НЕЙРОГАРНИТУРЫ - оборудование для нейробиоуправления

В последнее время были разработаны уникальные мини-энцефалографы( называемые нейрогарнитурами или нейроинтерфейсами) на базе сухих датчиков с возможностью беспроводного соединения с компьютером или планшетом. В первую очередь нужно упомянуть нейро-гарнитуры американской компании NeuroSky. Компания NeuroSky была основана в 2004 году. Но непосредственно работы по проектированию интерфейсов мозг-компьютер специалисты, создавшие эту компанию, начали с 1999 года. Первый нейроинтерфейс, NeuroSky Mindset, появился уже в 2009 году. В данный момент это устройство уже не выпускается. В 2011 году компания выпустила на мировой рынок интерфейс мозг-компьютер NeuroSky MindWave. Задача разработчиков состояла именно в том, чтобы создать портативный, носимый нейроинтерфейс на основе ЭЭГ и электромиографии (ЭМГ), который завоюет массовый рынок. До их появления успешных проектов такого рода не существовало.

Нейрогарнитуры компании NeurosSky NeuroSky Mindwave и NeuroSky MindwaveMobile.

11

Рассмотрим, на каком принципе они работают. По своей сути, нейроинтерфейсы NeuroSky представляют собой одноканальные ЭЭГ интерфейсы. То есть, гарнитура оснащена двумя датчиками. Один основной, рабочий датчик, который располагается в районе точки Fp1, то есть в левой лобной части головы, непосредственно над левым глазом. Второй датчик является индифферентным. Он выполнен в форме ушной клипсы и крепится с мочке левого уха (точка A1). Эта точка рассматривается, как место отсутствия биоэлектрической активности. Таким образом, система получает ЭЭГ сигнал на разнице потенциалов между исходным сырым ЭЭГ сигналом и нулевой точкой. Таким образом, интерфейс, получая сигнал от головного мозга, передает его далее, предположим на компьютер, смартфон, планшет или иное устройство. Передаются следующие данные, а именно: сырой сигнал ЭЭГ в диапазоне от 0 Гц до 70 Гц, передается сигнал уже разбитый по основным описанным выше диапазонам, передается сигнал о моргании глаз (чувствительность может настраиваться) и передаются параметры концентрации (внимательности) и медитации(ментальной релаксации).
12

Два последних параметра, а именно концентрация и медитация, как раз и являются сигналами того рода, которые формируются чипом, разработанным компанией NeuroSky – TGAM на основе распознавания в реальном времени некоторых паттернов. Как это происходит и каков алгоритм распознавания такого рода, является закрытой информацией и интеллектуальной собственностью компании NeuroSky. Именно благодаря этому, нейроинтерфейсы NeuroSky и получили столь широкое распространение по всему миру.

Проведенные исследования по сравнению данных, полученных при использовании стандартного электроэнцефалографа и нейрогарнитуры компании NeuroSky продемонстрировали, что для того чтобы получить электроэнцефалографический (ЭЭГ) сигнал от головного мозга с медицинской точностью не ниже 96%, достаточно использовать один сухой датчик, плотно прилегающий к передней лобной части черепа.

На описанном выше принципе работают все современные миниэнцефалографы, называемые нейрогарнитурами.

Но какую именно информацию несут нам эти электрические колебания, и как мы ее можем использовать?

В результате измерений электромагнитных колебаний головного мозга с помощью нейрогарнитуры  мы получаем исходный, так называемый сырой сигнал от головного мозга. Обычно сырой сигнал получается в диапазоне от 0 до 70 Гц. Исследования показали, что в данном сигнале можно выделить определенные диапазоны, которые отражают определенные виды активности головного мозга.

Обычно выделяют 5 основных диапазонов, а именно:

13

Альфа волны: диапазон от 8 до 12 Гц В некоторых программах данный диапазон представляют, как Низкие Альфа(8-10 Гц) и Высокие Альфа(10-12 Гц)

Бета волны: диапазон от 12 до 30 Гц В некоторых программах данный диапазон представляют, как Низкие Бета(12-18 Гц) и Высокие Бета(18-30 Гц)

Гама волны: диапазон от 30 до 70 Гц В некоторых программах данный диапазон представляют, как Низкие Гама(30-50 Гц) и Высокие Гама(50-70 Гц)

Дельта волны : диапазон от 0 до 4 Гц

Тета волны : диапазон от 4 до 8 Гц

Нейрогарнитура связывается с беспроводному протоколу с  компьютером или планшетом и с помощью специальных программ мы можем видеть и анализировать ритмя головного мозга.14

Вот как это выглядит в рабочем окне программы записи психологических ЭЭГ сессий MindRec. В верхней левой части экрана представлен сырой(Raw) сигнал. В правой части экрана Вы видите выделенные из общего спектра типы мозговых волн, о которых идет наше повествование.

