Dankzij spraakmakende projecten zoals Neuralink van Elon Musk hebben brein-computerinterfaces (BCI) de afgelopen jaren wereldwijd veel aandacht gekregen. Je zult echter versteld staan wanneer je leert dat BCI-technologie al meer dan vier decennia bestaat en dat je geen chirurgische ingreep nodig hebt om je eigen "door de geest gestuurde" projecten te creëren.

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

Of je 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-computerinterfaceapparaten om je te helpen deze fascinerende wereld te begrijpen en te betreden.

Brein-computerinterfacetechnologie begrijpen

Brein-computerinterface (BCI) technologie 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 BCIs te beschrijven waarmee je apparaten met je "geest kunt besturen". Dezelfde technologie die helpt om de hersenfunctie te begrijpen, kan hersensignalen vertalen in commando's voor verschillende taken, waaronder het besturen van een computermuis, het bewegen van prothesen en het creëren van interactieve game-ervaringen. BCI-technologie biedt nieuwe hoop aan mensen die hun ledematen niet kunnen gebruiken, evenals aan valide vernieuwers en hobbyisten overal ter wereld.

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

BCI-apparaten: Chirurgie vs. Headset

Er zijn momenteel twee verschillende typen brein-computerinterfaceapparaten: de apparaten die in de hersenen worden geïmplanteerd en de apparaten die hersensignalen vanaf de hoofdhuid lezen (Fig. 1). Dit zijn de verschillen.

Figuur 1. Classificatie van BCI-signaalverwervingstechnologieën. (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: niet-geïmplanteerd, interventie en geïmplanteerd. [1]

Intracranieel (Invasief)

Bij intracraniële elektro-encefalografie (iEEG) worden elektroden rechtstreeks in het hoofd van een persoon geïmplanteerd. Hierdoor kunnen artsen een duidelijk elektronisch signaal verkrijgen voor onderzoek, detectie en behandeling. Hersenimplantaten kunnen gegevens lezen, de hersenen stimuleren, of beide. Toepassingen zijn onder andere, maar 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 het herstellen 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 de klinische trial 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 naar de hersenen worden gestuurd via een stent door de bloedvaten [7][8].

Een andere methode wordt elektrocorticografisch (ECoG) genoemd, wat een chirurgische plaatsing van elektroden onder de schedel vereist, 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 bloedvat van de sinus sagittalis superior (inzet) en verbonden met een implanteerbare ontvanger-zender (IRTU) in de subcutane pocket. De IRTU communiceert met een externe ontvanger-telemetrie-unit (ERTU), die signalen doorgeeft aan een signaalcontrole-unit voor het besturen van een laptop of tablet. B, BCI met een eyetracker voor computerbesturing. Eyetracking wordt gebruikt om de cursor te bewegen, en de BCI wordt gebruikt om te klikken. C, BCI zonder eyetracking voor computerbesturing. Een itemscanner licht items opeenvolgend uit, en de BCI wordt gebruikt om op een item te klikken wanneer het wordt uitgelicht [7].

Niet-Invasieve BCI (EEG-headsets)

 Figuur 4. John neemt deel aan BCI4Kids, een programma dat kinderen met een handicap helpt te communiceren met hun omgeving 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 heeft nauwkeurige hersengolfmetingen overal mogelijk gemaakt (Fig. 4).

Momenteel zijn er tientallen niet-invasieve BCI-headsets op de markt – waarvan vele ontworpen zijn 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 sensoren tot wel 32, die worden gebruikt door neurowetenschappers, studenten, docenten, innovators, gamers, hobbyisten en kunstenaars over de hele wereld. 

Volgens een audit uit 2022 van collegiaal getoetste artikelen [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 voor baanbrekend onderzoek 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 BCI-studentenclub om te racen met drones die door hersenen worden bestuurd. 

Emotiv BCI-apparaten

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

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

Boven: Een student gebruikt Epoc X and 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 hersen-wearable om een spel van Halo te besturen met BCI.

Aan de slag met je BCI-project

Hoe gebruik ik BCI?

Je hebt vijf basiselementen nodig om je 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 programmeerervaring vereist)

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

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

De juiste BCI-apparaten kiezen

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

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

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

2. Plaatsing van sensoren: Let bij het selecteren van een EEG-headset op de locatie van de sensoren en hoe dat invloed heeft op jouw 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 vs. droge sensoren: Houd rekening met comfort en signaalkwaliteit bij het selecteren van een BCI-apparaat, vooral als je van plan bent het gedurende langere tijd te dragen. Zoutwater is comfortabeler dan gel, halfdroge sensoren zijn gemakkelijker te gebruiken dan zoutwater, en droge sensoren zijn het handigst in gebruik. Vergelijk de signaalkwaliteit van Emotiv-apparaten.

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

5. Ondersteuning: Kies een apparaat van een bedrijf dat goede ondersteuning biedt en een actieve gebruikerscommunity heeft. Emotiv biedt een uitgebreide Knowledge Base en klantenondersteuning.

6. Gegevens en privacy: Je neurale privacy is belangrijk. Daarom heeft Emotiv vanaf dag één zijn EEG-gegevensverzameling ontworpen met privacy in het achterhoofd. Bekijk hoe Emotiv je hersengegevens beschermt.

Conclusie

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

Ontdek vandaag nog de BCI-apparaten en hulpmiddelen van Emotiv om aan je BCI-project te gaan werken. Sluit je aan bij de community van innovators en onderzoekers die met BCI-technologie de toekomst van mens-technologie-interactie vormgeven.

Sluit je aan bij onze ontwikkelaarscommunity

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

Meer hulp nodig? NEEM CONTACT MET ONS OP

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, May 20, 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 op 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, Mar. 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, Oct. 2022, doi: 10.3390/app122010385.