Применение интерфейсов «мозг-компьютер» в ассистивных технологиях

• Main Authors: Filipp Victorovich Gundelakh, Lev Alexandrovich Stankevich, Konstantin Mikhailovich Sonkin, Ganna Vladimirovna Nagornova, Natalia Vjacheslavovna Shemyakina
• Format: Article
• Language: English
• Published: St.Petersburg Institute for Informatics and Automation of the Russian Academy of Sciences 2020-04-01
• Series: Труды СПИИРАН
• Subjects: ассистивные технологии; роботизированные устройства; интерфейсы мозг-компьютер; электроэнцефалография; воображаемые движения; методы классификации; нейронные сети; метод опорных векторов; риманова геометрия
• Online Access: http://proceedings.spiiras.nw.ru/index.php/sp/article/view/4602
• ISSN: 2078-9181; 2078-9599

Рассматриваются вопросы применения интерфейсов мозг-компьютер в ассистивных технологиях, в частности для управления роботизированными устройствами. Неинвазивные интерфейсы мозг-компьютер строятся на основе обработки и классификации электроэнцефалографических сигналов, показывающих биоэлектрическую активность в различных зонах мозга. Системы на основе неинвазивных интерфейов мозг-компьютер после обучения способны декодировать электроэнцефалографические паттерны, соответствующие разным воображаемым движениям человека, а также паттерны, соответствующие различным аудиовизуальным стимулам. Сформулированы и приведены требования, которым должны отвечать интерфейсы мозг-компьютер, работающие в режиме реального времени, чтобы биологическая обратная связь была эффективна и мозг пользователя смог правильно ассоциировать ответы с событиями. Рассматривается процесс обработки электроэнцефалографических сигналов в неинвазивных интерфейсах мозг-компьютер, включающий пространственную и временную фильтрацию, удаление двигательных артефактов, выделение признаков и классификацию. Описываются и сравниваются классификаторы, основанные на методе опорных векторов, искусственных нейронных сетях и римановой геометрии. Показано, что такие классификаторы могут обеспечить точность 60-80% при распознавании от двух до четырех классов воображаемых движений в режиме реального времени по одной пробе. Приведены примеры использования таких классификаторов для управления роботизированными устройствами, помогающими здоровым людям лучше выполнять повседневные функции и улучшающими качество жизни людей с ограниченными возможностями. Проведены эксперименты по управлению роботизированной рукой с пятипалой кистью, мобильной сенсорной платформой и антропоморфным роботом. На основе полученных результатов исследования сформулированы задачи, которые нужно решить, чтобы применение технологии стало более эффективным.