Neuroinformatika – metoda evokovaných potenciálů Zpracování záznamu, extrakce a zobrazení ERP vln, aplikační oblasti ERP Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS |
Download ReportTranscript Neuroinformatika – metoda evokovaných potenciálů Zpracování záznamu, extrakce a zobrazení ERP vln, aplikační oblasti ERP Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS |
Slide 1
Neuroinformatika – metoda evokovaných
potenciálů
Zpracování záznamu, extrakce a zobrazení
ERP vln, aplikační oblasti ERP
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 2
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 3
Encefalograf (EEG) - vzniká součinností neuronů thalamu a
kortexu (mozkové kůry).
Hlavním zdrojem EEG je elektrická aktivita synapto-dendrických
membrán v povrchových vrstvách kortexu.
EEG - většinou rytmické a má sinusoidní tvar. Skládá se z aktivity
pozadí a tzv. evokovaných potenciálů (ERP)
Měření EEG
•na povrchu hlavy
•systém elektrod, které se lepí, nebo speciální EEG čepice
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 4
Rozložení elektrod – systém 10-20
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 5
Aktivita pozadí
Alfa aktivita
•měřitelná převážně v zadní části hlavy
•frekvence 8-13 Hz
•produkována mozkem, který je:
– zdravý (alfa se mění se nebo ztrácí s výskytem
tumorů, traumat, encefalitidy apod.)
–bdělý (ve spánku a v bezvědomí se rozpadá)
–zralý (zhruba od 8 let pravidelná)
–při zavřených očích (při otevřených očích se blokuje)
•amplituda 30-80 µV
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 6
Beta aktivita
• frekvence 14-40Hz (nejčastěji 15-25Hz), někdo udává > 12Hz
• amplituda 10-20 µV, někdy 20-30 µV
• obvykle tvar sinusoidy
• nemusí být synchronní nad oběma hemisférami
• výskyt:
•
- nejčastěji frontálně (25-30Hz),
- centrálně (14-22Hz)
- týlně jako tzv. rychlá alfa varianta
• amplituda může být zvýšena při ospalosti, NREM-I, II, REM,
farmakologickém ovlivnění – barbituráty, benzodiazepiny, u žen
může být častější výskyt než u mužů
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 7
Delta aktivita
• frekvence < 4Hz (0.1-3 Hz)
• amplituda 10-300 µV
• výskyt - oboustranný, obvykle elektrody F3,C3
• u dětí do 1 roku je výskyt normální
• u dospělého pouze u NREM III a IV fázi spánku, v bdělém
stavu signalizuje poruchy (u lidí s poruchou pozornosti roste
amplituda, pokud se snaží soustředit se)
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 8
Theta aktivita
• frekvence 4-7 Hz
• amplituda <30 µV
• mezistav mezi spánkem a bdělostí
• může se objevit při:
• vnitřním soustředění,
• meditaci,
• motlitbách
• má souvislost s kreativitou, intuicí, denním sněním,
fantazií, vzpomínkami
Výskyt: většinou v oblasti spánkových laloků, amplituda
může být vyšší v levé hemisféře
• je běžnou součástí normálního záznamu (častěji se vyskytuje u
dětí a adolescentů než u dospělých)
• nemá převyšovat týlní alfa aktivitu o více než 50 %
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 9
Gama vlny
• frekvence >30 Hz, obvykle se udává 36-44 Hz (v některých
publikacích 30-60 Hz)
• výskyt po celém povrchu hlavy, mají nízkou amplitudu ( 10 µV)
• odráží stav aktivního zpracování informací v kortexu (pokud
mozek zpracovává informace z různých oblastí, mají gama vlny
obvykle frekvenci 40 Hz, pokud 40Hz chybí neschopnost učit se)
• vyskytují se např. při pohybu prstů, mohou souviset se stresem
Lambda vlny
• doba trvání 100-200ms
• amplituda obvykle <20 µV, zřídka >50µV
• mají tvar písmene lambda
• výskyt v týlní oblasti (O1, O2 elektrody) při sledování ostře
osvětleného předmětu v zorném poli (barevné vzory), často jim
předcházejí artefakty pohybu očí
vrchol výskytu ve věku 2-15 let
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 10
Vývoj EEG aktivity
• od narození do 1. roku dítěte – málo pravidelná delta aktivita (13Hz), obvykle vysoké amplitudy, netlumí se otevřením očí
• od jednoho do tří let – dominantní je theta rytmus (4-7Hz), vysoké
amplitudy (ale nižší než předchozí delta), tlumení otevřením očí
nedokonalé, ale může být částečně patné
• 3.- 6. rok věku – tzv. prealfa (6-8Hz, typicky 7Hz) - vysoká
amplituda, blokuje se otevřením očí, začíná být symetrická
v obou hemisférách, je měřitelná v temenní a týlní oblasti
• 5.-7. rok – začíná se objevovat pravidelná alfa aktivita (rytmus),
amplituda 30-60µV, alfa rytmus je nepřímo úměrný pozornosti (s
rostoucí pozorností klesá alfa)
Beta aktivita se objevuje společně s alfou a je měřitelná převážně
v čelních oblastech.
