Имени М. В. Ломоносова Биологический факультет



страница6/8
Дата27.10.2016
Размер0.52 Mb.
Просмотров382
Скачиваний0
ТипКурсовая
1   2   3   4   5   6   7   8

МЕТОДИКА

Испытуемые


В данном эксперименте приняли участие 13 здоровых испытуемых (7 мужчин и 6 женщин) в возрасте от 20 до 25 лет. Исследование включало единственную сессию длительностью приблизительно 1.5 часа для каждого испытуемого. 8 испытуемых ранее не имели опыта работы с ИМК, 5 имели незначительный опыт работы с ИМК или с oddball-парадигмой. Испытуемые были заранее ознакомлены с информацией об условиях эксперимента и подписали информированное согласие. Форма информированного согласия была совмещена с информацией для участников исследования. В этой форме испытуемым предлагалось отметить, переносили ли они когда-либо травмы головы, судорожные припадки, а также указать пониженное или нетипичное состояние (недостаток сна, прием алкоголя, крепкого чая или кофе накануне исследования).

Процесс записи


ЭЭГ регистрировалась монополярно с помощью шести скальповых электродов (Cz, Pz, PO7, PO8, O1, O2), фиксируемых на коже головы с помощью энцефалографической шапки-шлема (произведенных компанией МКС). В качестве референтного электрода использовали отведение A2, затем сигнал, регистрируемый каждым электродом пересчитывали по следующей формуле:

,

где a – итоговая форма сигнала в отведении А, пересчитанная с учетом электрода на второй мочке уха; a – исходный сигнал в отведении А относительно референтного электрода на правой мочке уха; r – исходный сигнал, регистрируемый электродом на левой мочке уха (Luck, 2005).

Вертикальную электроокулограмму (ЭОГ) регистрировали монополярно в позиции FP1. Средняя точка («земля») выставлялась в положении FPZ.

Для регистрации ЭЭГ использовали усилитель Movicom. Частота дискретизации сигнала – 500 Гц. Процесс записи и управления ходом эксперимента осуществляли с помощью специально разработанного программного обеспечения Mind Control Browser (А.А. Преображенский), написанного на языке Python (www.python.org). Помимо самой ЭЭГ в отдельный файл записывалась дополнительная информация (код стимула, точное время предъявления и т.д.), используемая в дальнейшем для разбиения файлов на эпохи. Контроль синхронности предъявления стимулов компьютером и момента их реального начала осуществляли с помощью этого же программного обеспечения в начале каждого эксперимента. Для этого использовали датчик на основе фотодиода, установленный в правом верхнем углу экрана, где предъявлялся квадрат, мигающий синхронно с подсветками целевых стимулов. Время задержки предъявления стимула было стабильным, и поправка на него составила 40 мс. Целевые эпохи с сигналом от фотодиода накладывались друг на друга, «разброс» сигнала при наложении обычно не превышал [-12…+4] мс относительно момента номинального начала стимула.



Схема эксперимента


В течение эксперимента испытуемый находился в кресле в экранированной камере, напротив него на расстоянии 90 см от глаз располагался ж/к монитор (разрешение 1280×1024, частота обновления экрана 60 Гц), на котором предъявлялась стимульная матрица. Уровень освещения в камере составлял 12.5 люкс.

На экране испытуемому предъявлялись стимулы, организованные в виде состоящей из шести треугольных объектов шестиугольной матрицы на голубом (8-битный RGB-код: 148, 178, 214) фоне, цвет фона монитора был темно-серым (25, 25, 25). Эксперимент состоял из шести частей с различными условиями стимуляции: два варианта расположения стимулов (компактная или разреженная матрица) и три варианта формата стимулов: подсветка (F), подсветка и движение (FM), движение (M).



matrix_6objects_highlighted_1_bright

Рис. 2. Экран интерфейса мозг-компьютер «на волне P300» с комплексными стимулами «подсветка+движение». На представленном примере стимул в верхней левой части экрана находится в «активированном» положении (подсвечен и находится в движении).

Параметры стимуляции приведены в таблице 1. Длительность подсветки составляла 100 мс, интервал между двумя соседними стимулами – 50 мс (частота стимуляции 6,7 Гц), длительность движения складывалась из центробежного движения в течение 75 мс и 75 мс сдвига в обратном направлении.

При подсветках черная рамка (0, 0, 0) и стимул внутри нее (102, 102, 102) становились светлее: к RGB коду их цвета прибавлялось 120 единиц, то есть цвет рамки становился 120, 120, 120, а фона стимула – 222, 222, 222.

Угловые размеры стимула были 2.2º, угловые размеры компактной матрицы - 4.4º, угловые размеры разреженной матрицы – 9.2º, размер поля – 11.1º×11.1º. В режимах с движущимися стимулами центробежное смещение стимула составляло 0.55º, скорость движения 7.4º/с. Для вычисления угловых размеров использовали формулу , где a – размер объекта в мм, h – расстояние до монитора в мм.

