Artefak

Ketika menggunakan headset EEG, beberapa sinyal dapat mengganggu pengukuran gelombang otak. Sinyal tak diinginkan ini, disebut "artefak," datang dalam dua jenis utama:

Artefak Intrinsik: Ini disebabkan oleh biosinyal normal yang berasal dari tubuh Anda, seperti:

• Aktivitas otot wajah, leher, dan rahang: Tersenyum, menggertakkan gigi, atau mengerutkan dahi, berkedip, mengedipkan mata, mengunyah, berbicara, memutar kepala Anda (otot leher). Setiap grup otot terletak lebih dekat ke beberapa sensor EEG dan jauh lebih jauh dari yang lain, sehingga sinyal yang terdeteksi pada setiap lokasi berbeda, membuat artefak lebih sulit dihilangkan. Faktanya, Emotiv menggunakan pemrosesan sinyal dan metode pembelajaran mesin untuk mengurai distribusi sinyal otot untuk menyimpulkan grup mana yang aktif, dan dengan demikian mengidentifikasi ekspresi wajah Anda!

• Aktivitas okular: Setiap bola mata Anda memiliki konsentrasi saraf yang tinggi di permukaan belakang (retina, saraf optik) dan hampir tidak ada saraf di permukaan depan. Sebenarnya, bola mata Anda bertindak sebagai dipol besar dengan ketidakseimbangan muatan listrik dari depan ke belakang. Ketika mata Anda berputar di soketnya, medan dipol berubah arah menuju ke mana Anda melihat, dan ini terdeteksi sebagai perubahan potensial biopotensial latar belakang yang berbeda sudut relatif ke setiap sensor EEG - yang berarti ini bukan sinyal umum di seluruh sensor. Sinyal artefak tambahan dihasilkan oleh otot yang mengontrol rotasi mata Anda.

• Sinyal jantung: Jantung Anda adalah sumber signifikan dari sinyal otot mentah yang terkadang dapat dideteksi langsung oleh beberapa atau semua saluran EEG, dengan cara yang sama elektrokardiogram direkam. Kompleks P-Q-R-S-T yang khas mungkin kadang-kadang dapat diamati langsung di beberapa saluran EEG. Jenis kedua artefak jantung muncul dari pembuluh darah besar yang membesar dan menyusut saat jantung memompa darah melalui arteri Anda. Dinding arteri bersifat musculer, dan menghasilkan sinyal sekunder saat mereka membesar dan menyusut sejalan dengan detak jantung kita. Terakhir, jika Anda kebetulan meletakkan sensor berdekatan langsung dengan arteri yang signifikan, sensor tersebut dapat secara mekanis digerakkan oleh perubahan bentuk dan ukuran pembuluh darah, yang mengarah pada gerakan ritmis sensor melintasi permukaan kulit yang dapat mengubah impedansi kontak dan menginduksi tegangan palsu dalam pola siklis.

Aksi-aksi ini menciptakan sinyal otot, mata, dan biosinyal lainnya yang dapat bercampur dengan data gelombang otak. Biasanya biosinyal ini jauh lebih besar daripada sinyal otak, membuat deteksi aktivitas otak menjadi sulit kecuali beberapa bentuk penyaringan dan pemisahan sumber dilakukan.

Artefak intrinsik jatuh dalam kategori spesifik, dapat diprediksi, dan ada banyak alat pra-pemrosesan yang dapat diterapkan untuk secara selektif menghapusnya. Metode yang paling umum adalah Independent Components Analysis (ICA, tersedia di banyak perpustakaan seperti EEGLab, NME dan lainnya), dan metode Artefact Subspace Reconstruction (ASR, rASR, lebih efisien secara komputasi daripada ICA). Model-model ini bergantung pada memecah sinyal time-series menjadi komponen yang berbeda, kemudian menyusun kembali sinyal dari subset komponen ini yang tidak terkait dengan berbagai jenis artefak.

Data EEG dari Emotiv disampaikan ke PC host dalam bentuk yang sebersih mungkin, tetapi tanpa menghapus artefak biosinyal intrinsik yang mungkin menarik bagi pengguna yang berbeda, dan juga meningkatkan kemampuan metode ICA dan rASR untuk menghapus kelas artefak intrinsik yang diketahui karena sinyal mereka tidak terdistorsi oleh pemfilteran pada perangkat.

Artefak Ekstrinsik: Ini berasal dari sumber di luar, seperti:

• Sensor tergelincir, headset bergerak di kepala Anda atau terdorong

• Medan listrik yang dipancarkan dari peralatan, komputer, dan peralatan lainnya, transformator dan kabel listrik, terutama pada frekuensi saluran listrik (50/60 Hz) dan kelipatan harmonik dari frekuensi ini. Kebisingan saluran listrik seringkali menjadi sumber artefak terkuat dalam sinyal EEG. 

