Имени М. В. Ломоносова Биологический факультет



страница5/8
Дата27.10.2016
Размер0.52 Mb.
Просмотров388
Скачиваний0
ТипКурсовая
1   2   3   4   5   6   7   8

Модификации предъявления стимулов в P300 ИМК


Для оптимизации распознавания целевого стимула в P300 BCI предлагались различные подходы. В работе Sellers (2006) авторы исследовали влияние частот предъявляения стимулов. Использовали четыре варианта условий: два размера матрицы с буквами (3×3 и 6×6 элементов) и две величины межстимульного интервала (175 и 350 мс), при этом время работы с одной буквой было постоянным. Точность работы классификатора была значимо выше при меньшей величине матрицы и при меньшем межстимульном интервале. Эти факторы оказались взаимосвязаны, и при интервале между стимулами 350 мс точность работы классификатора для матрицы 3×3 была на 30% выше, чем для матрицы 6×6. При межстимульном интервале 175 мс различия в точности не были значимы.

Помимо частот предъявления стимулов, исследовались и различные схемы стимуляции. Значительная часть ошибок классификации при использовании классического P300 speller вызвана тем, что вместе с целевым стимулом подсвечиваются и прилегающие к нему элементы строки или столбца матрицы. Кроме того, есть вероятность, что целевой стимул будет подсвечен два раза подряд в составе строки и столбца. При этом испытуемый может не заметить вторую подсветку, следующую сразу за первой, или, будучи замеченной, вторая подсветка вызывает перекрывающийся с предыдущим ERP ответ, тем самым затрудняяя классификацию.

Эти систематические ошибки неизбежно возникают при использовании RCP (row/column paradigm – схема строка/столбец). Townsend et al. (2010) предложили альтернативную парадигму – CBP (checkerboard paradigm), при которой стимулы подсвечиваются в псевдослучайном порядке: матрица 8×9 совмещена с "шахматной доской", белые и черные клетки которой объединяются в две виртуальные матрицы размера 6×6. Строки и столбцы черной и белой виртуальных матриц последовательно подсвечиваются, причем в каждый цикл стимуляции порядок подсветок виртуальных матриц меняется. Такой дизайн не позволяет прилегающим друг к другу стимулам подсвечиваться в следующие непосредственно друг за другом эпохи.

В ходе исследования предположение об эффективности CBP подтвердилось в эксперименте, точность работы для CBP на 14.81% превышала показатель для RPC, достигая 91.52%. Скорость передачи информации, рассчитанная с учетом исправления ошибок, для CBP была равна 22.59 бит/мин, тогда как для RCP составляла 16.61 бит/мин.

Форма потенциала несколько отличалась между исследованными схемами. Поздний негативный пик в режиме CBP был более выражен в отведениях Cz и Pz, в отведении Pz положительное отклонение с латентным временем около 200 мс имело большую амплитуду. Помимо этого в режиме CBP основное положительное отклонение наступало раньше, чем в RCP, этот эффект был наиболее выражен выражен в отведениях PO7 и PO8. В целом большая амплитуда ERP ответов на целевые стимулы для CBP и менее выраженные колебания потенциала в ответ на нецелевые стимулы хорошо согласуются с представлениями о том, что амплитуда ответов тем больше, чем ниже вероятность предъявления стимула.

Были попытки усовершенствовать P300 speller, используя цветовые характеристики стимулов. Takano и соавторы сравнивали три варианта условий: режим со стандартными серо/белыми подсветками (L), режим, в котором стимулы изменяли свой цвет с синего на зеленый при неизменной яркости стимулов (C) и режим, в котором помимо изменения цвета присутствовало изменение яркости (LC). Комбинация изменения цвета и яркости давало значимо большую точность работы (80.6%), чем подсветки (71.3%). ITR для этих режимов составила LC: 8.14 > C: 7.03 P L: 6.75 (Takano, 2009).

Gibert и соваторы предложили применение наряду с подсветками увеличения размеров стимулов, а также исследовали увеличение межстимульного интервала и сокращение времени подсветки. Режимы с увеличением размеров стимула наряду с подсветкой во время интенсификации (от 0.48°×0.48° до 0.62°×0.62) давало прирост точности с 81.66% (классический дизайн) до 85.83% при межстимульном интервале 200 мс, при этом ITR равны 5.90 и 6.42 бит/мин соответственно. (Gibert, 2008).

