Независимо от того, какой физический процесс необходимо контролировать, существует два подхода к получению сигнала: инвазивный и неинвазивный.
Инвазивные подходы
При инвазивном подходе датчики хирургическим путем размещаются над корой или даже
внутри мозга.
Это приводит к хорошему соотношению сигнал-шум (SNR) и обеспечивает более высокое пространственное разрешение по сравнению с неинвазивными стратегиями.
Однако это может быть неудобно для широкого использования из-за затрат, этических проблем, низкой гибкости для размещения датчиков и отсутствия изучения срока службы его компонентов.
Наиболее часто используемые инвазивные подходы:
Электрокортикография (ЭКоГ)
Электроды помещаются под череп и фиксируют электрическую активность небольшого набора нейронов.
Если вы хотите увидеть настоящую электродную решетку, посмотрите это (Внимание: Откровенный контент!!!).
Интракортикальная запись
Электроды помещаются внутрь ткани коры и фиксируют электрическую активность небольшого набора нейронов, как и при ЭКоГ.
Неинвазивные подходы
С другой стороны, основными недостатками неинвазивных подходов являются более низкое пространственное и временное разрешение по сравнению с инвазивными подходами; тем не менее, их более целесообразно использовать из-за факторов цены, портативности, удобства использования и безопасности.
Наиболее часто используемые неинвазивные подходы:
Магнитоэнцефалография (МЭГ)
Этот метод фиксирует интенсивность магнитного поля, возникающую из-за электрических токов в мозге, с помощью датчика, называемого магнитометром.
- Преимущества: Позволяет глубже заглянуть в мозг, в отличие от ЭЭГ, которая
воспринимает только кору. - Недостатки: Требуется дорогое и громоздкое оборудование.
Функциональная ближняя инфракрасная спектроскопия (fNIRS)
В этом методе используется инфракрасный свет для отслеживания изменений кровотока, вызванных активностью нейронов в капиллярных сетях, окружающих датчик.
- Преимущества: Высокое пространственное разрешение (менее 1 см); удобство использования (портативный и носимый
- Недостатки: Низкое временное разрешение (>5 секунд)
Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ)
Этот метод отслеживает изменения кровотока и уровень кислорода по нервной активности с помощью магнитно-резонансной томографии.
- Преимущества: Высокое пространственное разрешение (1 мм)
- Недостатки: Низкое временное разрешение (> 5 секунд); дорогое и громоздкое оборудование.
Электроэнцефалография (ЭЭГ)
Этот метод направлен на регистрацию электрической активности мозга, а точнее постсинаптических потенциалов от тысяч нейронов, окружающих датчик, называемый электродом, помещенным в кожу головы.
- Преимущества: удобство использования (портативное и носимое), стоимость, высокое временное разрешение (‹ 5 миллисекунд).
- Недостатки: Низкое пространственное разрешение (1–2 см), низкое отношение сигнал-шум из-за черепа, движения скальпа, склонность к неправильному размещению электродов на коже головы.
Данные ЭЭГ можно разделить на различные полосы частот, каждая из которых представляет определенную физиологическую функцию или состояние.
Это:
- Дельта: Полоса пропускания [1–4 Гц]. Встречается во время расслабления и глубокого сна.
- Тета: полоса пропускания [4–8 Гц]. Встречается во время эмоциональной связи и расслабления.
- Альфа: Полоса пропускания [8–12 Гц]. Преимущественно обнаруживается в затылочных долях во время бодрствования с закрытыми глазами.
- Бета: Полоса пропускания [12–30 Гц]. Встречается у субъектов, выполняющих двигательную активность.
- Гамма: Полоса пропускания [30–100 Гц]. Обнаруживается во время двигательной и когнитивной деятельности, такой как мышление, запоминание и выполнение математических вычислений.
Что дальше?
В следующем посте я расскажу вам о парадигмах BCI.