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 11
Artefakty
V EEG záznamu se kromě zmiňovaných vln objevují i tzv. artefakty,
které nesouvisí s činností mozku. Nejčastěji se dělí podle původu na
artefakty:
• od pacienta, což jsou encefalografické záznamy biologického signálu
jiného než EEG:
• artefakty z mrkání a jiných pohybů očí
• svalové a pohybové artefakty
• artefakty ze srdeční činnosti, tepové a z pocení
• artefakty z pohybů jazyka
• artefakty dentální
•tzv. interferenční artefakty, které vliv elektrické elektromagnetického
pole od okolních přístrojů, např. síťový kmitočet 50Hz, zvonění
mobilního telefonu, vypnutí/zapnutí osvětlení, ventilačního systému,
klimatizace apod.
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 12
Evokované Potenciály (ERP – Event-related
potentials)
• elektrická odezva mozku nebo mozkového kmene na rozdílné
typy stimulací (vizuální, audio, senzorické stimulace)
• jsou zaznamenávány podobným způsobem jako EEG (tj.
elektrody umístěné na hlavě)
• ERP mají tvar krátkodobých vln velmi nízké amplitudy, jejichž
morfologie (tvar, latence, doba trvání) závisí na síle stimulu a na
mentálním stavu měřeného subjektu (např. na únavě, pozornosti
apod.)
• v porovnání s EEG jsou to vlny relativně nízké, které vznikají na
pozadí běžné EEG aktivity - EEG se v toto případě chová jako
šum a je potřeba ho vhodným způsobem odstranit (např.
průměrováním),
• k určení ERP je nutné subjekt opakovaně stimulovat stejným
podnětem a přesně synchronizovat okamžik stimulu s EEG
záznamem
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 13
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 14
ERP lze rozdělit na
• exogenní - odezva na fyzikální stimul (odezva senzorů) –
nízká doba latence
• endogenní – souvisí s kognitivním procesem – mají delší dobu
latence ( > 300 ms)
podle druhu stimulace se ERP rozdělují na:
• sluchové (auditory ERP) - stimuluje se obvykle krátkým
pípnutím o určité frekvenci – odezvou je série vln, která určuje
jakým způsobem se neuro informace šíří od sluchového nervu
v uchu do mozkové kůry – elektrody se umísťují za levé a
pravé ucho na vrchol hlavy
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 15
• zrakové (visual ERP) - stimuluje se obrazem ve tvaru
šachovnice, kde políčka střídavě mění barvu, blikajícím obrazem
apod. Sleduje se šíření informace očním nervem. Elektrody se
umísťují v týlní oblasti hlavy.
•somatosenzorické – reakce na různé proudové impulsy, pohyb
apod.
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 16
Průběh EEG signálu a synchronizační
značky
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 17
ERP záznam
• normální EEG záznam + synchronizační značky,
odpovídající výskytům jednotlivých událostí
(stimulům)
• ERP vlny jsou v porovnání s EEG pozadím nízké
(5μV u audio ERP, 20 μV u vizuálních ERP)
• k zobrazení ERP vlny je nutné potlačit základní
EEG aktivitu obvykle složenou z α,β,γ vln
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 18
Potlačení základní EEG aktivity :
– průměrováním jednotlivých epoch.
1.
2.
EEG signál je nejprve segmentován do tzv. epoch, což je
oblast v okolí synchronizační značky reprezentující výskyt
události (např. 0.5 s před značkou a 1s po výskytu značky).
Jednotlivé epochy se průměrují potlačuje se základní EEG
aktivita, která se v jednotlivých epochách chová jako
náhodný signál
– metody tzv. „single-trial“ analýzy - jsou založeny dekompozici
signálu (waveletová transformace, matching pursuit apod.) a
nalezení koeficientů reprezentující ERP komponenty
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 19
Průměrování epoch
ERP experiment a segmentace
EEG na jednotlivé epochy
Průměrování jednotlivých
epoch
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 20
Single-trial analýza (Matching pursuit –
princip)
• adaptivní metoda dekompozice signálu
• signál je dekomponován na jednotlivé atomy, které jsou vyhledávány
ve slovníku funkcí (často se využívá slovnít tzv. Gaborových funkcí
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 21
Vstupní signál
Gaborův atom
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 22
Single-trial analýza ERP (Matching pursuit)
Atom odpovídající
komponentě P3
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 23
Aplikační oblasti ERP
• Klinická praxe
– vyšetřování základních funkcí vizuálního, sluchového ,
somato-senzorického systému
– intraoperační monitorování (neurochirurgie)
– základní vyšetření u komatózních pacientů
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 24
• Kriminalistika – „detektor lži“
• Brain-computer interface
– umožňuje lidem komunikovat a ovládat vnější svět bez cesty
prostřednictvím mozku a periferních nervů a svalů - vhodné
pro jedince, kterým vlivem poruchy nervového systému
(svalové ochrnutí, ztráta řeči apod.) není umožněn jiný
způsob komunikace.
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 25
– BCI systémy, které využívají ERP lze např. psát zprávy, řešit
rozhodovací úlohy typu ano/ne apod.
6 Hz
15 Hz
ano
ne
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 26
Nejčastěji používané ERP komponenty
• Vlna P3 (P300)
– 3. pozitivní vlna v ERP záznamu s latencí přibližně 300 ms
(latence se může měnit v rozmezí 300-500ms v závislosti na
experimentu). Maximální amplitudy dosahuje P3 vlna je na
elektrodě Pz.
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 27
Vznik P3 vlny – několik teorií
• aktualizace pracovní paměti - vlna vzniká v okamžiku, kdy je
potřeba aktualizovat pracovní paměť.
• překvapení nad výskytem méně frekventovaného stimulu
• výskyt očekávaného stimulu.
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 28
• Ustálené zrakové evokované odezvy (steady state
visual evoked potential)
6 Hz
15 Hz
ano
ne
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 29
Příklad jednoduchého ERP experimentu –
evokace vizuálního P300 potenciálu
• měřená osoba osoba sleduje monitor, kde jsou zobrazovány dva
znaky O a Q
O
Q
• znak je zobrazován po dobu 800ms, 200 ms je zobrazováno
pouze černé pozadí
• Znak O se zobrazuje přibližně 4x časteji (tzv. non-target stimul)
než znak Q (target stimul)
• Při zobrazení znaku Q dochází k evokaci vlny s latencí cca 300
ms - P3 komponenta
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 30
Průběh EEG signálu a synchronizační
značky
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 31
Segmentovaná EEG data
pro znak O (nontarget)
pro znak Q (target)
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 32
Průměrovaná data
pro znak O (nontarget)
pro znak Q (target)
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 33
Single-trial analýza ERP (Matching pursuit)
Atom odpovídající
komponentě P3
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 34
Výzkum v oblasti ERP na KIV
výzkum v oblasti ERP a BCI ve spolupráci s neurochirurgií FN
Plzeň, KTV FPE ZČU, Dopravní fakultou ČVUT Praha bude
zaměřen na:
• návrh jednoduchého BCI pro komunikaci s komatózními pacienty,
• npodprahové vnímání
• motorické testy u dětí a souvislost s mozkovou aktivitou
• monitorování pozornosti řidičů, reakce na náhlé změny v zorném
poli
• využití ERP v kriminalistice (detektor lži).
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Neuroinformatika – metoda evokovaných
potenciálů
Zpracování záznamu, extrakce a zobrazení
ERP vln, aplikační oblasti ERP
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 2
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 3
Encefalograf (EEG) - vzniká součinností neuronů thalamu a
kortexu (mozkové kůry).
Hlavním zdrojem EEG je elektrická aktivita synapto-dendrických
membrán v povrchových vrstvách kortexu.
EEG - většinou rytmické a má sinusoidní tvar. Skládá se z aktivity
pozadí a tzv. evokovaných potenciálů (ERP)
Měření EEG
•na povrchu hlavy
•systém elektrod, které se lepí, nebo speciální EEG čepice
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 4
Rozložení elektrod – systém 10-20
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 5
Aktivita pozadí
Alfa aktivita
•měřitelná převážně v zadní části hlavy
•frekvence 8-13 Hz
•produkována mozkem, který je:
– zdravý (alfa se mění se nebo ztrácí s výskytem
tumorů, traumat, encefalitidy apod.)
–bdělý (ve spánku a v bezvědomí se rozpadá)
–zralý (zhruba od 8 let pravidelná)
–při zavřených očích (při otevřených očích se blokuje)
•amplituda 30-80 µV
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 6
Beta aktivita
• frekvence 14-40Hz (nejčastěji 15-25Hz), někdo udává > 12Hz
• amplituda 10-20 µV, někdy 20-30 µV
• obvykle tvar sinusoidy
• nemusí být synchronní nad oběma hemisférami
• výskyt:
•
- nejčastěji frontálně (25-30Hz),
- centrálně (14-22Hz)
- týlně jako tzv. rychlá alfa varianta
• amplituda může být zvýšena při ospalosti, NREM-I, II, REM,
farmakologickém ovlivnění – barbituráty, benzodiazepiny, u žen
může být častější výskyt než u mužů
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 7
Delta aktivita
• frekvence < 4Hz (0.1-3 Hz)
• amplituda 10-300 µV
• výskyt - oboustranný, obvykle elektrody F3,C3
• u dětí do 1 roku je výskyt normální
• u dospělého pouze u NREM III a IV fázi spánku, v bdělém
stavu signalizuje poruchy (u lidí s poruchou pozornosti roste
amplituda, pokud se snaží soustředit se)
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 8
Theta aktivita
• frekvence 4-7 Hz
• amplituda <30 µV
• mezistav mezi spánkem a bdělostí
• může se objevit při:
• vnitřním soustředění,
• meditaci,
• motlitbách
• má souvislost s kreativitou, intuicí, denním sněním,
fantazií, vzpomínkami
Výskyt: většinou v oblasti spánkových laloků, amplituda
může být vyšší v levé hemisféře
• je běžnou součástí normálního záznamu (častěji se vyskytuje u
dětí a adolescentů než u dospělých)
• nemá převyšovat týlní alfa aktivitu o více než 50 %
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 9
Gama vlny
• frekvence >30 Hz, obvykle se udává 36-44 Hz (v některých
publikacích 30-60 Hz)
• výskyt po celém povrchu hlavy, mají nízkou amplitudu ( 10 µV)
• odráží stav aktivního zpracování informací v kortexu (pokud
mozek zpracovává informace z různých oblastí, mají gama vlny
obvykle frekvenci 40 Hz, pokud 40Hz chybí neschopnost učit se)
• vyskytují se např. při pohybu prstů, mohou souviset se stresem
Lambda vlny
• doba trvání 100-200ms
• amplituda obvykle <20 µV, zřídka >50µV
• mají tvar písmene lambda
• výskyt v týlní oblasti (O1, O2 elektrody) při sledování ostře
osvětleného předmětu v zorném poli (barevné vzory), často jim
předcházejí artefakty pohybu očí
vrchol výskytu ve věku 2-15 let
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 10
Vývoj EEG aktivity
• od narození do 1. roku dítěte – málo pravidelná delta aktivita (13Hz), obvykle vysoké amplitudy, netlumí se otevřením očí
• od jednoho do tří let – dominantní je theta rytmus (4-7Hz), vysoké
amplitudy (ale nižší než předchozí delta), tlumení otevřením očí
nedokonalé, ale může být částečně patné
• 3.- 6. rok věku – tzv. prealfa (6-8Hz, typicky 7Hz) - vysoká
amplituda, blokuje se otevřením očí, začíná být symetrická
v obou hemisférách, je měřitelná v temenní a týlní oblasti
• 5.-7. rok – začíná se objevovat pravidelná alfa aktivita (rytmus),
amplituda 30-60µV, alfa rytmus je nepřímo úměrný pozornosti (s
rostoucí pozorností klesá alfa)
Beta aktivita se objevuje společně s alfou a je měřitelná převážně
v čelních oblastech.
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 11
Artefakty
V EEG záznamu se kromě zmiňovaných vln objevují i tzv. artefakty,
které nesouvisí s činností mozku. Nejčastěji se dělí podle původu na
artefakty:
• od pacienta, což jsou encefalografické záznamy biologického signálu
jiného než EEG:
• artefakty z mrkání a jiných pohybů očí
• svalové a pohybové artefakty
• artefakty ze srdeční činnosti, tepové a z pocení
• artefakty z pohybů jazyka
• artefakty dentální
•tzv. interferenční artefakty, které vliv elektrické elektromagnetického
pole od okolních přístrojů, např. síťový kmitočet 50Hz, zvonění
mobilního telefonu, vypnutí/zapnutí osvětlení, ventilačního systému,
klimatizace apod.
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 12
Evokované Potenciály (ERP – Event-related
potentials)
• elektrická odezva mozku nebo mozkového kmene na rozdílné
typy stimulací (vizuální, audio, senzorické stimulace)
• jsou zaznamenávány podobným způsobem jako EEG (tj.
elektrody umístěné na hlavě)
• ERP mají tvar krátkodobých vln velmi nízké amplitudy, jejichž
morfologie (tvar, latence, doba trvání) závisí na síle stimulu a na
mentálním stavu měřeného subjektu (např. na únavě, pozornosti
apod.)
• v porovnání s EEG jsou to vlny relativně nízké, které vznikají na
pozadí běžné EEG aktivity - EEG se v toto případě chová jako
šum a je potřeba ho vhodným způsobem odstranit (např.
průměrováním),
• k určení ERP je nutné subjekt opakovaně stimulovat stejným
podnětem a přesně synchronizovat okamžik stimulu s EEG
záznamem
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 13
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 14
ERP lze rozdělit na
• exogenní - odezva na fyzikální stimul (odezva senzorů) –
nízká doba latence
• endogenní – souvisí s kognitivním procesem – mají delší dobu
latence ( > 300 ms)
podle druhu stimulace se ERP rozdělují na:
• sluchové (auditory ERP) - stimuluje se obvykle krátkým
pípnutím o určité frekvenci – odezvou je série vln, která určuje
jakým způsobem se neuro informace šíří od sluchového nervu
v uchu do mozkové kůry – elektrody se umísťují za levé a
pravé ucho na vrchol hlavy
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 15
• zrakové (visual ERP) - stimuluje se obrazem ve tvaru
šachovnice, kde políčka střídavě mění barvu, blikajícím obrazem
apod. Sleduje se šíření informace očním nervem. Elektrody se
umísťují v týlní oblasti hlavy.
•somatosenzorické – reakce na různé proudové impulsy, pohyb
apod.
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 16
Průběh EEG signálu a synchronizační
značky
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 17
ERP záznam
• normální EEG záznam + synchronizační značky,
odpovídající výskytům jednotlivých událostí
(stimulům)
• ERP vlny jsou v porovnání s EEG pozadím nízké
(5μV u audio ERP, 20 μV u vizuálních ERP)
• k zobrazení ERP vlny je nutné potlačit základní
EEG aktivitu obvykle složenou z α,β,γ vln
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 18
Potlačení základní EEG aktivity :
– průměrováním jednotlivých epoch.
1.
2.
EEG signál je nejprve segmentován do tzv. epoch, což je
oblast v okolí synchronizační značky reprezentující výskyt
události (např. 0.5 s před značkou a 1s po výskytu značky).
Jednotlivé epochy se průměrují potlačuje se základní EEG
aktivita, která se v jednotlivých epochách chová jako
náhodný signál
– metody tzv. „single-trial“ analýzy - jsou založeny dekompozici
signálu (waveletová transformace, matching pursuit apod.) a
nalezení koeficientů reprezentující ERP komponenty
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 19
Průměrování epoch
ERP experiment a segmentace
EEG na jednotlivé epochy
Průměrování jednotlivých
epoch
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 20
Single-trial analýza (Matching pursuit –
princip)
• adaptivní metoda dekompozice signálu
• signál je dekomponován na jednotlivé atomy, které jsou vyhledávány
ve slovníku funkcí (často se využívá slovnít tzv. Gaborových funkcí
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 21
Vstupní signál
Gaborův atom
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 22
Single-trial analýza ERP (Matching pursuit)
Atom odpovídající
komponentě P3
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 23
Aplikační oblasti ERP
• Klinická praxe
– vyšetřování základních funkcí vizuálního, sluchového ,
somato-senzorického systému
– intraoperační monitorování (neurochirurgie)
– základní vyšetření u komatózních pacientů
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 24
• Kriminalistika – „detektor lži“
• Brain-computer interface
– umožňuje lidem komunikovat a ovládat vnější svět bez cesty
prostřednictvím mozku a periferních nervů a svalů - vhodné
pro jedince, kterým vlivem poruchy nervového systému
(svalové ochrnutí, ztráta řeči apod.) není umožněn jiný
způsob komunikace.
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 25
– BCI systémy, které využívají ERP lze např. psát zprávy, řešit
rozhodovací úlohy typu ano/ne apod.
6 Hz
15 Hz
ano
ne
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 26
Nejčastěji používané ERP komponenty
• Vlna P3 (P300)
– 3. pozitivní vlna v ERP záznamu s latencí přibližně 300 ms
(latence se může měnit v rozmezí 300-500ms v závislosti na
experimentu). Maximální amplitudy dosahuje P3 vlna je na
elektrodě Pz.
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 27
Vznik P3 vlny – několik teorií
• aktualizace pracovní paměti - vlna vzniká v okamžiku, kdy je
potřeba aktualizovat pracovní paměť.
• překvapení nad výskytem méně frekventovaného stimulu
• výskyt očekávaného stimulu.
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 28
• Ustálené zrakové evokované odezvy (steady state
visual evoked potential)
6 Hz
15 Hz
ano
ne
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 29
Příklad jednoduchého ERP experimentu –
evokace vizuálního P300 potenciálu
• měřená osoba osoba sleduje monitor, kde jsou zobrazovány dva
znaky O a Q
O
Q
• znak je zobrazován po dobu 800ms, 200 ms je zobrazováno
pouze černé pozadí
• Znak O se zobrazuje přibližně 4x časteji (tzv. non-target stimul)
než znak Q (target stimul)
• Při zobrazení znaku Q dochází k evokaci vlny s latencí cca 300
ms - P3 komponenta
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 30
Průběh EEG signálu a synchronizační
značky
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 31
Segmentovaná EEG data
pro znak O (nontarget)
pro znak Q (target)
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 32
Průměrovaná data
pro znak O (nontarget)
pro znak Q (target)
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 33
Single-trial analýza ERP (Matching pursuit)
Atom odpovídající
komponentě P3
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB
Slide 34
Výzkum v oblasti ERP na KIV
výzkum v oblasti ERP a BCI ve spolupráci s neurochirurgií FN
Plzeň, KTV FPE ZČU, Dopravní fakultou ČVUT Praha bude
zaměřen na:
• návrh jednoduchého BCI pro komunikaci s komatózními pacienty,
• npodprahové vnímání
• motorické testy u dětí a souvislost s mozkovou aktivitou
• monitorování pozornosti řidičů, reakce na náhlé změny v zorném
poli
• využití ERP v kriminalistice (detektor lži).
Copyright © 2007 LICS | DCSE | FAS | UWB