Мозково-комп'ютерний Emotiv Epoc

Мозково-комп’ютерний Emotiv Epoc

Мозково-комп’ютерний інтерфейс (нейро-комп’ютерний або прямий нейронний інтерфейс, мозковий інтерфейс, інтерфейс «мозок – комп’ютер») – це система для обміну інформацією між мозком і електронним пристроєм, комп’ютером. Дослідження велися ще Бейкером, Н. П. Бехтеревим, Шмідтом, Фетзом.

Історія Brain-Computer Interface (BCI) починається з відкриття Хансом Бергером електричної активності людського мозку і з розвитком електроецефалографії (ЕЕГ). За допомогою ЕЕГ у 1924 р. Бергер вперше записав активність мозку людини. Вчений зміг ідентифікувати осциляторну (від латинського «oscillo», що нашою мовою – «качаюсь», тобто систему, показники якої коливаються і періодично повторюються в часі) активність в мозку. Аналізуючи сліди ЕЕГ, він визначив альфа-хвилю (8-13 Гц), відому потім як хвиля Бергера.

Перший пристрій для записів Бергера мав срібні дроти, які пацієнтам вставляли під скальп. Пізніше їх замінили срібною фольгою, яку кріпили до голови пацієнтів гумовими бинтами. За основу Бергер взяв датчики від пристрою капелярної електрометрії Липпмана.

Мозково-комп'ютерний Emotiv Epoc
Електрометр Липпмана

Електрометрія Липпмана (винахід 1873 р.) являє собою пристрій для виявлення невеликих поривів електричного струму, складається з трубки, товстішою на одному кінці і дуже тонкою на іншому. Тонкий кінець призначений для роботи в якості капілярної трубки.

Трубку Липпмана заповнювали наполовину ртуттю, вище ртуті – невелика кількість розведеної сірчаної кислоти. Металеві дроти були підключені до товстого кінця в ртуті і до тонкого в кінці з сірчаною кислотою. Коли надходив імпульс електроенергії, він змінював поверхневий натяг ртуті і дозволяв їй вскочити в капілярну частину трубки. Цей принцип використовували в першому практичному електрокардіографі Августа Уоллера.

Siemens – складніший вимірювальний прилад з подвійною котушкою для запису гальванометра, відображає електричну напругу розміром до одного десятитисячного вольта.

Завдяки ЕЕГ стали доступні абсолютно нові можливості для досліджень діяльності мозку людини. Бергер проаналізував взаємозв’язок змін в його ЕЕГ з хвильовою діаграмою з захворюванням головного мозку.

Слід також розрізняти інтерфейси за принципом підключення до людини:
– заглиблений – власне вживлення в мозок або зрощування з нервами,
– частково- заглиблений – електроди знаходяться на поверхні мозку або поруч з нервами,
– не заглиблений – електроди знаходяться на поверхні шкіри або навіть кілька віддалені від неї.

Є ще інтерфейси: мокрі (для кращого контакту потрібно змочувати спеціальною рідиною) і сухі (змочувати не потрібно).

За типом електродів бувають пасивні (вловлюють сигнал і передають його далі) і активні (назад сигнал не передають, роблять первинну обробку сигналу прямо в місці прикріплення, сигнали назад передають зовсім інші електроди).

У далекі роки вчені імплантували мавпам різні датчики і змушували силою думки управляти клешнями роботів, щоб їсти банани. І у мавп це виходило. Основною проблемою було те, що необхідна для цього електроніка займала цілу кімнату. Зараз стало трохи легше, мініатюризація зробила свою брудну справу – тепер кожен може відчути себе в ролі мавпи.

За вище наведеною класифікацією Emotiv Epoc є мокрим BCI з пасивними електродами.

В комплекті:
– гарантія,
– електроди для приєднання до пристрою,
– сам пристрій за розміром збігається з навушниками, пристрій бездротовий, плюс зарядний USB-кабель для приладу (під час роботи не потрібен, заряду акумулятора вистачає на 7 годин),
– радіо-модуль (бездротовий інтерфейс для підключення до комп’ютера, на рахунок радіовипромінювання),
– сертифікації CE і UL (тобто для Європи та США підходить),
– рідина для очних лінз – це стерильна рідина для змочування електродів.

Технічні вимоги:
– процесор: 2.4 GHz Intel Pentium 4,
– оперативна пам’ять: 1 GB,
– жорсткий диск: 50 MB,
– додатково: 1 або 2 USB – роз’єми,
– операційна система: Windows XP SP2, Windows Vista, Windows 7.

