Имени М. В. Ломоносова Биологический факультет



страница1/8
Дата27.10.2016
Размер0.52 Mb.
Просмотров383
Скачиваний0
ТипКурсовая
  1   2   3   4   5   6   7   8
Московский государственный университет

имени М. В. Ломоносова
Биологический факультет

Кафедра физиологии человека и животных


ВЛИЯНИЕ ФОРМАТА ПРЕДЪЯВЛЕНИЯ СТИМУЛА "ПОДСВЕТКА+ДВИЖЕНИЕ" НА КОГНИТИВНЫЕ ВЫЗВАННЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ.
Курсовая работа

Студента IV курса

Половицкой Майи Михайловны
Научные руководители:

д.б.н., профессор, в.н.с.

Каплан Александр Яковлевич

асп.


Ганин Илья Петрович


Москва - 2013

Оглавление


Список сокращений 3

ВВЕДЕНИЕ 4

Цель и задачи работы 6

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 7

Общая схема интерфейса мозг-компьютер «на волне P300» 7

Оценка работы ИМК 9

P300 компонент ERP 10

N1 компонент ERP 13

Модификации предъявления стимулов в P300 ИМК 16

P300 ИМК с использованием движущихся стимулов 18

МЕТОДИКА 21

Испытуемые 21

Процесс записи 21

Схема эксперимента 22

Анализ данных 25

РЕЗУЛЬТАТЫ 28

Общий обзор потенциалов, связанных с событиями в P300 ИМК 28

Сравнение ERP при различных форматах стимуляции 29

Точность работы 35

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 38

ВЫВОДЫ 41

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 42



Список сокращений


Доверит. инт. – доверительный интервал

ИМК – интерфейс мозг-компьютер

P300 ИМК – интерфейс мозг компьютер «на волне P300»

Макс. – максимум

Мин. – минимум

Ош.сред. – ошибка среднего

Ст.откл. – стандартное отклонение

ЭОГ – электроокулограмма

ЭЭГ – электроэнцефалограмма

ERP – event-related potentials – потенциалы, связанные с событиями

LDA – линейный дискриминантный анализ Фишера.

ВВЕДЕНИЕ


Интерфейсы мозг-компьютер (ИМК) – это средства коммуникации между человеком и окружающей средой без использования периферических нервов и мышц. Разработка таких приложений нацелена прежде всего на улучшения качества жизни пациентов, страдающих тяжелыми нервно-мышечными расстройствами такими как латеральный амиотрофический склероз, инсульт ствола мозга, рассеянный склероз, мышечные дистрофии, и др. Современные системы жизнеобеспечения позволяют продлить жизнь этих людей, не снимая, а отчасти и создавая, значительную социальную и экономическую нагрузку. Кроме того, жизнь таких пациентов сопряжена с рядом психологических проблем, как для них самих, так и для окружающих.

Возможны и другие сферы его применения ИМК, например, в качестве тренажеров внимания, модулей для компьютерных игр и т.д.

Наиболее распространенными ввиду своей доступности являются интерфейсы, основанные на электроэнцефалографии (ЭЭГ). Одна из основных проблем в разработке ИМК – это создание надежной технологии вызова тех или иных изменений в ЭЭГ по желанию человека. В этой области существуют несколько подходов при разработке ИМК. В одном из них изменение потенциалов мозга в нужном направлении достигается с помощью фокусирования внимания человека на внутренних образах, что требует от пользователя значительных умственных усилий и осознанных действий и отнимает значительные ресурсы внимания. Это затрудняет обучение работе с ИМК и мешает автоматизации навыков работы с ним. В настоящей работе тестируется другой тип ИМК, в котором внимание человека направляется на целевой внешний стимул из некоторого их множества (конкретная буква на клавиатуре или кнопка на пульте управления), реакция на который и используется в качестве команды для внешнего исполнительного устройства. В этой парадигме значительно снижена нагрузка на ресурсы осознанной деятельности человека, так как от него требуется всего лишь внимание к конкретному внешнему стимулу. Однако, здесь проблема заключается в том, чтобы реакцию на целевой стимул в ЭЭГ можно было выделить максимально быстро и не перепутать ее с реакциями на многочисленные фоновые стимулы.

