A portable and embedded SSVEP BCI system: emBCI

Abstract

Beyin-bilgisayar arayüzlerinin (BBA) amacı, beyin ve dış dünya arasında, kasların kullanılmadığı alternatif bir etkileşim yöntemi sunmaktır. Oyun ve eğlence dünyası için devrim niteliğinde bir insan-makine arayüzü olmasının yanı sıra, BBA sistemleri hiçbir istemli kasını hareket ettiremeyen ancak beyinleri sağlıklı olan insanların, dış dünya ile iletişime geçmelerinin tek yoludur.Elektroensefalografi (EEG) kafatası derisi üzerinden beynin elektriksel etkinliğini ölçmek için kullanılan, girişimsel olmayan (non-invaziv) bir görüntüleme tekniğidir. Son kullanıcı pazarını hedefleyen, kablosuz aktarımı temel alan ve pil ile çalışan ucuz taşınabilir EEG kaskları son zamanlarda iyiden iyiye popülerleşse de, non-invaziv BBA araştırmalarının büyük çoğunluğu hâlen yüksek kaliteli, çok fazla taşınabilir olmayan ve pahalı EEG sistemleriyle yürütülmektedir. Sisteme eklenecek olan iyi bir bilgisayar ile birlikte toplam maliyet çoğu insanın gelir seviyesini aşacak düzeye ulaşmaktadır.Bu çalışmada, kullanıcının farklı frekanslarda yanıp sönen LED matrislerine odaklanarak iki farklı durumdan birini seçebilecekleri taşınabilir ve gömülü bir BBA tasarımı sunulmaktadır. İki çıkışlı bu BBA, robot kontrolü için veya sorulan sorulara evet/hayır şeklinde cevap verilmesine olanak sağlayacak etkileşim senaryolarında kullanılabilir. Kablosuz, ucuz, taşınabilir ve pilli bir EEG kaskı ile ucuz bir gömülü bilgisayarın bütünleştirildiği bu tasarım, hareket kabiliyetini ve taşınabilirliği arttırırken, toplam maliyeti ciddi bir şekilde düşürmektedir.

The objective of a brain-computer interface (BCI) is to provide an alternative way of interaction between the brain and the environment without the involvement of muscular pathways. Besides being a revolutionary human computer interface for gaming and entertainment, BCIs constitute the only way of interaction/communication with the outer world for people who cannot voluntarily control/move their muscles. Electroencephalography (EEG) is a non-invasive method for measuring the electrical activity generated within the brain structures, through the scalp. Although new consumer grade, wireless, portable and battery-powered EEG headsets are recently gaining popularity, most of the non-invasive BCI research depends on high quality but bulky and expensive EEG acquisition systems. Combined with a decent PC to implement the software stack of the BCI, the cost of the overall BCI design increases and the technology quickly becomes unaffordable for many people. In this study, we present a portable and embedded steady-state visual evoked potential BCI system in which the user can choose between two targets by focusing on 2 LED matrices flickering at different frequencies. The output of the system can then be used for different interaction scenarios like controlling a robot, answering simple yes/no questions, etc. The use of a consumer grade, wireless EEG headset together with a cheap embedded computer increases the mobility of the system while reducing the overall cost dramatically.