![Page 1: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/1.jpg)
Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces
Jurypresentatie masterproef
Lester LievensLaurens Van de Perre
![Page 2: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/2.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 2
Inhoud• Situering• Uitdagingen • Werkwijze• Resultaten• Demo• Conclusie
![Page 3: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/3.jpg)
Situering
10/04/2023Jurypresentatie masterproef 3
![Page 4: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/4.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 4
![Page 5: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/5.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 5
Brain Computer Interface (1)• Hersenactiviteit omzetten naar commando’s• Aansturen van computers en externe apparatuur
![Page 6: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/6.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 6
Brain Computer Interface (2)• BCIs kunnen geen gedachten lezen• Patronen in hersenactiviteit = commando• Patroon vs. referentiepunt commando aanroepen
![Page 7: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/7.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 7
Opdracht• Grote wetenschappelijke vooruitgang op vlak van BCIs• Nog geen commerciële producten op de markt• Kloof proberen dichten tussen wetenschap en consument• Focus op gebied van computerwetenschappen
• In opdracht van Negotica (Groningen)• Ontwikkeling van een praktisch product
![Page 8: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/8.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 8
Doelgroep• Personen met een fysieke of motorische beperking• Heel divers• Specifieke eisen
• Drie hoofdcategorieëno personen met aangeboren en niet-aangeboren
hersenafwijkingeno personen met verlamming door diverse oorzakeno personen met progressieve spierziektes
![Page 9: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/9.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 9
Secundaire doelgroep(en)• Verzorgers• Familie• …
![Page 10: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/10.jpg)
Uitdagingen
10/04/2023Jurypresentatie masterproef 10
![Page 11: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/11.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 11
Kostprijs• Wetenschap vs. eindgebruiker• Meetapparatuur en signaalkwaliteit• Nood aan betaalbare oplossingen • Compromis nodig• Lagere signaalkwaliteit kunnen opvangen
![Page 12: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/12.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 12
Diversiteit doelgroep• Iedere persoon is anders• Noden afhankelijk van situatie• Bronnen van signaalruis• Nood aan een adaptief systeem
![Page 13: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/13.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 13
Variatie aan commando’s• Combinatie van verschillende commando’s nodig• Meer commando’s = moeilijker te onderscheiden• Gevolg: foutpercentage stijgt en nauwkeurigheid daalt
![Page 14: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/14.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 14
Kalibratieperiode• Huidige systemen hebben meestal kalibratieperiode nodig• Systeem wordt hierbij afgesteld op gebruiker• Langere training = hogere nauwkeurigheid• Deze trainingsperiode is omslachtig en vermoeiend
![Page 15: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/15.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 15
Real-timekarakter• Signalen moeten zo snel mogelijk worden verwerkt• Real-timefeedback nodig van systeem• Lange antwoordtijden nefast voor concentratie
![Page 16: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/16.jpg)
Werkwijze
![Page 17: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/17.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 17
Meten van hersenactiviteit
![Page 18: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/18.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 18
Meten van hersenactiviteit• Reeks van technieken om hersenactiviteit te meten• Elk met hun eigen meetapparatuur
• Elke techniek heeft zijn voor- en nadelen• Selecteren van meest geschikte met oog op doelgroep
![Page 19: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/19.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 19
Invasief vs. niet-invasief
Invasief• Sensoren ingeplant• Signalen van hoge kwaliteit
• Kans op implicaties• Sensoren periodiek vervangen
• Grote bandbreedte• Hogere amplitude• Minder ruis
Niet-invasief• Sensoren extern aanwezig• Signalen van lagere kwaliteit
• Geen medische implicaties• Sensoren makkelijk plaatsen
en verwijderen• Kleine bandbreedte• Kleine amplitude• Ruisgevoelig
![Page 20: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/20.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 20
Niet-invasieve methoden
EEG• Elektrische activiteit
fNIRS • Zuurstofgehalte in het bloed
MEG fMRI • Magnetisch veld door
elektrische activiteit• Zuurstofgehalte in het bloed
![Page 21: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/21.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 21
Elektro-encefalografie• Meten van elektrische potentiaalverschillen • Afkomstig van neurale activiteit• Veel besproken in wetenschappelijke literatuur• Meetapparatuur is draagbaar• Relatief goedkoop• Moeilijk meten vanwege:
