BCI初心者のための包括的な内訳。

1. はじめに いらっしゃいませ！この2回目のチュートリアルでは、刺激に対する脳の反応のマークの付け方について学びます。私たちは以下について学びます：事象関連電位（ERP）とは何ですか？ERPのピークとコンポーネントとは何ですか？ERPを得るための一般的な手順 Emotiv EPOCデバイスとソフトウェアを使った実用的な応用 2. 事象関連電位（ERP）とは？事象関連電位（ERP）は、誘発電位とも呼ばれ、音の大きなトーンを聞くようなイベントや刺激に対する脳の反応です。具体的には、それは感覚または認知イベントの結果としてEEGに見られる電圧振幅の変化です。私たちは、刺激の発生後に発生する安定したピークである「ERPコンポーネント」を観察できます。ERPは多くの正のピークまたは負のピークを持つことがありますが、N100やP300コンポーネントのような十分に特徴付けられたすべてではありません。EEGを時間領域で見るときは、軸の方向に注意してください。特に臨床EEGにおいて、しばしば軸の上部に-、下部に+が見られます。注：ERPは、単一のイベントから表現されるか、そのイベントの複数の試行にわたって振幅を平均化することで表現できます。通常、画像のようにそのような明確なコンポーネントを持つ滑らかなERPは、100回の試行を平均化することによってのみ得られます。 図1 - 一般的な聴覚ERPコンポーネント 一般的なコンポーネントは、その極性（すなわち、正（P）または負（N））および発生するタイミング（例：1番目の負コンポーネントN1）によって特徴付けられます。同じN1コンポーネントは、発生した時間（例：トーンの発生から100ms）によっても識別できます - N100 3. ERPを得るための手順 実験フェーズ：私たちは特定の関心のあるERPを得るために実験を設計します。たとえば、参加者が音のトーンを聞いている間、EEGを収集することがあります。EEGデータを理解するためには、参加者がトーンを聞いたタイミングをEEGの中でマークしなければなりません。これをイベントマーカー（図2の垂直赤線）と呼びます。 図2 - 生のEEGに表示されたイベントマーカー（赤線） トーンの開始とイベントマーカーのタイミングを正確に合わせることは、ERPを見るために非常に重要です！したがって、正確なタイムスタンプを得るために、適切なハードウェアとソフトウェアを選択することが重要です。 参照の選択 電気活動は常に2つの点の間で測定されることを覚えておいてください。EEGデバイスでは、各センサーの電位は参照センサー（DRL + CMS）に対して測定されます。Emotiv EPOCデバイスには、参照センサーのオプションが2つあります。 図3 - Emotiv EPOCタイプデバイスにおける参照オプション EPOCタイプのヘッドセットには、参照のための2つのオプションがあります： マスティド参照 - マスティドを参照センサーとして使用するには、P3/P4センサーにゴムストッパーを付け、マスティドセンサーに湿らせたフェルトを置きます。 P3/P4参照 - P3/P4を参照センサーとして使用するには、M1/M2マスティドセンサーにゴムストッパーを取り付け、P3/P4センサーに湿ったフェルトを置きます。ERP実験ではマスティド参照を使用するのが一般的ですが、データをオンラインで再参照することができるため、P3/P4参照を使用することもできます。データを分析する前に、すべてのセンサーの平均にデータを再参照することが一般的です。私たちの実験ではマスティド参照を使用してデータを収集します。ここでの良い仮定は、マスティドプロセスが脳の周りで行われているものよりもEEGデータをあまり伝達しないことなので、良い参照点です。 前処理：生のEEGではERPを見ることはできません。なぜなら、それは周辺で起こっているすべてに比べて非常に小さな効果（±5uV）だからです！したがって、特定のトーンに特有の脳の効果を見るためには、ノイズやアーチファクトを取り除くためにデータをクリーンにする必要があります。次に、データを「エポック」に分割します - これは、私たちが定義した時間ウィンドウの中で脳の反応をチャンクするための用語です（例：トーンの50ms前から始まり、トーンの400ms後まで）。次に、すべてのエポック化されたEEGデータ（すなわち、すべてのトーンに対する脳の反応）を平均化し、明確なERPを得ます。以下は、典型的なERPパイプラインの基本的なステップです。研究者は、データと目的に応じてステップを選択します。 図4 - 典型的なERP処理パイプライン 4. 自分のERPを得よう 最初にソフトウェアを設定しましょう 最新バージョンのPsychoPyをダウンロードします - https://www.psychopy.org/ 参加者にトーンを提示するためにPsychoPyを使用します。EEGを記録して表示するためにEmotiv LauncherとEmotivPROアプリを入手します。PsychoPyとあなたのEmotivソフトウェアを接続して通信できるようにします。ビデオの手順に従ってください：PsychoPyでEMOTIV EEG実験を構築する 様々な刺激（例：画像、トーン）の複数の繰り返しを使用して滑らかなERPを得ることができます。ここでは、参加者に同じ50msのトーンを4秒ごとに約150回提示します！ビデオに従って、単一のトーンを持つ簡単な聴覚実験を構築しましょう： データを取得しよう 参照を選択したので、ヘッドセットを設定して最高品質のEEGを得る方法を学ぶためにビデオを見ます：EmotivPRO AnalyzerでのERPパイプライン ビデオを見て自分のERPを生成する手順に従ってください：AnalyzerからのERP出力の理解 チャンネルごとに、平均波形が表示されます。典型的な滑らかなERPには、100msでの負のピークが見られます。実線は平均振幅を示し、淡い陰影は平均の標準エラーを示します： ここに明確なERPコンポーネントがない騒がしい波形があります。これは、試行の数が少ないことに起因する可能性があります： 考慮すべきこと 参加者間でERPを比較する際には、一般的に差の効果を比較する方が望ましいです。たとえば、頻繁に発生するトーン（標準）に対する平均ERPと、発生頻度が低いトーン（逸脱/異常）の間で比較することができます。異なる波形の振幅を単純に引き算することで、差波形を得ることができます。図5のように、私たちは環境のパターンに対する違反があるときに一般的にERP研究で知られているERPコンポーネント、いわゆるミスマッチネガティビティ（MMN）を観察できます。 図5 - 環境のパターンに違反があるときにERP内で観察できるミスマッチネガティビティコンポーネント 5. ERPの応用 バイオマーカーの特定：ERPの最も一般的な応用の1つは、臨床研究者が統合失調症のような精神的障害を診断するためのより良い方法を見つけることです。統合失調症を患う人々は、そのミスマッチネガティビティ反応に基づいて健康な対照から区別することができます。 図6 - ミスマッチネガティビティの振幅は、慢性統合失調症、最近発症したケース、およびその障害を発展するリスクがある者に比べて有意に高い（Jashan 2012） ERP - BCI（脳コンピュータインターフェース） 異なる精神的命令や視覚刺激（（キーボードの文字など）に対するERPは、車椅子を動かしたりBCIスピーラーを動かすために使用されます 6. リソース Emotivマニュアル EmotivPROビルダーマニュアル EmotivPROマニュアル EmotivPROアナライザーマニュアル 推奨文献 Luck, S.J., 2005. ERP実験を設計し解釈するための10の簡単なルール。事象関連電位：方法ハンドブック、4。