Experimental and model based investigation of the effects of high stimulus presentation rate on code-modulated visual evoked potential based brain-computer interfaces

Amaç. Özellikle son yıllarda, kod-modülasyonlu görsel uyarılmış potansiyel (KMGUP) ile ilgili yapılan araştırmalar, KMGUP tabanlı beyin-bilgisayar arayüzlerinin (BBA) performansına ilişkin çok olumlu sonuçlar vermiştir. BBA uygulamalarında hız oldukça önemli bir faktördür. Monitör yineleme hızı stimülasyon süresini sınırlamaktadır ve dolayısıyla sistemin performansını sınırlamaktadır. Bu çalışma yüksek uyaran gösterimi hızlarının (monitörün yineleme hızı) KMGUP tabanlı heceleyici bir BBA üzerine olan etkilerini araştırmayı amaçlamaktadır. Buna ek olarak, daha önce KMGUP tepkeleri kullanılarak çalışılmamış olan Robinson'un kortikotalamik modeli de bu çalışmadaki deneylerde gözlemlediğimiz bazı öne çıkan davranışları simüle etmek için kullanılmıştır. Yaklaşım. 6 denek, 127-bit m-sekansı kullanılarak gerçekleştirdiğimiz 60 Hz (E1), 120 Hz (E2) ve 240 Hz (E3) yineleme hızlarını içeren toplamda 3'er deneye katılmıştır. Deneylerin eğitim aşamasında 36 hedef şablonu elde etmek için 8 kanallı EEG sinyalinin 100'lük ortalaması ve Kanonik Korelasyon Analizi (KKA) kullanılmıştır. Tüm deney ve denekler için bilgi aktarım hızı (BAH) ve doğruluk oranları hesaplanmıştır. Ayrıca deneylerin sonunda deneklerden hangi yineleme hızına ait deneyde daha rahat ettiklerini öğrenmek için bir anket yapılmıştır. KMGUP deneylerini simüle etmek için Robinson'un kortikotalamik modeli kullanılmıştır. Hem deneysel veriler hem de simülasyon verileri için KMGUP tepkelerinin güç spektral yoğunluk (GSY) tahminleri ve temel bileşen analizi (TBA) sonuçları değerlendirilmiştir. Ana Sonuçlar. Ortalama BAH ve doğruluk oranları değerleri E1 için 86.17 bit/dk ve %93, E2 için 90.68 bit/dk ve %95 ve E3 için ise 70.89 bit/dk ve %81 olarak hesaplanmıştır. Ayrıca, 6 denekten 5'i E3'ün en rahat, sadece 1 denek ise E2'nin en rahat deney olduğunu belirtmiştir. Giriş sinyali geniş-bantlı bir sinyal olmasına rağmen KMGUP tepkeleri bant-limitlidir. KMGUP şablonlarının güç spektral yoğunlukları, özellikle E3'ten elde edilen şablon için çeşitli frekans aralıklarında yoğunlaşmıştır. Bu periyodisite yanlış sınıflandırmaya yol açmaktadır. TBA, 127-bit uzunluğunda bir m-sekansı ile E1, E2 ve E3 için sırasıyla 73, 52 ve 26 ayırt edilebilir KMGUP tepkelerinin elde edilebileceğini göstermektedir. Simülasyondan elde ettiğimiz sonuçlar ve deneylerden elde ettiğimiz sonuçlar büyük bir benzerlik göstermektedir. Tüm gözlemler ve sonuçlar ele alındığında, 120 Hz yineleme hızının, yüksek sayıda hedefe sahip BBA'larda kullanılmasının en iyisi olduğunu, 240 Hz yineleme hızının ise düşük sayıda hedefe sahip BBA'lar için makul olduğunu önermekteyiz. Modelleme çalışmasından elde edilen sonuçlar, görsel sistemin yüksek yineleme hızlarında girdideki yüksek frekanslı bileşenlere verdiği yanıtın azalmaya eğilimli olduğunu göstermektedir. Önemi. KMGUP yanıtlarının karakteristiklerine ve yüksek yineleme hızlarının KMGUP tabanlı BBA'lara olan etkilerine ilişkin önemli sonuçlar elde edilmiştir. Robinson'un kortikotalamik modelinin, deneylerdeki bazı göze çarpan davranışları açıklayabildiği bulunmuştur ve bu, KMGUP paradigmasının performansını geliştirmek için yapılacak pratik çalışmalara bir temel olabilir.