15

Обратите внимание на приведенный выше пример. В центральной части рабочего экрана программы MindRec расположены индикаторы уровня внимательности(красный) и уровня медитации(синий). В приведенном примере мы видим, что уровень медитации достаточно высок, хотя и не максимален. Посмотрев в правую часть рабочего экрана программы, мы увидим как это отображается в спектре мозговых волн. Обратите внимание, мы видим высокие уровни по Тета волнам, по Низким Альфа. В то же самое время мы видим провалы по уровням тех волн, которые отвечают за прочие проявления мозговой активности, о которых будет написано далее.

16

На этом изображении приведен интересный пример сочетания мозговых волн, которое распознается, как единовременное состояние высокой концентрации(внимательности) и релаксации. В западной терминологии такое состояние называется Zone. Как видите доминируют Высокие Альфа и Высокие Гамма. Пример приведен из программы Brainwave Vizualizer, которая поставляется в комплекте со всеми нейро-гарнитурами Neurosky Mindwave Mobile.

Итак, мы разобрались с тем, каким именно образом и какую именно информацию от головного мозга можно получить с помощью нейрогарнитур и датчиков. Теперь рассмотрим то, как и для каких целей это можно использовать.

Как писалось выше, на основе проявляемой волновой активности головного мозга можно сделать выводы о состоянии сознания, об эмоциональном состоянии. При этом для того, чтобы представить полную картину состояния сознания в конкретный текущий момент времени, необходимо использовать специальные профессиональные программы, либо обратиться за разъяснениями к профессионалу.

Большинство программ и специализированных процессоров, на основе получаемых данных о мозговых волнах, могут точно определить уровень концентрации, медитации. Могут определить уровень этих состояний и скорость их достижения и передать сигнал для управления изображением, звуком, видео или устройством.

Таким образом, пользователь такого рода устройств постепенно сможет научиться управлять процессом, программой или неким устройством путем изменения функционального состояния мозга.

Рассмотрим как это работает на простом примере игры MindFlex.

17

В этой игре человек, используя надеваемый на голову обруч с установленными датчиками управляет основным игровым объектом – шариком. Шарик висит в воздухе над игровым полем. Человек, используя свои уровни медитации и концентрации, управляет высотой шарика, который двигается по игровой площадке с помощью ручного регулятора. Таким образом, для того, чтобы удерживать шарик на определенной высоте в течении определенного времени, требуется поддерживать состояние концентрации и медитации на определенных уровнях в течении определенного времени. Мы концентрируемся – шарик поднимается, мы медитируем – шарик опускается. Чем более ярко выражено состояние, тем выше или ниже шарик. Более того, для того чтобы произвести «мозговой выстрел», то есть произвести выстрел шариком из специальной пушки на игровом поле, необходимо резко достичь максимально высокого уровня концентрации максимально быстро. Такой же принцип используется для большинства программ, работающих на данном принципе. Например, первый в мире игрушечный вертолет управляемый силой мысли Puzzlebox Orbit Helicopter, действует на точно таком же принципе.

18

При занятии подобными играми, как физическими, так и компьютерными, параллельно происходит и ментальный тренинг. То есть игрок учится концентрироваться и расслабляться до определенного уровня за определенное время, удерживать достигнутые состояния нужное время.

Такого рода работа со своими состояниями крайне полезна для получения навыков владения своим сознанием. То есть, несколько упрощая, скажем, что для того, чтобы, например, шарик в игре MindFlex поднялся в воздух, конечно, можно и следует думать о том, что мячик должен подняться, концентрироваться на этом процессе. При этом надо понимать, что шарик будет подниматься в воздух, не потому, что игрок дает ему именно такую мозговую команду, а потому, что он достигает определенного уровня концентрации на этой мысли.

Большинство игр и игровых программ используют для управления именно эти два основных показателя – концентрация и медитация. Такого рода управляющие команды подходят для использования любым  пользователем при некотором уровне тренированности. Однако, если пользователь нейроустройства уже может владеть своим сознанием и его состояниями, то он может использовать игры и программы, в которых используется до 4  и более команд единовременно, например, для управления дроном. Управление такого рода является достаточно сложным. Так, например, медитативное состояние, как управляющая команда, может быть определено не общим уровнем Тета и Альфа, а отдельно отношениями уровней Тета и Альфа волн друг к другу. Таким образом, в области медитации может быть применено две управляющих команды вместо одной. Конечно, осознанно использовать команды такого рода можно только после определенной подготовки, которую можно провести с помощью специалиста.

Программы с нейрогарнитурами используются для саморазвития, для личных ментальных тренингов, для тренингов по развитию детей, улучшению их успеваемости.

