เป็นไฮไลต์เนื่องจากอุปกรณ์ Neurosky EEG ใช้สำหรับโครงการนี้เป็น
อุปกรณ์ช่องทางเดียว ซึ่งจะช่วยลดความซับซ้อนในการประมวลผล แต่มันยังช่วยลด
ความถูกต้องของสัญญาณเพราะมีเพียงแหล่งเดียวของท่าน ทั้งหมดที่อ้างถึง
การศึกษาที่นำเสนอในส่วนถัดไปใช้ 4 ขั้วไฟฟ้าและส่วนใหญ่ของพวกเขา
มากยิ่งขึ้น.
4.2 สถานะของศิลปะ BCI และระบบที่มีอยู่
ในบทที่ 1 มันบอกว่ามีการเปลี่ยนแปลงโฟกัสจากผู้ป่วยที่จะเล่นเกม
และ ที่มุ่งเน้นการนี้จะได้รับประโยชน์ผู้ป่วยยัง นี่คือตัวอย่างที่นี่ต่อไป
โดยใช้นาซาและ Sony เป็นตัวอย่าง: นาซ่าได้ใช้ Neurofeedback
ในการฝึกอบรมนักบินของพวกเขาที่จะแจ้งเตือนมากขึ้นและใส่ใจในระหว่างเที่ยวบิน (NASA สิทธิบัตร
ลงวันที่ 1994) ร่วมกับโซนี่ที่พวกเขาใช้เทคโนโลยีนี้ในการพัฒนาตัวควบคุม Playstation พิเศษที่จะตอบสนองต่อรูปแบบการทำงานของสมอง รูปแบบสมองที่ถูกต้องจะได้รับรางวัลกับตัวควบคุมการตอบสนองมากขึ้นและในทางกลับกัน การศึกษา
ได้ดำเนินการเป็นกลุ่มของเด็กที่มีสมาธิสั้นได้รับการรักษาโดยใช้ Neurofeedback ครึ่งหนึ่งของกลุ่มที่ผ่านการฝึกอบรมการใช้ Neurofeedback แบบดั้งเดิมและ
อีกครึ่งหนึ่งใช้วิดีโอเกม Playstation ทั้งสองกลุ่มที่ดีขึ้นเกี่ยวกับการเท่าเทียมกัน
แต่กลุ่มที่เล่นวิดีโอเกมมีความสุขกับการฝึกอบรมของพวกเขามากขึ้นและผู้ปกครองของพวกเขาได้รายงานให้ทราบโดยทั่วไปการปรับปรุงมากขึ้นกว่าพ่อแม่จากที่
กลุ่มอื่น ๆ (Reuderink, 2008a) การรักษาสามารถทำได้น่าสนใจมากขึ้นสนุกและ
ยังคงให้ผลลัพธ์ที่ต้องการ

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

4 การเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์สมองบทนี้จะอธิบายถึงการเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์สมองและความคิดเห็นบางส่วนของผลิตภัณฑ์ที่มีอยู่และระบบในตลาดวันนี้ วิธีการในปัจจุบันและศักยภาพในเทคโนโลยีที่ถูกระบุถึง4.1 สิ่งที่สมองคอมพิวเตอร์อินเตอร์เฟซ ?wolpaw ( 2010 ) ใส่มันด้วยวิธีนี้ :สมองคอมพิวเตอร์อินเตอร์เฟซเป็นวิธีการของการสื่อสารตามกิจกรรมประสาทที่เกิดจากสมอง และเป็นอิสระของปกติออกเส้นทางของเส้นประสาทต่อพ่วงและกล้ามเนื้อ เป้าหมายของ BCI คือไม่ระบุเจตนาของบุคคลโดยการกิจกรรมในสมองแต่เพื่อให้ช่องทางใหม่ของผลผลิตสำหรับสมองที่ต้องใช้การปรับควบคุมได้โดยผู้ใช้เพิ่มเติมมีการระบุที่แตกต่างกันสี่โปรแกรม BCI ซึ่งมีพื้นที่บางส่วนถูกกล่าวถึงในบทที่ 3 แล้ว1 . ใช้งานอุปกรณ์ที่มีวัตถุประสงค์เพื่อช่วยเหลือคนพิการคน2 . ติดตามเรื่องของมนุษย์ : การวิจัยและการตรวจหาความผิดปกติของระบบประสาทโรคนอน , การตรวจสอบความสนใจและ / หรือโดยรวม " สภาพจิตใจ "3 . วิจัยประสาทวิทยาศาสตร์ : วิธีเรียลไทม์เพื่อศึกษาพฤติกรรมที่สังเกตได้กับบันทึกสัญญาณประสาท .4 . ปฏิสัมพันธ์มนุษย์ interface ระหว่างมนุษย์เครื่องจักร อุปกรณ์ คอมพิวเตอร์ หรือเครื่องในโครงการนี้เรากังวลกับข้อ 4 และขั้นตอนทั้งหมดใน BCI ทั่วไปการไหลของกระบวนการที่แสดงในรูปที่ 4.1 .