Технічні характеристики:
– число датчиків – 14 шт.,
– тип датчиків – пасивні і мокрі,
– гіроскопи- 2 шт.,
– батарея: 7-12 годин без підзарядки,
– з’єднання з комп’ютером: бездротовий радіозв’язок.

Додаткові технічні характеристики:
– в наборі розробника – SDK для розробки на C ++, C #,
– в наборі дослідника – SDK дослідника, включає в себе спеціальні графічний пакет для аналізу і обробки даних.

Про електроди. Усередині кожної коробочки знаходиться по 16 змінних електродів, які вставляють в сам пристрій (жахливо незручно їх звідти виколупувати). Сам електрод досить маленький, складається з 2-х частин: електрода і вкладки. У електрода – золоте напилення для кращого контакту і щоб він не окислювався від вологості. Вкладка за структурою добре тримає рідину, при цьому вона не випливає струмком.

Мозково-комп'ютерний Emotiv Epoc
16 змінних електродів Emotiv Epoc

Мозково-комп’ютерний Emotiv Epoc за розміром нагадує навушники, тільки дужка у них не зверху, а ззаду, там же знаходиться вимикач. Роз’ємів для датчиків на самому пристрої – 18 шт., датчиків – 16 шт., кількість каналів дорівнює 14. Тобто реальних каналів, по яких йде сигнал дійсно чотирнадцять, ще два канали є опорними.

При роботі BCI ловить електричні сигнали не тільки від мозку, але і від м’язів (так звана міограма), сигнали від яких сильніші ніж мозкові і їх потрібно фільтрувати. Для цього зчитується додатковий сигнал з місця, де є сигнали від м’язів, але немає сигналів від мозку (це точки в скроневій області чи в районі вух) – тобто отримуємо чотири додаткових роз’єми для датчиків з кожного боку можливих двох варіантів розташування опорних каналів (скроня і за вухом).

Мозково-комп'ютерний Emotiv Epoc
Emotiv Epoc. Змінний електрод

Експлуатація: зарядити пристрій, скачати – встановити софт/драйвера /SDK – намочити датчики – одягнути, включити, перевірити зв’язок, при необхідності намочити датчики ще раз.

Після зазначених процедур пристрій повідомляє, що є контакт. Набори софта відрізняються тільки ліцензіями і тим, кому вони надаються – навчальним закладам, дослідницьким лабораторіям, кампаніям по розробці ігор…

Шоломофон входить у всі набори. У базовий набір входить диск з іграшками. У набір дослідника входить SDK дослідника і програма для стеження за сигналами на різних датчиках.

Для того щоб користуватися BCI потрібно вивчити інструкцію.

Мозково-комп'ютерний Emotiv Epoc
Мозково-комп’ютерний Emotiv Epoc

Контрольна панель

Headset Setup – перша основна вкладка. На ній перевіряєте взагалі наявність зв’язку, проводиться основне калібрування (може десь слабо намочили). Кожен користувач має свій власний профіль, тому одним пристроєм можуть користуватися кілька людей.

У контрольній панелі можна відразу спостерігати бонус – як система відловлює ті чи інші сигнали від м’язів.

Мозково-комп'ютерний Emotiv Epoc
1-а вкладка Headset Setup, Emotiv Epoc

Expressiv Suite – друга вкладка. Можна корчити собі пики, підморгувати і система на екрані покаже, що ви там зобразили. До них можна прив’язати ті чи інші повідомлення, текстові, смайлики, які будуть реальним відображенням вашого стану.

Мозково-комп'ютерний Emotiv Epoc
2-а вкладка – Expressiv Suite, Emotiv Epoc

Affective Suite – третя вкладка. На ній можна відслідковувати в часі основний стан і побачити переважаючий.

Мозково-комп'ютерний Emotiv Epoc
3-вкладка Affective Suite, Emotiv Epoc

Congnitiv Suite – четверта вкладка, на якій можна поекспериментувати. Наприклад, у нас є кубик і 14 основних дій з ним по числу ступенів свободи вгору-вниз-вправо-вліво-вперед-назад, 6 видів обертань навколо осей в обидва боки, так само як поява і зникнення.

Рівень тренування змінюється від першого самого простого сигналу до найскладнішого – четвертого. Робити хоч один сигнал можна навчитися буквально за пару хвилин.

Мозково-комп'ютерний Emotiv Epoc
4 – вкладка Congnitiv Suite, Emotiv Epoc

Можна допомагати собі кінцівками, розмахувати, пихкати і робити інші смішні речі. На останній вкладці контрольної панелі можна спробувати управляти мишкою.

