Dankzij spraakmakende projecten zoals Neuralink van Elon Musk hebben brein-computerinterfaces (BCI) de afgelopen jaren wereldwijd veel aandacht getrokken. Het zal u echter misschien verbazen dat BCI-technologie al meer dan vier decennia bestaat en dat u geen operatie nodig heeft om uw eigen door de geest bestuurde projecten te creëren.

Emotiv debuteerde in 2011 en presenteerde zijn eerste draadloze EEG-headset als een revolutionair BCI-gamingapparaat. Sindsdien is de technologie aanzienlijk vooruitgegaan, samen met algoritmen voor machine learning en verbeterde hersengolfsensoren. Tegenwoordig wenden BCI-enthousiastelingen zich nog steeds tot Emotiv voor hun behoeften op het gebied van brein-computerinterface-projecten.

Of u nu een beginner bent of een ervaren professional, de wereld van BCI biedt opwindende kansen voor innovatie en ontdekking. Hier is een gids voor brein-computerinterface-apparaten om u te helpen deze fascinerende wereld te begrijpen en te betreden.

Brein-computerinterface-technologie begrijpen

Brein-computerinterface-technologie (BCI) maakt directe communicatie tussen de hersenen en externe apparaten mogelijk. Technisch gezien is elk apparaat dat hersensignalen leest een BCI. Sinds kort wordt de term voornamelijk gebruikt om BCI's te beschrijven waarmee u apparaten met uw geest kunt besturen. Dezelfde technologie die helpt bij het begrijpen van de hersenfunctie, kan hersensignalen vertalen in commando's voor verschillende taken, waaronder het besturen van een computercursor, het bewegen van prothetische ledematen en het creëren van interactieve game-ervaringen. BCI-technologie biedt nieuwe hoop aan mensen die hun ledematen niet kunnen gebruiken, naast valide vernieuwers en hobbyisten overal ter wereld.

Omdat "BCI" een modewoord is geworden in de tijdgeest, is het belangrijk om onderscheid te maken tussen de verschillende soorten brein-computerinterface-apparaten om verwarring te voorkomen, zodat consumenten en instellingen het juiste BCI-apparaat voor hen kunnen kiezen.

BCI-apparaten: chirurgie versus headset

Er zijn momenteel twee verschillende soorten brein-computerinterface-apparaten; de apparaten die in de hersenen zijn geïmplanteerd en de apparaten die hersensignalen vanaf de hoofdhuid lezen (fig. 1). Hier zijn de verschillen.

Figuur 1. Classificatie van technologieën voor de acquisitie van BCI-signalen. (a) is het classificatiediagram van de chirurgische dimensie, die drie niveaus omvat: niet-invasief, minimaal invasief en invasief. (b) toont het classificatiediagram van de detectiedimensie, die drie niveaus omvat: geen implantatie, interventie en implantatie. [1]

Intracranieel (invasief)

Bij intracraniële elektro-encefalografie (iEEG) worden elektroden rechtstreeks in het hoofd van een persoon geïmplanteerd. Hiermee kunnen artsen een duidelijk elektronisch signaal verkrijgen voor onderzoek, detectie en behandeling. Hersenimplantaten kunnen gegevens lezen, de hersenen stimuleren, of beide. Toepassingen omvatten, maar zijn niet beperkt tot, het evalueren van epileptische aanvallen [2], het behandelen van psychische aandoeningen [3], het omzeilen van verlamming, het mogelijk maken van gedachte-naar-tekst of gedachte-naar-spraak (fig. 2) en zelfs herstel van het gezichtsvermogen [4][5].

De Amerikaanse Food & Drug Administration definieert geïmplanteerde BCI-apparaten als "neuroprothesen die communiceren met het centrale of perifere zenuwstelsel om verloren motorische en/of sensorische vermogens te herstellen bij patiënten met verlamming of amputatie" [6].