Таблица 1. Пространственные параметры стимуляции.



Параметр

пиксели

мм

градусы (º)

Скорость движения (единицы/0.075 сек)

30

9

0.6

Скорость движения (единицы/сек)

400

116

7.4

Расстояние движения

30

8.7

0.55

Высота экрана

1024

300

18.9

Ширина экрана

1280

376

23.6

Высота/ширина поля

600

174

11.1

Размер стмула (высота)

120

35

2.2

Смещение стимула от центра в состоянии покоя (в режиме компактной матрицы)

7

2

0.13

Смещение стимула от центра в состоянии покоя (в режиме разреженной матрицы)

130

37.9

2.38

Расстояние между соседними стимулами (в режиме разреженной матрицы)

120

35

2.2

В каждом из шести использованных режимов задание для испытуемого заключалось в том, чтобы сконцентрировать внимание на целевом стимуле, мысленно считать его подсветки и/или движения, стараться как можно более эмоционально на него реагировать, игнорируя при этом все нецелевые стимулы. Испытуемому советовали моргать в промежутках между циклами стимуляции, и в онлайн-режиме работать в удобном для него/нее темпе.

Порядок следования режимов был случайным. Для каждого режима сначала производилось построение классификатора (т.н. «оффлайн режим»), который был индивидуален для каждого режима, так как характеристики стимулов влияют на форму потенциалов. Указание на целевой объект при настройке классификатора осуществлялось многократным подмигиванием и/или движением стимула в течение 1.6 с с частотой 5 раз в секунду. Через 1.4 с после этого следовал цикл стимуляции, когда испытуемый должен был считать указанный ранее целевой стимул. Через 2 с после окончания цикла стимуляции испытуемому предлагался следующий целевой объект. Каждая стимульная последовательность состояла из одного целевого стимула и пяти нецелевых, таким образом, вероятность предъявления целевого стимула была равна 1/6, число стимульных последовательностей было равно пяти в каждом цикле. Стимулы внутри каждой последовательности чередовались в случайном порядке при условии, что один объект не мог быть целевым два раза подряд. Каждая из записей, использованных для настройки классификатора, содержала из 5 × 6 × 16 = 480 эпох, 5 × 16 = 80 из которых были целевыми. Схема стимуляции для «оффлайн режима» приведена на рис. 1.

an mactire:users:righeile:desktop:results:scheme.png

Рис. 1. Схема предъявления стимулов при настройке классификатора. В верхней части рисунка изображена отдельная стимульная последовательность, в течение которой каждый объект интенсифицируется один раз, внизу показан цикл работы с одним целевым объектом.

Используемый в данной задаче классификатор основывается на методе линейного дискриминантного анализа Фишера (LDA). Для построения классификатора использовались значения амплитуд ERP, усредненные в окнах длительностью по 50 мс, располагавшихся от 0 до 1000 мс после стимула. Эти значения вводились в линейный дискриминант Фишера. Веса классификатора, полученные для каждого окна и канала умножались на значения амплитуд, усредненные по соответствующим окнам и по числу эпох, соответствующему числу стимульных последовательностей. Сумма таких произведений по всем окнам и каналам давала «выходное значение» классификатора. По максимуму этого значения можно судить, на каком из шести стимулов концентрирует внимание испытуемый.

После построения классификатора следовала запись в «онлайн-режиме», в котором испытуемым предлагалось выбирать различные объекты с помощью интерфейса. То есть тот объект, которому соответствовало наибольшее выходное значение классификатора, и который, предположительно, хотел выбрать испытуемый, показывался по окончании цикла стимуляции в верхней части экрана. Задание для испытуемого принципиально не отличалось от задания в «оффлайн-режиме», но указание на целевой объект присутствовало в течение всего цикла стимуляции, а после его окончания выбранный объект появлялся в верхней части экрана, свободной от матрицы, таким образом испытуемый получал обратную связь. Всего испытуемый должен был последовательно выбрать 16 объектов. Каждый цикл стимуляции испытуемые запускали самостоятельно с помощью компьютерной мыши, и через 2 с после щелчка мыши начинался цикл стимуляции. В «онлайн-режиме» для каждой модификации стимульной матрицы получили 5 × 6 × 16 = 480 эпох, 80 из которых были целевыми. Перед работой с каждым следующим режимом запускалась демонстрация, которая сопровождалась инструкциями экспериментатора. После построения классификатора и перед «онлайн-режимом» также присутствовала демонстрация, во время которой испытуемый выбирал 2-3 объекта. Демонстрационные записи в дальнейшем исключали из обработки.





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