نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی پزشکی، گروه مهندسی پزشکی، دانشگاه سمنان، سمنان

2 استادیار، گروه مهندسی پزشکی، دانشگاه سمنان، سمنان

10.22041/ijbme.2018.91376.1390

چکیده

پتانسیل برانگیخته‌ی حالت ماندگار حس‌های تنی (SSSEP)، یکی از سیگنال‌های کنترلی برای رابط‌های مغز-رایانه (BCI) است که مبتنی بر انعکاس تحریک لرزشی پوست با فرکانس‌های مشخص در سیگنال‎های مغزی است. سیستم‌های BCI مبتنی بر SSSEP در مقایسه با سیستم‌های BCI مبتنی بر تحریک بینایی، خستگی بینایی ایجاد نمی‌کنند و به ویژه در بیمارهای با سندروم قفل‌شدگی یا اسکلروز جانبی آمیوتروفیک (ALS) می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند. تاکنون مطالعات کمی در زمینه‌ی SSSEP و کاربردهای آن در سیستم‌های BCI صورت گرفته که دلیل آن چالش ‌برانگیز بودن پیاده‌سا‌زی سخت‌افزار این سیستم‌ است. در این مقاله، یک دستگاه ایجاد کننده‌ی تحریک لرزشی مبتنی بر عمل‌گر موتور لرزشی، پیشنهاد و ساخته شده است. این دستگاه دارای دو کانال خروجی مجزا برای اعمال تحریک لرزشی به دو نقطه‌ی متفاوت بدن است. فرکانس‌های خروجی هر کانال در بازه‌ی 35-15 هرتز با گام یک هرتز تنظیم‌پذیر هستند. برای جلوگیری از انتشار نویز الکترومغناطیس، عمل‌گرهای لرزشی و تمامی اجزای دستگاه، شیلد شده‌اند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Design and Construction of a Vibrational Stimulation Device for Brain-Computer Interface Applications based on Steady State Somatosensory Evoked Potentials

نویسندگان [English]

  • Sepide Khoneiveh 1
  • Ali Maleki 2

1 Master Student, Biomedical Engineering Department, Semnan University, Semnan, Iran

2 Assistant Professor, Biomedical Engineering Department, Semnan University, Semnan, Iran

چکیده [English]

Steady state somatosensory evoked potential (SSSEP) is one of the control signals of brain-computer interfaces (BCI), based on the reflection of skin vibrational stimulation with specific frequencies in brain signals. BCI systems based on SSSEP do not cause visual fatigue in comparison with SSVEP based BCI systems, and they can be used for locked-in or amyotrophic lateral sclerosis (ALS) patients. So far, few studies have been done on SSSEP and its applications in BCI systems, because the hardware implementation of this system is challenging. In this paper, a vibrational stimulation device based on vibrational motor has been developed. This device has two separate output channels for applying vibrational stimulation to two different points of the body. The output frequency of each channel is adjustable in the range of 15 to 35 Hz with a step of 1 Hz. All parts of the device and the actuators have been shielded to prevent the emission of electromagnetic noise.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Steady State Somatosensory Evoked Potentials (SSSEP)
  • Brain-Computer Interfaces
  • Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS)

[1]     آهنین‌جان فاطمه، مالکی علی، "توسعه یک واسط مغز-کامپیوتر مبتنی بر پتانسیل برانگیخته‌ی بینایی حالت ماندگار برای تایپ متون فارسی"، مجله دانشکده پزشکی اصفهان، دوره‌ی 34، شماره‌ی 393، صفحات 914-918، 1395.

[2]             Ahn, S., et al., Achieving a hybrid brain–computer interface with tactile selective attention and motor imagery. Journal of neural engineering, 2014. 11(6): p. 066004.