Данный тип ИМК был предложен Farwell и Donchin (1988) более 20 лет назад, но стал особенно популярным в последние годы благодаря высокой скорости передачи информации в нем и возможности быстрого обучения работе с ним. Он обеспечивает ввод в компьютер букв или символов из большого набора, одновременно доступного оператору и организованного в виде матрицы. Обычно его называют «ИМК на волне P300», или «P300 ИМК», так как именно по этому компоненту вызванного зрительного потенциала в основном детектируется внимание человека к целевому стимулу. Таким образом, оператору P300 ИМК достаточно сфокусировать внимание на нужной кнопке виртуальной клавиатуры, чтобы включилось связанное с этой кнопкой действие.

В последние годы, в том числе и в нашей лаборатории, показано, что значительный вклад в детектирование фокуса внимания человека могут вносить не только волна P300, но и некоторые другие компоненты вызванного потенциала, например, компонент N1 (также называемый N200 или N2) (Krusienski et al., 2008, Shishkin et al., 2009; Bianchi et al., 2010; Kaufmann et al., 2011) учет которых еще более повышает эффективность P300 ИМК.

Повышение эффективности работы P300 ИМК в определенной степени может быть достигнуто за счет усовершенствования различных вычислительных техник при обработке сигнала, а также модификации алгоритмов классификации. Однако такой односторонний подход к данному вопросу не достаточен. Важно изучение механизмов работы мозга в различных средах P300 ИМК, чтобы подбирать такие модификации стимульной среды и организации всего интерфейса, которые бы позволили усилить компоненты активности мозга, что привело бы к улучшенному распознаванию реакций мозга, даже в рамках существующих вычислительных алгоритмов.

В ходе попыток оптимизации распознавания целевого стимула в P300 ИМК предлагались различные подходы, включающие изменение характеристик стимульной среды и схем предъявления стимулов. Однако во всех модификациях такого рода авторы обычно не отступали от стандартной организации стимулов в виде матрицы, где позиции стимулов внутри нее фиксированы в пространстве и их предъявление заключалось в кратковременной их подсветке. Несмотря на то, что стимулы, которые проецируются в фовеальную область сетчатки, детектируются мозгом лучше всей окружающей информации, длительная фиксация на неподвижном стимуле может быть утомительной для глазодвигательной системы. В настоящей работе предпринята попытка подключения к подсветке целевого стимула некоторого его кратковременного движения, что, возможно, могло бы обеспечить более выраженные реакции ЭЭГ и тем самым – более эффективную работу пользователя. Ранее было показано (Ganin et al., 2011), что само движение целевого стимула по крайней мере не ухудшает эффективность работы в контуре Р300 ИМК. Более того, предполагается, что P300 ИМК, в котором в качестве стимулов используется движение, может быть для пользователя менее утомительным и более привлекательным (Hong et al., 2009, Ganin et al., 2011). Некоторые авторы уже предлагали создание P300 ИМК с начальным движением объекта в качестве стимула вместо подсветок (Guo et al., 2009; Hong et al., 2009; Liu et al., 2010; Jin et al., 2012).

Таким образом, представляется перспективным создание P300 ИМК с комплексными стимулами «подсветка + начало движения». Для этого следовало выполнить сравнительное исследование физиологических показателей работы испытуемых в таком ИМК и при использовании каноничных неподвижных стимулов-подсветок, а также оценить точность работы испытуемых в таком ИМК.

Кроме того, представляло интерес сравнить N1 и P300 компоненты вызванных потенциалов при компактном и далеком расположении стимулов друг от друга, т.е. при расположении нецелевых стимулов в фовеальной области вместе с целевым, и если нецелевые стимулы проецируются в парафовеальную область. Увеличивая размер матрицы можно добиться максимальных различий между реакциями ЭЭГ на целевые и нецелевые стимулы, но тем самым увеличиваются габариты экранной части ИМК, что ухудшает его пользовательские свойства. Поэтому актуальным было найти оптимальные размеры матрицы Р300 ИМК.



Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5   6   7   8


База данных защищена авторским правом ©nethash.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал