EEG-based brain-computer interface with visual and haptic feedback
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2007
Major/Subject
Computational engineering
Laskennallinen tekniikka
Laskennallinen tekniikka
Mcode
S-114
Degree programme
Elektroniikan ja sähkötekniikan koulutusohjelma
Language
en
Pages
69
Series
Abstract
Tehokas koehenkilöiden oppiminen palautteen avulla on tärkeää aivokäyttöliittymä tutkimuksessa. Suurimmassa osassa aiemmista tutkimuksista koehenkilöt ovat saaneet palautteen visuaalisena; toiset palautemodaliteetit voisivat paremmin palvella potilaita, joilla on näkövammoja ja käyttäjiä, jotka tarvitsevat näkökykyä muualla. Aiemmissa tutkimuksissa auditiivinen palaute oli merkittävästi huonompi koehenkilöiden opetuksessa kuin visuaalinen palaute. Haptinen (tunto) palaute voisi sopia paremmin aivokäyttöliittymille. Kuusi liikuntakykyistä, ensikertalaista koehenkilöä saivat haptista tai visuaalista palautetta tai molempia erillisissä sessioissa opetellessaan kaksiluokkaisen aivokäyttöliittymän hallintaa vasemman ja oikean käden kuvittelulla. Kokeita varten toteutettu TKK BCI komponentteineen kykenee reaaliaikaiseen signaalin mittaukseen, signaalien käsittelyyn, palautteen antamiseen ja sovellusten ohjaamiseen. Palautetta annettiin kerran sekunnissa joko näytöllä tai haptisilla elementeillä, jotka kiinnitettiin koehenkilön kaulan alaosaan. Koehenkilöt saavuttivat keskimäärin 67 % luokittelutuloksia haptisella palautteella ja 68 % visuaalisella palautteella. Yksi koehenkilö saavutti jopa 88.8 % luokittelutuloksen yhdessä sessiossa. Piirrevalinnalla löydetyt vakaat sensorimotoriset rytmit taajuuksien 8-12 Hz ja 18-26 Hz välissä tuottivat parhaimmat tulokset. Haptinen stimulaatio aiheutti vain vähän näkyvää häiriötä taajuusalueella 8-30 Hz. Tulokset tästä tutkimuksessa näyttävät, ettei haptisen ja visuaalisen palautteen välillä ole selkeää eroa koehenkilöiden oppimisessa. Suurin osa koehenkilöistä kokivat haptisen palautteen luonnolliseksi ja miellyttäväksi. Haptinen palaute voi näistä seikoista johtuen korvata visuaalisen palautteen ja vapauttaa näkökyvyn muihin tehtäviin. Tulosten vahvistamiseksi on tarpeellista tehdä jatkotutkimuksia liikuntakyvyttömillä oikeissa kotiympäristöissä.Efficient training of subjects with feedback is essential to brain-computer interface (BCI) research. In most previous studies, subjects have mostly received visual feedback; other feedback modalities could, however, better serve patients with visual impairment and in tasks, which allocate visual attention. In previous studies auditory feedback was significantly worse than visual feedback during subject training. Haptic feedback (vibrotactile stimulation) could be better suited for brain-computer communication than auditory feedback. Six able-bodied subjects without previous BCI experience received haptic or visual feedback or both in separate sessions while learning to control a two-class BCI using imagery of left and right hand movements. A BCI system was designed and implemented for the experiments. The TKK BCI consists of components capable of real-time signal acquisition, signal processing, feedback, and control of applications. The feedback was presented once every second either on a screen or with haptic elements attached to the base of the subject's neck. The subjects achieved average classification accuracies of 67% with haptic and 68% visual feedback. One subject achieved as high as 88.8% accuracy in a single session. Stable features selected from sensorimotor rhythms within the 8-12 Hz and 18-26 Hz frequency bands provided the highest accuracies. Only minor interference using haptic stimulation was observed within the 8-30 Hz frequency band. The results indicate no clear differences between learning with haptic or visual feedback. Most subjects felt haptic feedback natural and comfortable. Haptic feedback could thus substitute for visual feedback, and render vision available for other concurrent tasks. Further studies especially with motor-disabled patients in real home environments will be necessary to confirm the results.Description
Supervisor
Jääskeläinen, Iiro; Prof.Thesis advisor
Kauhanen, Laura; DIKeywords
electroencephalography, brain-computer interface, visual feedback, haptic feedback, continuous imagery, sensorimotor rhythms, skill learning, elektroenkefalografia, aivokäyttöliittymä, visuaalinen palaute, haptinen palaute, jatkuva kuvittelu, sensorimotoriset rytmit, taitojen oppiminen