Мозговые волны отражают определенные состояния нашего сознания. Есть целый ряд программ, которые позволяют получать ЭЭГ головного мозга, раскладывать их по составляющим, видеть анализ состояния сознания. Кроме этого, существуют программы, которые позволяют проводить специальные тренинги, направленные на развитие навыков вхождения в определенные состояния сознания.. Эти программы разработаны профессиональными психологами, предназначены для простого и доступного использования. Исследования показывают их высокую результативность. Тесты в рабочих коллективах показали, что ощутимые результаты по увеличению эффективности сотрудников наступали уже через 8 дней регулярного использования программ.

BrainLink Lite
19

Данный нейроинтерфейс(нейро-гарнитура) имеет ряд существенных преимуществ, а именно:

BrainLink Lite работает не только с собственными приложениями для Android и iOs, но так-же с приложениями для нейроинтерфейсов Neurosky.

20

BrainLink Lite выполнен в форме удобного эластичного обруча для крепления на голову. Есть возможность плотно закрепить его на голове. Таким образом обеспечивается плотное прилегание электродов и их устойчивость на лобной чсти при движениях головой. Сам модуль интерфейса является съемным. Это очень удобно для его зарядки и хранения. Также прочие элементы нейроинтрефейса являются съемными, это позволяет легко проводить очистку самого обруча.

BrainLink Lite не имеет ушной клипсы, которая выполняет роль индифферентного датчика. Вместо этого добавлен третий лобный датчик, который выполняет роль референтного электрода. Такая компоновка системы делает ее максимально удобной для длительного использования без всяких дискомфортных ощущений.

21

На данном изображении приведено сравнение с интерфейсом BrainLink, который был оборудован ушной клипсой.

BrainBit –революционно новый нейроинтерфейс производства компании Нейротех( Российская Федерация)

img-overview

ЧТО ЭТО?

BrainBit – это электроэнцефалограф, выполненный в виде гибкой растягивающейся ленты с сухими электродами, встроенной электроникой и съемным аккумулятором.

КАК РАБОТАЕТ?

Brainbit разработан специально для повседневного и комфортного использования, обеспечивая точную и надежную регистрацию в реальном времени биологических потенциалов головного мозга с волосистой части головы (висков и затылка), а также лба, мышц головы и лица, движения глаз.

УНИКАЛЬНОСТЬ

В устройстве Brainbit применяются сухие электроды в виде подпружиненных позолоченных контактов, которые обеспечивают регистрацию ЭЭГ через волосы любой густоты без использования геля. Два электрода располагаются в височной части головы, два в затылочной (T3, T4, O1, O2 согласно международной системе 10-20). Референтный плоский позолоченный электрод расположен на лбу. Такая топология позволяет регистрировать истинную электроэнцефалограмму как в монополярном виде, так и в биполярном (минимизируя артефакты биопотенциалов лба).

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

  • 4 канала ЭЭГ с возможностью выделения миографических и окулографических компонент
  • Частота дискретизации — 250 Гц
  • Интерфейс связи — Bluetooth 4.0 LE
  • Время непрерывной работы — не менее 15 часов
  • Диапазон измеряемых напряжений — ± 0,4 В
  • Ток заряда аккумулятора — 100 мА ± 10%
  • Время заряда аккумулятора — до 4 часов

Технологии. Как это работает?

Описание устройства:

На ленте BrainBit расположены 4 сухих ЭЭГ электрода, референтный и общий электроды, а также миниатюрный электронный модуль. Это позволяет регистрировать профессиональную электроэнцефалограмму с наилучшим качеством среди доступных на рынке нейроинтерфейсов.

Устройство усиливает и оцифровывает полученный сигнал и передает его по протоколу Bluetooth на компьютер, смартфон или планшет. В отличие от аналогов, положение электродов на ленте BrainBit соответствует международной схеме размещения электродов 10-20. Электроды обеспечивают прямой контакт в областях височной доли T3 и T4, а также в затылочной области O1 и O2.

Согласно передовым международным исследованиям, эти зоны являются оптимальными для регистрации уровня четырех основных типов мозговых волн. BrainBit регистрирует электрическую активность в виде «сырых данных» ЭЭГ, которые представлены в виде уровней четырех основных ритмов мозга.

Преимущества технологии

 

Портативность и комфорт

Устройство выполнено в легком и эргономичном дизайне и предназначено для повседневного длительного использования даже в домашних условиях.

ЭЭГ-сигнал высочайшего качества

Новейшая технология сухих электродов позволяет регистрировать высококачественный сигнал и выводит нейроинтерфейс BrainBit на новый уровень.