o Kleine amplitude (orde μV)o Beperkte bandbreedteo Lage ruimtelijke resolutieo Ruisgevoeligheid
![Page 22: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/22.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 22
Elektro-encefalografie• Frequentiebanden:
o Delta 0 – 4 Hzo Thèta 4 – 7 Hzo Alpha 8 – 15 Hzo Beta 12 – 30 Hzo Gamma 25 – 100 Hz
• Elk geassocieerd met verschillende staten van een persoon
![Page 23: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/23.jpg)
10/04/2023
23
Jurypresentatie masterproef
Emotiv EPOC
EPOC als meetapparatuur:14 EEG-sensoreningebouwde gyroscoop
Meetapparatuur
![Page 24: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/24.jpg)
10/04/2023
24
Jurypresentatie masterproef
MCN-systeem
De ingekleurde posities geven de elektroden van de Emotiv Epoc weer
![Page 25: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/25.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 25
BCI-paradigma’s
![Page 26: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/26.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 26
BCI-paradigma’s• Verschillende sets van theorieën om EEG-hersenactiviteit te
gebruiken als aansturing:o Selectieve aandacht (SSVEP, P300, …)o Ingebeelde bewegingen (SMR, mu-ritme, …)o Modulatie van ritmes o …
![Page 27: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/27.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 27
Selectie BCI-paradigma’s• Niet gekozen:
o Selectieve aandacht (epilepsiepatiënten)
• Gekozen:o Modulatie van het alpha-ritmeo Ingebeelde bewegingeno Oogbewegingen als uitbreiding
![Page 28: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/28.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 28
Samenvatting• Gekozen voor:
o Niet-invasieve technieken – EEGo Commerciële meetapparatuur – Emotiv EPOCo Paradigma – modulatie alpha-ritme, ingebeelde bewegingeno Hybride uitbreidingen – oogbewegingen, gyroscoop.
![Page 29: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/29.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 29
Experimenten
![Page 30: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/30.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 30
Experimenten• Bij 21 (gezonde) vrijwilligers
o Leeftijd tussen 14 en 54 jaaro 14 mannen en 7 vrouweno ~80% met leeftijd tussen 20-25 jaar
• Metingen rond:o Alpha-ritmeso Ingebeelde bewegingeno Oogbewegingen
![Page 31: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/31.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 31
Meetopstelling
![Page 32: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/32.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 32
Offline analyse• Offline analyse met 30 combinaties algoritme-classifier
o Classifiers: • lda, qda, gmm, logreg, sparse logreg, gaussbay
o Signaalverwerkingsalgoritmen:• CSP, SpecCSP, FBCSP, SPoC, logBP
![Page 33: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/33.jpg)
Resultaten
![Page 34: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/34.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 34
Alpha-ritmes (1)
![Page 35: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/35.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 35
Alpha-ritmes (2)
![Page 36: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/36.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 36
Ingebeelde bewegingen (1)
![Page 37: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/37.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 37
Ingebeelde bewegingen (2)
![Page 38: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/38.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 38
Echte bewegingen (1)
![Page 39: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/39.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 39
Echte bewegingen (2)
![Page 40: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/40.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 40
Oogbewegingen (1)
![Page 41: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/41.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 41
Oogbewegingen (2)
![Page 42: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/42.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 42
Algemeen model (1)
![Page 43: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/43.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 43
Algemeen model (2)
![Page 44: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/44.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 44
Demo
![Page 45: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/45.jpg)
Conclusie
![Page 46: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/46.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 46
Conclusie• Betaalbare basisoplossing• 4 commando’s (actief niet meegerekend)• Real-timeoplossing
• Kalibratieperiode op een leuke, ontspannende manier (gaming)• Flexibele en betaalbare headset
![Page 47: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/47.jpg)
10/04/2023 Jurypresentatie masterproef 47
Vervolgtrajecten• Ander type headset• Gyroscoop om beweging te detecteren (stop classificatie)• Standalone modules creëren buiten MATLAB• Reinforcement learning toepassen• Hybride trajecten zoals EMG onderzoeken• Data verzamelen van personen uit doelgroep.
![Page 48: Doelgroepgerichte aansturing met brain computer interfaces](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022042713/5482a5fbb4af9fa3398b4738/html5/thumbnails/48.jpg)
Vragen?