Figuur 2. Casey Harrell, die aan ALS lijdt, spreekt weer met behulp van een BCI-implantaat via het klinische onderzoek van BrainGate. (Met dank aan: UC Regents)

Intracranieel (minimaal invasief)

Onderzoekers hebben geëxperimenteerd met minder invasieve methoden om directe informatie uit de hersenen te lezen. Eén methode is endovasculair (fig. 3), waarbij elektroden via een stent door de bloedvaten naar de hersenen worden gestuurd [7][8].

Een andere methode wordt elektrocorticografisch (ECoG) genoemd, waarbij elektroden chirurgisch onder de schedel moeten worden geplaatst, hetzij onder het harde hersenvlies (subduraal ECoG) of buiten het harde hersenvlies (epiduraal ECoG). De procedure is invasief, maar minder dan traditionele BCI-implantaten [9].

Figuur 3. A, Schematische weergave van de volledig geïmplanteerde brein-computerinterface (BCI). Een apparaat met elektroden is geïmplanteerd in het superieure sagittale sinusbloedvat (inzet) en aangesloten op een implanteerbare ontvanger-transmittereenheid (IRTU) in de subcutane zak. De IRTU communiceert met een externe ontvanger-telemetrie-eenheid (ERTU), die signalen doorgeeft naar een signaalbesturingseenheid voor het besturen van een laptop of tablet. B, BCI met een eyetracker voor computerbesturing. Eyetracking wordt gebruikt om de cursor te verplaatsen en BCI wordt gebruikt om te klikken. C, BCI zonder eyetracking voor computerbesturing. Een scanner voor items markeert items achtereenvolgens en de BCI wordt gebruikt om op een item te klikken wanneer het gemarkeerd is [7].

Niet-invasieve BCI (EEG-headsets)

Figuur 4. John neemt deel aan BCI4Kids, een programma dat kinderen met een handicap helpt om met hun omgeving te communiceren met behulp van brein-computerinterfaces. Je kunt Johns door hersenen aangedreven kunstwerk HIER bekijken.

Niet-invasieve BCI-apparaten gebruiken elektroden om elektrische signalen door de hoofdhuid van een persoon te lezen. Dit proces was traditioneel beperkt tot een laboratoriumomgeving, maar de komst van draadloze EEG-apparaten van onderzoekskwaliteit maakt nauwkeurige hersengolfmetingen overal mogelijk (fig. 4).

Momenteel zijn er tientallen niet-invasieve BCI-headsets op de markt – waarvan vele zijn ontworpen met één specifiek doel voor ogen, zoals slaap- of focusmonitoring. Prijzen kunnen variëren van een paar honderd dollar tot honderdduizenden dollars. Emotiv biedt het meest veelzijdige en betaalbare assortiment draadloze BCI-apparaten, variërend van twee tot 32 sensoren, die worden gebruikt door neurowetenschappers, studenten, docenten, innovators, gamers, hobbyisten en kunstenaars over de hele wereld.

Volgens een audit van collegiaal getoetste artikelen uit 2022 [10] is Emotiv het meest gebruikte consumenten-EEG-apparaat (67,69%) voor wetenschappelijk onderzoek. Onderzoekers vertrouwen op Emotiv vanwege de wetenschappelijk gevalideerde prestaties, de betaalbaarheid in vergelijking met traditionele EEG-laboratoriumapparatuur en de veelzijdigheid. Dezelfde Emotiv-headset die in een universitair laboratorium wordt gebruikt om baanbrekend onderzoek te doen naar het menselijk brein, kan worden gedeeld met de muziekafdeling voor een BCI-optreden, vervolgens worden doorgegeven aan de psychologieafdeling voor praktijkgericht leren, en worden gedeeld met een studenten-BCI-club om met door hersenkracht aangedreven drones te racen.

Emotiv BCI-apparaten

Bij Emotiv hebben we draadloze BCI-apparaten voor zowel beginners als ervaren gebruikers.

