Iranian Journal of Biomedical Engineering (IJBME)

خستگی در پارادایم‌های رابط مغز-رایانه: یک مطالعه مقایسه‌ای

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه سمنان

2 عضو هیات علمی

چکیده
رابط مغز-رایانه (BCI) با تفسیر فعالیت‌های مغزی، کنترل دستگاه‌های خارجی را بدون نیاز به حرکت فیزیکی ممکن می‌سازد. در این بین الکتروانسفالوگرام به علت غیرتهاجمی بودن، وضوح زمانی بالا بیشتر مورد استفاده است. BCI شامل سه پارادایم اصلی پتانسیل برانگیخته مرتبط با رویداد (ERP)، تصور حرکتی (MI) و پتانسیل برانگیخته بینایی حالت ماندگار (SSVEP) است. امروزه از BCI در کاربردهای عملی استفاده می‌شود. یکی از چالش‌های استفاده طولانی‌مدت از BCI در کاربردهای عملی، خستگی کاربر است. تاکنون خستگی در پارادایم‌های مختلف BCI به شیوه‌ای نظام‌مند با یکدیگر مقایسه نشده‌اند. این پژوهش با استفاده از نشانگرهای فرکانسی به دست آمده از سیگنال‌های الکتروانسفالوگرام قبل و بعد از انجام وظایف، تاثیر خستگی را در پارادایم‌های مختلف مقایسه می‌کند. نشانگرها از سه الکترود Oz، Cz و Fz که در مکان‌های مختلفی بر روی سر قرار دارند با یکدیگر مقایسه شدند. یافته‌ها نشان می‌دهد خستگی ناشی از انجام وظایف باعث افزایش تمامی نشانگرهای فرکانسی در هر سه الکترود می‌شود. درحالی که استراحت به کاهش آن‌ها منجر می‌شود. هرچه مدت استراحت طولانی‌تر باشد، این کاهش بیشتر است، برای پایگاه داده مورد استفاده زمان اختصاص‌یافته برای استراحت کافی نبود تا سطح خستگی کاربران به حالت اولیه بازگردد. همچنین، مقایسه پارادایم‌ها نشان داد MI بیشترین میزان خستگی را ایجاد می‌کند و پس از آن به ترتیب ERP و SSVEP قرار دارند. با استفاده از معیار نرخ انتقال اطلاعات (ITR) برای مقایسه، SSVEP دارای بالاترین ITR در مقایسه با دیگر پارادایم‌های BCI است. بالاترین مقدار ITR و خستگی کمتر کاربران در انجام وظایف SSVEP باعث شده این پارادایم به عنوان مناسب‌ترین گزینه برای کاربردهای عملی مطرح شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Fatigue in Brain-Computer Interface Paradigms: A Comparative Study

نویسندگان English

Soroush Arghan 1
Ali Maleki 2
1 Semnan University
چکیده English

A brain-computer interface (BCI) enables the control of external devices by interpreting brain activity without the need for physical movement. Among various neuroimaging techniques, electroencephalography (EEG) is widely used due to its non-invasiveness and high temporal resolution. BCI systems primarily rely on three major paradigms: event-related potential (ERP), motor imagery (MI), and steady-state visual evoked potential (SSVEP). Today, BCIs are employed in practical applications. One of the challenges in long-term BCI usage is user fatigue. To date, fatigue levels across different BCI paradigms have not been systematically compared. This study investigates the effects of fatigue in different BCI paradigms by analyzing frequency-based fatigue biomarkers derived from EEG signals before and after tasks. The biomarkers were compared across three electrodes—Oz, Cz, and Fz—positioned at different scalp locations. The findings indicate that task-induced fatigue increases all frequency-based biomarkers across all three electrodes, whereas rest periods lead to their reduction. Prolonged rest durations resulted in greater reductions; however, in the dataset, the allocated rest time was insufficient for users' fatigue levels to return to baseline. Furthermore, a comparison of the paradigms revealed that MI induces the highest level of fatigue, followed by ERP and SSVEP, respectively. When evaluated using the information transfer rate (ITR) criterion, SSVEP demonstrated the highest ITR among the BCI paradigms. The combination of the highest ITR and lower user fatigue in SSVEP-based BCI paradigm suggests that this paradigm is the most suitable option for practical BCI applications.

کلیدواژه‌ها English

Brain-Computer Interface
Event-Related Potential
Motor Imagery
Steady-State Visual Evoked Potential
Fatigue
دوره 19، شماره 1
بهار 1404
صفحه 17-29

  • تاریخ دریافت 17 اردیبهشت 1404
  • تاریخ بازنگری 18 تیر 1404
  • تاریخ پذیرش 23 مرداد 1404