• Semua sistem EEG modern menggunakan konverter sinyal analog-ke-digital yang beroperasi pada frekuensi sampel tetap. Fenomena yang dikenal dengan pengambilan sampel digital adalah aliasing, yang terjadi ketika sistem pengambilan sampel menghadapi sinyal yang memiliki komponen frekuensi lebih tinggi dari 50% dari frekuensi pengambilan sampel (frekuensi Nyquist). Misalnya, saat pengambilan sampel pada 128Hz, frekuensi Nyquist adalah 64Hz, sedikit lebih tinggi daripada frekuensi saluran listrik 60Hz. Namun harmonik 60Hz: [120Hz, 180Hz, 240Hz, …] "membungkus" frekuensi Nyquist dan muncul sebagai sinyal palsu atau "alias" pada 8Hz, 24Hz, 16Hz dan seterusnya, karena sistem digital mengumpulkan bagian dari setiap siklus kedua, ketiga, keempat ... dari sinyal frekuensi tinggi ini. Tinggi harmonik radiasi saluran listrik ada karena arus dan medan yang dipancarkan dalam sistem daya jarang berupa gelombang sinus sempurna. Biasanya ada daya radiasi yang cukup besar yang dapat dideteksi hingga sekitar harmonik ke-10. Sinyal frekuensi tinggi yang di alias tersebut tak dapat dibedakan dari osilasi nyata pada frekuensi yang lebih rendah dalam rentang khas dari sinyal otak, sehingga mereka harus dihapus dari sinyal yang masuk sebelum disajikan ke sistem pengambilan sampel.

• Medan listrik statis dari objek bermuatan dan orang di sekitarnya: Akumulasi muatan elektrostatik dapat menghasilkan perbedaan potensial hingga ribuan volt antara Anda dan orang lain serta objek di sekitar. Misalnya objek yang bermuatan positif akan menarik muatan negatif dalam tubuh dan kepala Anda ke arah objek tersebut, dan muatan negatif akan ditolak, menghasilkan distribusi potensial tubuh yang tidak merata di bawah sensor EEG yang berbeda. Perangkat Emotiv menggunakan sensing yang dikopel AC (filter tinggi analog), dengan satu titik referensi, untuk melepaskan distribusi muatan statis yang tidak merata hingga sejauh tertentu. Namun, jika Anda atau salah satu sumber bermuatan ini bergerak, muatan di tubuh Anda bergerak, menyebabkan perubahan potensial, yang cukup cepat untuk ditransmisikan melalui filter.

• Potensial elektrostatik Anda dapat berubah perlahan atau seketika jika Anda mengalami muatan atau melepaskan diri dengan cepat, seperti berjalan di atas karpet atau menyentuh objek logam, mungkin menghasilkan percikan. Potensial tubuh Anda dapat berubah puluhan ribu volt dalam sekejap, beberapa detik, atau lebih lama. Perubahan ini dapat sementara mengalahkan sirkuit pembatalan potensial tubuh dalam sistem EEG yang dapat dipakai, mengakibatkan lonjakan besar dan pemulihan yang lambat pada sinyal EEG.
  Sistem EEG berbasis laboratorium dapat dilindungi terhadap banyak artefak ini, misalnya dengan membatasi pergerakan subjek, menyaring laboratorium dengan listrik, memasang kabel pembumian ke subjek untuk mencegah pembentukan muatan elektrostatis, frekuensi sampel yang sangat tinggi, dan lain-lain.
  
  Sistem EEG nirkabel bertenaga baterai tidak dapat mengandalkan langkah-langkah ini dan oleh karena itu harus menggunakan berbagai strategi mitigasi. Tingkat transmisi data harus seimbang dengan umur baterai, karena pemancar nirkabel cukup boros daya.

Mengurangi Gangguan

Headset EEG dirancang untuk meminimalkan kebisingan yang tidak diinginkan. Sebagian besar sumber kebisingan eksternal seperti listrik statis dan gangguan elektromagnetik (mis. kebisingan 50/60 Hz dan harmonis dari saluran listrik) muncul sebagai Kebisingan Mode Umum, di mana potensi tubuh mendasar berosilasi dengan cara yang hampir sama di seluruh sensor. 

Perangkat Emotiv menggunakan sensor referensi titik tunggal (CMS) untuk mengukur potensi tubuh, digabungkan dengan sistem pembatalan aktif di domain analog (sinyal CMS dibalik dan diberikan kembali ke sensor DRL untuk membatalkan osilasi Mode Umum dan mendapatkan tingkat referensi EEG noise-rendah untuk amplifier input diferensial. Filter analog high-pass (pengkopelan AC) dan low-pass (filter analog anti-alias), oversampling signifikan pada 2048Hz, diikuti oleh filter digital sub-Nyquist berturut-turut, filter notch ganda 50/60Hz dan down-sampling ke frekuensi transmisi data (128 atau 256Hz) di domain digital di prosesor DSP di headset sebelum transmisi. Langkah-langkah ini melemahkan hampir semua sumber kebisingan eksternal hingga tingkat yang tidak dapat dideteksi saat headset difilter dengan benar dan impedansi kontak rendah.

Artefak gerakan diminimalkan oleh desain mekanis kami yang secara independen mendukung setiap sensor dan menyesuaikan dengan ukuran dan bentuk setiap pengguna.

Bagaimana EmotivPRO Menangani Data

Data EEG dalam EmotivPRO dicatat persis seperti yang diterima dari headset. Perangkat lunak tidak secara otomatis menghapus artefak dari gerakan otot atau mata karena teknik pembersihan data (seperti ICA) bekerja lebih baik pada data mentah yang tidak difilter. Namun, seperti yang diuraikan di atas, headset Emotiv menerapkan pemrosesan sinyal yang dirancang cermat yang membantu menghasilkan sinyal bersih saat headset memiliki kontak yang baik, membuat data gelombang otak lebih mudah dianalisis.