Boven: Een rolstoel wordt bestuurd met de Emotiv Flex als BCI-apparaat [11].

Boven: Een student gebruikt Epoc X en een Arduino-bord om een robotarm te besturen. (Bron: Matt Su)

Boven: Een student aan de Universiteit van Florida draagt een Emotiv Insight BCI-apparaat om een drone te besturen. (Bron)

Figuur 5. Twitch-gamer Perrikaryal gebruikt met succes een 2-kanaals Emotiv MN8 draagbaar hersenapparaat om een spelletje Halo te besturen met BCI.

Aan de slag met uw BCI-project

Hoe gebruik ik BCI?

U heeft vijf basiselementen nodig om uw BCI-project te starten.

1. Een duidelijk doel

2. Signaalverwervingsapparaat, zoals een EEG-headset van Emotiv

3. Signaalverwerkingssoftware, zoals EmotivBCI.

4. Toegewezen BCI-commando's (enige codeerervaring vereist)

5. Toegang tot het apparaat dat u wilt besturen via SDK, Arduino-bord, enz.

6. Een apparaat om BCI-commando's te ontvangen

Het juiste BCI-apparaat kiezen

Het selecteren van het juiste BCI-apparaat is cruciaal voor het succes van uw project. Hier zijn enkele belangrijke overwegingen:

Gebruiksgemak: Zoek naar een apparaat dat gebruiksvriendelijk en eenvoudig in te stellen is, vooral als u een beginner bent. Emotiv BCI-apparaten zijn binnen enkele minuten klaar voor gebruik met droge,半droge en zoutwatersensoren.

1. Functionaliteit: Zorg ervoor dat het apparaat de functies en mogelijkheden biedt die nodig zijn voor uw specifieke project. Emotiv-headsets meten de hele hersenen, maar als algemene regel geldt dat BCI beter werkt met meer sensoren. Volgens die logica gebruikt de Emotiv Flex tot 32 sensoren voor maximale hersenmeting, maar onze gebruikers vinden de Epoc X of Insight over het algemeen meer dan voldoende voor hun BCI-projecten en onderzoek. De draagbare MN8-hersenapparaten zijn daarentegen perfect voor de ontwikkeling van mobiele BCI-apps.

2. Sensorplaatsing: Let bij het kiezen van een EEG-headset op waar de sensoren zich bevinden en wat voor invloed dat heeft op uw behoeften. Sommige BCI-apparaten op de markt hebben bijvoorbeeld slechts één sensor of meerdere sensoren die zich alleen aan de achterkant van het hoofd bevinden.

3. Natte versus droge sensoren: Let op comfort en signaalkwaliteit bij het selecteren van een BCI-apparaat, vooral als u van plan bent het langere tijd te dragen. Zout water is comfortabeler dan gel, semi-droge sensoren zijn gemakkelijker te gebruiken dan zout water, and droge sensoren zijn het handigst in het gebruik. Vergelijk de signaalkwaliteit van Emotiv-apparaten.

4. Compatibiliteit: Kies een apparaat dat goed integreert met uw bestaande software- en hardwaretools. Als u BCI wilt integreren in een bestaand systeem (drones, Spotify, Internet of Things, enz.), zorg er dan voor dat u toegang heeft tot de SDK of API.

5. Ondersteuning: Kies een apparaat van een bedrijf dat goede ondersteuning biedt en een actieve gebruikerscommunity heeft. Emotiv biedt een uitgebreide Kennisbank en klantenservice.

6. Data en privacy: Uw neurale privacy is belangrijk. Daarom heeft Emotiv vanaf de eerste dag de verzameling van EEG-gegevens met het oog op privacy ontworpen. Bekijk hoe Emotiv uw hersengegevens beschermt.