Возможности для разработчика

Собственные SDK и API позволяют создавать и интегрировать устройство со сторонними аппаратными и программными средствами, создавать приложения на платформе BrainBit.

Облачные
вычисления

Все полученные данные о мозговой активности могут отправляться в облако для анализа и обработки методами машинного обучения.

Инновационная разработка

Получено несколько патентов на ленту BrainBit и технологию сухих электродов на территории России, Канады и США.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ:

 

ИНТЕРФЕЙС МОЗГ-КОМПЬЮТЕР (BCI)

Brainbit применяется для нейроуправления в различных программно-аппаратных средах. Нейроинтерфейс легко интегрируется и дает возможность управления дронами и роботами, инвалидными колясками и системами умного дома. БЕЗОПАСНОСТЬ В ТРАНСПОРТЕ Мониторинг мозговой активности в режиме реального времени может использоваться для изучения влияния факторов окружающей среды, времени суток, дорожных условий и инцидентов на машиниста или водителя. МЕДИТАЦИЯ Методы биологической обратной связи широко используются для усиления сеансов медитации в режиме реального времени.

ЗДОРОВЬЕ И ФИТНЕС С помощью обратной связи пользователи контролируют и корректируют психические и поведенческие модели в различных видах деятельности, сохраняя здоровье и тонус организма.

ВИРТУАЛЬНАЯ/ДОПОЛНЕННАЯ РЕАЛЬНОСТЬ Технологии ЭЭГ позволяют получить новые впечатления от использования VR технологий, дополняя VR и AR среду возможностью контролировать активность головного мозга.

АНАЛИЗ СНА Электрическая активность мозга используется для анализа стадий сна и изучения оптимальных условий сна.

Нейрогарнитуры производства компании Нейроботикс/Нейроассистивные технологии( Российская Федерация)

NeuroPlay-4С

neuroplay-4c-2

Беспроводная, мобильная система регистрации ЭЭГ человека с сухими, безгелевыми электродами.

Применяется для:

  • Нейропилотирования и управления в режиме «интерфейс мозг – компьютер» (позволяет использовать больше команд, чем NeuroPlay 4c);
  • Мониторинга внимания учащихся при обучении;
  • Тренировки альфа-состояния и людей с высоким уровнем стресса;
  • Тренировки детей с нарушением внимания СДВГ;
  • Тренинг-сопровождения медитативного состояния;
  • Нейромаркетинга;
  • Записи данных ЭЭГ в формате EDF

Технические характеристики

  • Схема отведения Монополярная
  • Количество каналов 4 - F3, F4, O1, O2 + GND и Rf
  • Передача данных Bluetooth 4.0
  • Дальность передачи До 15 метров
  • Частота обмена данных 125 Гц.
  • АЧХ от 0,5 до 50 Гц (-3дБ)
  • Входной диапазон +/- 300 мВ
  • Собственный шум 3-4 мкВ пик-пик
  • запись данных в формате EDF
  • Длительность работы в режиме ожидания 120 суток
  • Длительность работы в режиме съема дынных 24 часа
  • Вес нейрогарнитуры 100 гр.
  • Работа в операционной среде Windows 10
  • Microsoft .NET Framework 3.5 (и выше)

NeuroPlay-8С

NP8C

Беспроводная, мобильная система регистрации ЭЭГ человека с сухими, безгелевыми электродами.

8-ми канальная нейрогарнитура беспроводной регистрации ЭЭГ данных человека на сухих (безгелевых) активных электродах.

Применяется для:

  • Нейропилотирования и управления в режиме «интерфейс мозг – компьютер» (позволяет использовать больше команд, чем NeuroPlay 4c);
  • Мониторинга внимания учащихся при обучении;
  • Тренировки альфа-состояния и людей с высоким уровнем стресса;
  • Тренировки детей с нарушением внимания СДВГ;
  • Тренинг-сопровождения медитативного состояния;
  • Нейромаркетинга;
  • Записи данных ЭЭГ в формате EDF.

Технические характеристики

  • Схема отведения Монополярная
  • Количество каналов 8 - F3, F4, C3, C4, P3, P4, O1, O2 + GND и Rf
  • Передача данных Bluetooth 4.0
  • Дальность передачи До 15 метров
  • Частота обмена данных 125 Гц.
  • АЧХ от 0,5 до 50 Гц (-3дБ)
  • Входной диапазон +/- 300 мВ
  • Собственный шум 3-4 мкВ пик-пик
  • запись данных в формате EDF
  • Длительность работы в режиме ожидания 120 суток
  • Длительность работы в режиме съема данных 24 часа
  • Вес нейрогарнитуры 120 гр.
  • Работа в операционной среде Windows 10 c M
  • Microsoft .NET Framework 3.5 (и выше)

Обратный звонок