view in publisher's site

Stress-induced effects in resting EEG spectra predict the performance of SSVEP-based BCI

Most research in Brain-Computer-Interfaces (BCI) focuses on technologies to improve accuracy and speed. Little has been done on the effects of subject variability, both across individuals and within the same individual, on BCI performance. For example, stress, arousal, motivation, and fatigue can all affect the electroencephalogram (EEG) signals used by a BCI, which in turn impacts performance. Overcoming the impact of such user variability on BCI performance is an impending and inevitable challenge for routine applications of BCIs in the real world. To systematically explore the factors affecting BCI performance, this study embeds a Steady-State Visually Evoked Potential (SSVEP) based BCI into a game with a purpose (GWAP) to obtain data over significant lengths of time, under both high- and low-stress conditions. Ten healthy volunteers played a GWAP that resembles popular match-three games, such as Jewel Quest, Zoo Boom, or Candy Crush. We recorded the target search time, target search accuracy, and EEG signals during gameplay to investigate the impacts of stress on EEG signals and BCI performance. We used Canonical Correlation Analysis (CCA) to determine whether the subject had found and attended to the correct target. The experimental results show that SSVEP target-classification accuracy is reduced by stress. We also found a negative correlation between EEG spectra and the SNR of EEG in the frontal and occipital regions during gameplay, with a larger negative correlation for the high-stress conditions. Furthermore, CCA also showed that when the EEG alpha and theta power increased, the search accuracy decreased, and the spectral amplitude drop was more evident under the high-stress situation. These results provide new, valuable insights into research on how to improve the robustness of BCIs in realworld applications.

اثرات استرس القا شده در طیف EEG استراحت، عملکرد BCI مبتنی بر SSVEP را پیش‌بینی می‌کند.

بیشتر تحقیقات در زمینه مغز کامپیوتر (BCI)بر فن‌آوری‌های بهبود دقت و سرعت تمرکز دارند. تاثیر تغییرپذیری موضوع، هم در میان افراد و هم در درون یک فرد، بر عملکرد BCI اندک است. به عنوان مثال، استرس، برانگیختگی، انگیزش و خستگی همه می‌توانند بر سیگنال‌های الکتروآنسفالوگرام (EEG)مورد استفاده توسط یک BCI تاثیر بگذارند، که به نوبه خود بر عملکرد تاثیر می‌گذارد. غلبه بر تاثیر چنین تنوع کاربری بر عملکرد BCI یک چالش قریب‌الوقوع و اجتناب‌ناپذیر برای کاربردهای معمول BCI ها در دنیای واقعی است. به منظور بررسی سیستماتیک عوامل موثر بر عملکرد BCI، این مطالعه یک پتانسیل پیوسته وضعیت پایدار (SSVEP)مبتنی بر BCI را در یک بازی با هدف (GWAP)برای به دست آوردن داده‌ها در طول زمان قابل‌توجه تحت هر دو شرایط تنش بالا و پایین تعبیه می‌کند. ده داوطلب سالم یک GWAP را بازی کردند که شبیه مسابقه مشهور است - سه بازی مانند جول کوئست، باغ‌وحش بوم، یا کندی کراش. ما زمان جستجوی هدف، دقت جستجوی هدف و سیگنال‌های EEG را در طول بازی ثبت کردیم تا اثرات استرس را بر روی سیگنال‌های EEG و عملکرد BCI بررسی کنیم. ما از تجزیه و تحلیل روابط متقابل متعارفی (CCA)برای تعیین اینکه آیا موضوع پیدا شده و به هدف درست توجه شده‌است یا خیر، استفاده کردیم. نتایج تجربی نشان می‌دهند که دقت طبقه‌بندی هدف SSVEP به وسیله تنش کاهش می‌یابد. ما همچنین یک همبستگی منفی بین طیف EEG و SNR در نواحی پیشانی و پس‌سر در طول بازی با یک همبستگی منفی بزرگ‌تر برای شرایط با استرس بالا یافتیم. علاوه بر این، CCA همچنین نشان داد که هنگامی که امواج EEG آلفا و تتا افزایش یافتند، دقت جستجو کاهش یافت و افت دامنه طیفی تحت شرایط تنش بالا مشهودتر بود. این نتایج دیدگاه‌های جدید و ارزشمندی را در مورد تحقیق در مورد چگونگی بهبود استحکام BI ها در کاربردهای دنیای واقعی فراهم می‌کند.
ترجمه شده با


پر ارجاع‌ترین مقالات مرتبط:

  • مقاله Computer Science Applications
  • ترجمه مقاله Computer Science Applications
  • مقاله کاربردهای علوم کامپیوتر
  • ترجمه مقاله کاربردهای علوم کامپیوتر
  • مقاله Biomedical Engineering
  • ترجمه مقاله Biomedical Engineering
  • مقاله مهندسی پزشکی
  • ترجمه مقاله مهندسی پزشکی
  • مقاله General Neuroscience
  • ترجمه مقاله General Neuroscience
  • مقاله علم اعصاب عمومی
  • ترجمه مقاله علم اعصاب عمومی
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.