Intrefata creier-calculator ( in continuare ICC), se refera la sistemele de comunicare destinate culegerii informatiei activitatii corticale (intentiile utilizatorului) si transformarea acestor semnale in controlul si comanda unor dispozitive care sunt destinate imbunatatirii conditiei umane, ca de exemplu o neuroproteza, un calculator, sau  un carucior electric. O interfata creier-calculator este compusa din patru module principale: sistem de prelevare semnale EEG (care reprezinta obiectul prezentului proiect propus), sistem de prelucrare informatie, sistem de interpretare date, si sistem de control si comanda, dupa cum se poate vedea si din schema bloc prezentata in figura 1.

Fig. 1   Structura unei interfete creier-calculator (ICC)

In prezent sunt multe echipe de cercetare implicate in studiul acestor sisteme. In 1994 erau numai sase grupuri care se ocupau de cercetarea ICC, in 2000 erau 20, in 2002 erau 38, iar in 2008 erau peste o suta. Rezultatele obtinute in urma cercetarilor facute pana in prezent nu sunt concludente: daca in domeniul prelucrarii informatiei si interpretarea datelor se remarca un progres evident, in domeniul prelevarii biosemnalelor se observa diferite abordari si rezultate nu foarte precise si concrete, necesitand un hardware complicat, adaptat si improvizat scopului. Majoritatea echipelor de cercetare lucreaza cu semnale simulate sau prelevate off-line, numai cateva colective folosesc echipamente EEG in timp real adaptate mai mult sau mai putin la cerintele majore ale unui sistem ICC. Cert este, ca la ora actuala nu exista in lume un echipament de prelevare biosemnale adecvat, produs in serie, destinat sistemelor ICC. Exista cateva produse de larg consum destinate jocurilor de calculatoare, care contin elementele unui astfel de sistem, dar si acestea se limiteaza doar la categoria de ICC dependente (nu utilizeaza caile normale de iesire ale creierului pentru a transporta mesaje, acesta fiind transmis de nervii periferici si muschi).

Desi proiectul propus are drept scop principal studierea, modelarea, experimentarea si stabilirea solutiilor si procedeelor, care stau la baza realizarii unui produs pentru inregistrarea si prelucrarea semnalelor EEG destinate diferitelor echipamente ICC, se remarca fapul, ca rezultatele cercetarii se vor putea aplica si la realizarea altor produse similare, care se bazeaza pe prelevarea biosemnalelor in conditii neinvazive.  De exemplu: realizarea unor electrozi activi, portabili pentru prelevare  biosemnale EEG, EMG, ECG, realizarea unor aparate medicale de inalta performanta (inregistrator EEG, inregistrator ECG, sistem de monitorizare de la distanta a functiilor vitale, sisteme de supraveghere a pacientului, masurarea performantelor sportive, etc.). De asemenea rezultatele cercetarilor se pot aplica si pentru dezvoltarea si productia unor aparate din sfera nemedicala, de exemplu: module de amplificatoare de instrumentatie, amplificatoare de masura pentru aplicatii industriale, sisteme de automatizare distribuite cu comunicatii fara fir, noduri de control incorporate cu consum ultra redus de putere, alimentarea neconventionala a modulelor incorporate distribuite, etc.

LAMBDA COMMUNICATION SRL are o experienta indelungata (peste 15 ani) in dezvoltarea, pregatirea de fabricatie si  lansarea pe piata a numeroase produse electronice noi destinate pentru diferite domenii de activitate (17 produse noi). Proiectul propus necesita un efort  intelectual si material important,  dar rezultatele cercetarii conduc la realizarea unor produse de mare cautare pe piata, a caror complexitate de productie se potrivesc perfect cu experienta si pregatirea profesionala a societatii.

Pe plan international se fac eforturi deosebite pentru conceperea si realizarea unor echipamente pentru inregistrarea si prelucrarea semnalelor EEG destinate sistemelor ICC. In figura 2. se prezinta schema bloc a unui sistem modern de achizitie si procesare a semnalelor EEG.

Particularitatile principale ale echipamentelor de inregistrare si prelucrare semnale EEG destinate sistemelor ICC, prin care ele se deosebesc de sistemele EEG conventionale, sunt urmatoarele:

  • electrod activ de masurare de conceptie noua
  • conditionarea semnalului analogic completata cu conditionare numerica
  • conversie analog numerica de conceptie noua
  • preprocesare numerica la nivel de electrod activ distribuit
  • transmisie fara fir a semnalelor
  • procesarea numerica adaptiva, corelata cu numarul mare de canale EEG (64-256)
  • reducerea extrema a consumului de energie si metode speciale (neconventionale) de alimentare
  • rezistenta ridicata la perturbatii, recunoasterea si eliminarea artefactelor
  • miniaturizarea si portabilitatea echipamentului, fara a deranja activitatea normala a persoanei

Fig. 2   Schema bloc sistem de achizitie si procesare semnale EEG

Pentru realizarea dezideratelor mai sus enumerate, este nevoie de o activitate intensa de cercetare in vederea identificarii metodelor si variantelor potrivite, modelarea, experimentarea si verificarea solutiilor optime, introducand principii si conceptii noi in cel putin 3 directii.

Astfel, electrodul de prelevare semnale trebuie sa se bazeze pe un nou principiu. Electrozii actuali rezistivi (cu contact direct) au avantajul prezentarii unui contact bun cu rezistenta scazuta (datorita pastei conductoare folosite), o sensibilitate scazuta la zgomote si tensiuni de polarizare, dar au marele dezavantaj (eliminatoriu in cazul echipamentelor destinate ICC), ca scalpul trebuie preparat inaintea aplicarii electrozilor, iar efectul pepararii nu dureaza mult, de regula dupa 1-2 ore de masurari trebuiesc facute corectii si interventii.

De asemenea intreg lantul de conditionare a semnalelor (diferentiere, preamplificare, filtrare analogica, amplificare, converise analog-numerica, filtrare digitala, preprocesare numerica) trebuie sa fie de conceptie noua cel putin din 5 motive principale: parametri semnalelor prelevate (amplitudine, impedanta, faza, etc.) se modifica radical din cauza noilor conditii; cel putin canalul analogic de conditionare trebuie integrat in electrodul de masura pentru a satisface noile conditii; canalul digital va trebui sa preia o parte a functiilor canalului analogic si suplimentar va trebui sa contina unele functii noi (filtrare adaptiva, amplificare digitala, compresie de date, etc.); intreg lantul de conditionare trebuie sa fie portabil (sa fie purtat pe cap o perioada lunga de timp), de unde rezulta necesitatea folosirii unor tehnologii speciale (miniaturizare extrema, utilizarea unor module si componente electronice puternic integrate, folosirea unor componente cu consum de energie ultra-redus); si folosirea tehnicii de comunicare fara fir (wireless) cu restul echipamentului.

In sfarsit procesarea numerica a semnalelor, la nivel de echipament trebuie sa se adapteze radical noilor conditii. O parte din procesele matematice de conversie si analiza a datelor extrasa din semnalele achizitionate, trebuiesc executate la nivel de microcontroloare distribuite in lantul de achizitie, pentru a face fata cerintelor de interpretare a datelor in timp real si a permite urmatoarelor module din lantul de echipamente ICC de a intervenii si a controla elementele de actionare din cadrul sistemului.

Inapoi