[3]     Ahn, S. and S.C. Jun. Feasibility of hybrid BCI using ERD-and SSSEP-BCI. in Control, Automation and Systems (ICCAS), 2012 12th International Conference on. 2012. IEEE

[4]     4.     Breitwieser, C., C. Pokorny, and G.R. Müller-Putz, A hybrid three-class brain–computer interface system utilizing SSSEPs and transient ERPs. Journal of neural engineering, 2016. 13(6): p. 066015.

[5]     Yao, L., et al., Combining motor imagery with selective sensation toward a hybrid-modality BCI. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 2014. 61(8): p. 2304-2312.

[6]     Sadeghi, Sahar, and Ali Maleki. "Recent advances in hybrid brain-computer interface systems: a technological and quantitative review." Basic and Clinical Neuroscience (2017): 0-0 (impress)

[7]     Nam, Y., Koo, B., & Choi, S. (2014, February). Spatial patterns of SSSEP under the selective attention to tactile stimuli in each hand. In Brain-Computer Interface (BCI), 2014 International Winter Workshop on (pp. 1-4). IEEE.

[8]     Kim, K. T., & Lee, S. W. (2014, February). Steady-state somatosensory evoked potentials for brain-controlled wheelchair. In Brain-Computer Interface (BCI), 2014 International Winter Workshop on (pp. 1-2). IEEE.

[9]     Giabbiconi, C. M., Dancer, C., Zopf, R., Gruber, T., & Müller, M. M. (2004). Selective spatial attention to left or right hand flutter sensation modulates the steady-state somatosensory evoked potential. Cognitive brain research, 20(1), 58-66.

[10] Adler, J., Giabbiconi, C. M., & Müller, M. M. (2009). Shift of attention to the body location of distracters is mediated by perceptual load in sustained somatosensory attention. Biological psychology, 81(2), 77-85.

[11] Homma, T., Ino, S., Kuroki, H., Izumi, T., & Ifukube, T. (2004, September). Development of a piezoelectric actuator for presentation of various tactile stimulation patterns to fingerpad skin. In Engineering in Medicine and Biology Society, 2004. IEMBS'04. 26th Annual International Conference of the IEEE (Vol. 2, pp. 4960-4963). IEEE.

[12] Choi, S., & Kuchenbecker, K. J. (2013). Vibrotactile display: Perception, technology, and applications. Proceedings of the IEEE, 101(9), 2093-2104.

[13] C2 Tactor-Data sheet, Engineering Acoustics, Inc. Casselberry, FL, USA [Online]. Available: http://www.eaiinfo.com/(accessed jul 24 ,2017).

[14] Smith, D. J., Varghese, L. A., Stepp, C. E., & Guenther, F. H. (2014, August). Comparison of steady-state visual and somatosensory evoked potentials for brain-computer interface control. In Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2014 36th Annual International Conference of the IEEE (pp. 1234-1237). IEEE.

[15] Pokorny, C., Breitwieser, C., & Muller-Putz, G. R. (2014). A tactile stimulation device for EEG measurements in clinical use. IEEE transactions on biomedical circuits and systems, 8(3), 305-312.

[16] https://www.precisionmicrodrives.com/product/306-117-7mm-vibration-motor-25mm-type/ (accessed Jul 24, 2017).

[17] Snyder, Abraham Z. "Steady-state vibration evoked potentials: description of technique and characterization of responses. " Electro-encephalo-graphy and Clinical Neurophysiology/Evoked potentials Section 84.3 (1992): 257-268.

[18] http://www.atmel.com/Images/Atmel-8155-8-bit-Microcontroller-AVR-A-Tmega32A-_Datasheet.pdf/(accessed Jul 24, 2017).

[19] http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm317.pdf/(accessed Jul 24, 2017).

[20] http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm317.pdfww.ti.com/lit/ds/symlink/opa548.pdf/(accessed Jul 24, 2017).

[21] https://www.sparkfun.com/datasheets/Components/LM7809.pdf/(accessed Jul 24, 2017).

[22] https://www.sparkfun.com/datasheets/Components/LM7805.pdf/(accessed Jul 24, 2017).