รูปที่ 4.1 : สมองอินเตอร์เฟซคอมพิวเตอร์กระบวนการไหล154.1.1 ห้าองค์ประกอบกลางของการออกแบบ BCIลอตเต้ congedo ลาเมิร์กนี เลอกูแยร์ , , , , และ arnaldi ( 2007 ) ได้ระบุไม่กี่กระป๋อง - ใหม่ตูเรสที่มีร่วมกัน และที่สำคัญการออกแบบ BCI , ที่แสดงที่นี่ :1 . เสียงผิดปกติ : BCI มีเสียงดัง หรือมีข้อมูลผิดปกติ เพราะคลื่นสมองสัญญาณมีอัตราส่วนคนยากจน2 . dimensionality สูง : ในระบบ BCI เวกเตอร์คุณลักษณะมัก dimensionality สูง แน่นอนมีหลายโดยทั่วไปจะสกัดได้จากหลายช่องทาง และจากส่วนเวลาหลายก่อนที่จะถูกตัดแบ่งเป็นเวกเตอร์ลักษณะเดียว3 . ข้อมูลเวลา : BCI คุณสมบัติควรประกอบด้วยข้อมูลเวลาที่สมองรูปแบบกิจกรรมโดยทั่วไปจะเกี่ยวข้องกับเวลาเฉพาะรูปแบบของคลื่นสมอง ;4 . ไม่นิ่ง : BCI มี non-stationary ตั้งแต่สัญญาณคลื่นสมอง อาจอย่างรวดเร็วแตกต่างกันในช่วงเวลาและมากขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งกว่าครั้ง ;5 . ชุดฝึกอบรมขนาดเล็ก : ชุดการฝึกมีขนาดค่อนข้างเล็ก ตั้งแต่การฝึกอบรมกระบวนการจะใช้เวลานานและเรียกร้องให้คนรายการที่ 2 จะเน้นเพราะ neurosky คลื่นสมอง อุปกรณ์ที่ใช้ในโครงการนี้คืออุปกรณ์ช่องเดียว นี้จะช่วยลดความซับซ้อนในการประมวลผล แต่มันยังช่วยลดความถูกต้องของสัญญาณ เนื่องจากมีเพียงแหล่งเดียวของข้อมูล ทั้งหมดของอิงการศึกษาที่ถูกนำเสนอในส่วนถัดไปใช้ 4 ขั้วไฟฟ้าและส่วนใหญ่ของพวกเขามากขึ้น4.2 ระบบรัฐของศิลปะและ BCI ที่มีอยู่ในบทที่ 1 จะกล่าวถึงว่า มีโฟกัสเปลี่ยนจากผู้ป่วยเพื่อนักเล่นเกมและโฟกัสเรื่องนี้อาจเป็นประโยชน์ต่อผู้ป่วยด้วย นี้ต่อไปแสดงที่นี่โดยนาซาและ Sony เป็นตัวอย่าง : นาซ่าได้ใช้เฉพาะในการฝึกอบรมนักบินของพวกเขามีการแจ้งเตือนมากขึ้นและใส่ใจในการบิน ( นาซาสิทธิบัตรลงวันที่ 1994 ) ร่วมกับ Sony , พวกเขาใช้เทคโนโลยีนี้เพื่อพัฒนาเฉพาะ Playstation ควบคุมที่ตอบสนองต่อรูปแบบสมอง แก้ไขรูปแบบสมองถูกรางวัลกับควบคุมการตอบสนองมากขึ้นและในทางกลับกัน การศึกษามีวัตถุประสงค์ คือ กลุ่มเด็กที่มีสมาธิสั้น ก็ถือว่าใช้เฉพาะ . ครึ่งหนึ่งของกลุ่มที่ได้รับการฝึกการใช้เฉพาะแบบดั้งเดิมและครึ่งอื่น ๆที่ใช้ PlayStation วิดีโอเกม ทั้ง 3 กลุ่มดังกล่าวเกี่ยวกับอย่างเท่าเทียมกันแต่กลุ่มที่การเล่นเกมวิดีโอสนุกกับการฝึกอบรมของพวกเขามากขึ้น และพ่อแม่ของพวกเขาโดยทั่วไปรายงานสังเกตเห็นการปรับปรุงมากกว่าพ่อแม่จากกลุ่มอื่น ๆ ( reuderink 2008a , ) การรักษาสามารถทำให้สนุกและน่าสนใจมากขึ้นยังให้ต้องการผลลัพธ์