Мозково-комп'ютерний Emotiv Epoc
Emotiv Epoc. Контрольна панель

Допоміжна інформаційна панель, на якій можна включати і вимикати окремі електроди, прив’язувати ці електроди до конкретних дій, тренувати конкретний навик. Так само на них відображається відсоток успішних або не дуже успішних навичок, тобто можна стежити за своїм прогресом.

Мозково-комп'ютерний Emotiv Epoc
Допоміжна інформаційна панель, Emotiv Epoc

Аналогічним чином тренують свої навички за допомогою ігор в комплекті. Першим йде набір міні-ігор (на флеші їх всього три):

1) ігри джедаїв – тренування концентрації або відчуй себе Люком (в «Зоряних війнах», коли Люку треба було витягти свій винищувач з болота за допомогою сили,

Мозково-комп'ютерний Emotiv Epoc
Гра джедаїв, Emotiv Epoc

2) пінг-понг проти комп’ютера (рухи вгору-вниз),

Мозково-комп'ютерний Emotiv Epoc
Пінг-понг, Emotiv Epoc

3) тетріс (вгору-вниз-вправо-вліво).

Мозково-комп'ютерний Emotiv Epoc
Тетріс, Emotiv Epoc

Запам’ятайте, ніколи в житті не грайте в тетріс своїми мізками, воно затягує і виснажує. Граєш як в звичайний тетріс. Система в тлі вчиться розпізнавати рухи. У якийсь момент часу вона починає дублювати рухи. В цей момент починається шоу з приколами: кумедно, коли хочеш зрушити фігуру в сторону, сигнал надходить від BCI, потім сигнал проходить по руці до пальця, посилаєш інший сигнал, в підсумку, воно зміщується в бік 2 рази. Лікується зняттям руки з клавіатури і натисканням на порожнє місце.

Крім перерахованих вище є ще 3D-іграшка про пригоди початківця телепата, написана на движку Unity3D. В ній можна силою думки піднімати камені та скелі, згинати дерева, лагодити мости. Є кілька бадьореньких старичків, які навчать всім премудростям телепатії.

Мозково-комп'ютерний Emotiv Epoc
3D-іграшка про пригоди початківця телепата, Emotiv Epoc

Інше. Є ще кілька цікавих tools: карта активності мозку, на якій відображаються різні ритми мозку та активність областей, SDK для програмістів, приклади використання, технічна документація. Приклади написані на C ++ з використанням Qt, OpenGL, DirectX, на C # з різними примочками, на Python. Невелика спільнота розробників. Написано під Windows, користувачам і програмістам інших операційних систем слід використовувати емулятори.

Мозково-комп'ютерний Emotiv Epoc
Emotiv Epoc. Панель для контролю натренованих навичок

Аналоги:
1. Neural Impulse Actuator OCZ – девайс з трьома електродами ромбоподібної форми, які прикріплюються до чола на стрічці.

2. NeuroSky – девайс з одним електродом, що нагадує мікрофон, приставлений до чола. Дротовий.

3. Mindball – пов’язка на лоб з трьома електродами. Це більше навіть не комп’ютерний девайс, а незалежний ігровий. Поставляється разом з валізою, в якій можна поганяти кулі наввипередки, щось типу мозкового футболу. Дротовий.

4. Intendix – пристрій для друку. Являє собою шапочку і ноутбук, а також спеціальну програму, за допомогою якої можна набирати тексти. Мокрий. Дротовий.

5. Нейробелт – 7 електродів, бездротовий, з активними електродами або Неокортекс – до 160 електродів, дротовий. Використовуються для досліджень.

6. Медичні електроенцефалографи різних виробників і їхні варіації. І ще багато-багато подібних їм речей.

Відчуття користувача після тренування:

– хотів зробити відео та фото в девайсі в процесі вивчення та використання – протягом всього процесу скрізь кам’яний вираз обличчя;

– пристрій трошки тисне в скронях на м’язи, після активного використання деякий час болить голова;

– щоб набути необхідних навичок, потрібно тренуватися;

– за допомогою девайса можна досить швидко навчитися стріляти (для стрільби враховується тільки один сигнал мозку), розвинути відносно більш-менш швидку реакцію. Реакція на наявність або відсутність сигналу майже стовідсоткова;

– у більшості випадків BCI – це гумові шапочки або їх варіації, які використовують в медицині, зі спеціально написаним під цю справу софтом. Деякі продають всього пару електродів, інші модифікують шапочку, щоб вона була красивіша, решта – це справа техніки і маркетингу, деякі BCI дуже добре можуть використовуватися в якості HID-пристроїв і їхніх аналогів.

Залишити відповідь