В последние годы появились исследования, где в качестве стимулов используются человеческие лица, т.к. распознавание знакомых лиц вызывает стабильные ERP, включающие в себя компненты N170, P3 и N400f. На основне этих данных был предложен модифицированный P300 speller (Kaufmann, 2011). Zhang и соавторы предложили дизайн интерфейса с применением человеческих лиц в нормальном и перевернутом положениях, лиц без глаз и отдельно взятых изображений глаз, в качестве контроля использовали изображения неодушевленных объектов. Для анализа использовали компоненты N140, VPP (vertex positive potential) и P3. Авторы статьи достигли наибольшей точности классификации 88.7% в режиме реального времени со стимулами в виде перевернутого лица, ITR при этом составила 38.7 бит/мин (Zhang et al., 2012).



P300 ИМК с использованием движущихся стимулов


Другие авторы предложили различные дизайны ИМК с использованием движущихся стимулов, при этом были варианты как использовать движение в качестве стимулов (Guo et al., 2009, Liu et al., 2010), так и смоделировать расположение стимулов на движущихся объектах (Shishkin et al., 2011, Shishkin et al., 2013). Второй вариант актуален в силу двух основных причин. При использовании пациентами ИМК для управлением инвалидным креслом или роботом статичное расположение стимульной матрицы подразумевает то, что человек должен посмотреть на матрицу, дать команду, затем проследить за выполнением этой команды роботом (а для этого нужно перевести на него взгляд или хотя бы внимание), вновь перевести взгляд на матрицу и дать следующую команду, и так далее. Эта последовательность действий оказывается довольно утомительной, особенно если нужно отдать много команд. Следует принять во внимание, что у пациентов, на которых рассчитаны подобные интерфейсы, зачастую нарушен контроль над глазодвигательными мышцами, и поэтому такой интерфейс может давать большое количество ошибок и быть неприемлем для использования. Расположение стимульной матрицы на самом устройстве, управление которым осуществляется с помощью ИМК могло бы отчасти решить эту проблему. Существуют исследования, в которых подтверждается возможность слежения за движущимся объектом с помощью одного лишь внимания, но эффективность такого слежения значительно ниже, чем при фиксации взгляда на объекте. Помимо использования ИМК для улучшения качества жизни пациентов, эта технология может использоваться в игровых приложениях (Kaplan et al., 2013). В подавляющем большинстве современных компьютерных игр объекты не статичны. Кроме того, для погружения в игру, необходимо, чтобы элементы управления находились «в самой игре», поэтому отдельная статичная стимульная матрица не является лучшим решением и для игровых приложений.

Было показано, что при движении матрицы со скоростями 5°/с и 10°/с снижения точности не происходит, а при горизонтальном движении со скоростью 20°/с наблюдается снижение точности от 79% до 70% (Shishkin et al., 2011).

В работе С.Л. Шишкина (Shishkin et al., 2013) испытуемым предлагалась игра, основанная на P300 ИМК: сборка изображения (паззла) из кусочков, расположенных на движущихся со скоростью 5.4°/с шарах, по внешнему виду которых было довольно трудно определить, какое изображение должно получиться в итоге. В качестве указания, какой шар выбирать следующим, на них были буквы. Шары подсвечивались в случайном порядке. Испытуемые были разделены на 2 группы: single-trial и triple-trial, то есть зарегистрированные эпохи либо не подвергались усреднению, либо проводилось усреднение по трем целевым эпохам. При этих условиях испытуемые достигали точности работы 31-65% в режиме single-trial и 39-97% в режиме triple-trial, что превышало случайный уровень, средняя точность работы соответствовала точности в других работах, где стимулы были фиксированы друг относительно друга. Амплитуды компонентов N1 и P3 были несколько ниже, чем в исследованиях с похожим дизайном, но были в целом стабильны в течение четырех сессий.

Эти данные об использовании движущихся стимулов в P300 ИМК говорят о применимости движения в дизайне приложений как игрового, так и практического характера.




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