Conclusie

Het starten van een BCI-project is een opwindende reis die een enorm potentieel biedt voor innovatie en impact. Of u nu een beginner of een ervaren professional bent, Emotiv biedt de tools en ondersteuning die u nodig heeft om te slagen. Met het juiste BCI-apparaat en een duidelijke visie kunt u nieuwe mogelijkheden ontsluiten.

Ontdek vandaag nog de BCI-apparaten en bronnen van Emotiv om aan de slag te gaan met uw BCI-project. Sluit u aan bij de community van innovators en onderzoekers die de toekomst van de interactie tussen mens en technologie vormgeven met BCI-technologie.

Sluit u aan bij onze ontwikkelaarscommunity

Deel uw BCI-projecten met ons! Tag #Emotiv op sociale media of stuur een e-mail naar hello@emotiv.com.

Meer hulp nodig? CONTACTEER ONS

Referenties

1. Y. Sun et al., “Signal acquisition of brain-computer interfaces: A medical-engineering crossover perspective review,” Fundamental Research, apr. 2024, doi: 10.1016/j.fmre.2024.04.011. Beschikbaar: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325824001559

2. P. S. Reif, A. Strzelczyk, and F. Rosenow, “The history of invasive EEG evaluation in epilepsy patients,” Seizure, vol. 41, pp. 191–195, apr. 2016, doi: 10.1016/j.seizure.2016.04.006.

3. Center for Devices and Radiological Health, “Implanted Brain-Computer Interface (BCI) Devices for Patients with Paralysis or Amputation - Non-clinical Testing and Clinical Considerations,” U.S. Food And Drug Administration, 20 mei 2021. https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/implanted-brain-computer-interface-bci-devices-patients-paralysis-or-amputation-non-clinical-testing

4. Y.-H. Nho et al., “Responsive deep brain stimulation guided by ventral striatal electrophysiology of obsession durably ameliorates compulsion,” Neuron, vol. 112, no. 1, pp. 73-83.e4, jan. 2024, doi: 10.1016/j.neuron.2023.09.034.

5. “Neuralink on X: ‘We have received Breakthrough Device Designation from the FDA for Blindsight.  Join us in our quest to bring back sight to those who have lost it. Apply to our Patient Registry and openings on our career page https://t.co/abBMTdv7Rh’ / X,” X (voorheen Twitter). https://x.com/neuralink/status/1836118060308271306?ref_src=twsrc%5Egoogle%7Ctwcamp%5Eserp%7Ctwgr%5Etweet

6. M. Ptito, M. Bleau, I. Djerourou, S. Paré, F. C. Schneider, and D.-R. Chebat, “Brain-Machine interfaces to assist the blind,” Frontiers in Human Neuroscience, vol. 15, feb. 2021, doi: 10.3389/fnhum.2021.638887.

7. P. Mitchell et al., “Assessment of safety of a fully implanted endovascular Brain-Computer interface for severe paralysis in 4 patients,” JAMA Neurology, vol. 80, no. 3, p. 270, mrt. 2023, doi: 10.1001/jamaneurol.2022.4847.

8. Q. He et al., “The brain nebula: minimally invasive brain–computer interface by endovascular neural recording and stimulation,” Journal of NeuroInterventional Surgery, p. jnis-021296, feb. 2024, doi: 10.1136/jnis-2023-021296.

9. R. P. N. Rao, “Semi-Invasive BCIs,” in Cambridge University Press eBooks, 2013, pp. 149–176. doi: 10.1017/cbo9781139032803.012.

10. J. Sabio, N. S. Williams, G. M. McArthur, and N. A. Badcock, “A scoping review on the use of consumer-grade EEG devices for research,” bioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory), dec. 2022, doi: 10.1101/2022.12.04.519056.

11. D. Pawuś and S. Paszkiel, “BCI wheelchair control using expert system classifying EEG signals based on power spectrum estimation and nervous tics detection,” Applied Sciences, vol. 12, no. 20, p. 10385, okt. 2022, doi: 10.3390/app122010385.