Kiedy pracujesz z systemem EEG Flex 2.0 firmy EMOTIV, jeden kluczowy szczegół techniczny często budzi pytania: dane są początkowo próbkowane z częstotliwością 2048 Hz, ale później są zredukowane do 128 lub 256 Hz na potrzeby transmisji. Dlaczego tak się dzieje? Jak wpływa to na jakość danych — szczególnie w rzeczywistych scenariuszach, takich jak eksperymenty związane z zadaniami motorycznymi?

Przyjrzyjmy się uzasadnieniu tej ważnej decyzji projektowej.

Problem: Szumy z linii energetycznych

Jednym z największych wyzwań w mobilnych systemach EEG jest elektromagnetyczne zakłócenie z otoczenia — szczególnie z linii energetycznych i sztucznego oświetlenia. Te systemy emanują energię głównie na bazowej częstotliwości zasilania (50 Hz lub 60 Hz, w zależności od regionu), ale nie tylko.

Z powodu nienaddamowej natury przepływu prądu w systemach zasilania, znacząca ilość energii jest również emitowana na częstotliwościach harmonicznych — na przykład 100 Hz, 150 Hz, 200 Hz i tak dalej. Te harmoniczne mogą nakładać się i zniekształcać rzeczywiste sygnały mózgowe podczas zbierania danych, stanowiąc poważne wyzwanie dla dokładnej analizy EEG.

Dlaczego próbkuje się przy 2048 Hz?

Aby sobie z tym poradzić, Flex 2.0 próbuje wszystkie kanały EEG z wysoką częstotliwością 2048 Hz. Ta wysoka częstotliwość próbkowania zapewnia szeroki zakres bez aliasingu (do 1024 Hz, zgodnie z twierdzeniem Nyquist), który zachowuje zarówno rzeczywiste sygnały mózgowe, jak i źródła szumów w ich prawdziwych pozycjach spektralnych. Innymi słowy, uzyskujemy czystą, pełnofidelystyczną wersję sygnału przed jakimkolwiek przetwarzaniem.

Rola filtracji

Gdy sygnał jest przechwycony przy 2048 Hz, EMOTIV stosuje cyfrowy filtr dolnoprzepustowy z częstotliwością odcięcia 43 Hz. Skutecznie eliminuje to większość szumów o wysokiej częstotliwości, w tym artefakty mięśniowe i inne sygnały niekorowe, które zwykle nie są przydatne w badaniach EEG. Dodatkowo wbudowane są filtry notch przy 50 Hz i 60 Hz, aby bezpośrednio tłumić szumy z linii energetycznych, zapewniając, że pozostały sygnał jest czysty i użyteczny.

Dlaczego redukcja próbkowania?

Po filtracji sygnał EEG jest redukowany do 128 Hz lub 256 Hz, w zależności od wyboru użytkownika. Pełni to trzy główne cele:

1. Zapobieganie aliasingowi: Ponieważ filtracja została przeprowadzona przed redukcją próbkowania, sygnał nie zawiera już częstotliwości powyżej limitu Nyquista wynoszącego 64 Hz (dla próbkowania przy 128 Hz) lub 128 Hz (dla próbkowania przy 256 Hz). Eliminuje to ryzyko, że hałas o wyższej częstotliwości wraca do niższej częstotliwości pasma EEG — zjawisko znane jako aliasing.

2. Efektywna transmisja: Transmisja surowych danych EEG bezprzewodowo przy 2048 Hz byłaby bardzo nieefektywna i wymagałaby znacznej przepustowości. Zredukowanie próbkowania drastycznie zmniejsza ilość transmitowanych danych — o czynnik 8x lub 4x — co skutkuje dłuższym czasem pracy na baterii i bardziej stabilną wydajnością bezprzewodową.

3. Zachowanie wierności EEG: Sygnały EEG, które nas interesują (takie jak Alfa, Theta, Beta, a nawet niskie Gamma) zwykle występują znacznie poniżej 43 Hz. Oznacza to, że próbkowanie przy 128 lub 256 Hz jest więcej niż wystarczające do uchwycenia tych wzorców fal mózgowych z wysoką dokładnością.
   
   
   

Praktyczne zastosowanie w zadaniach motorycznych

W eksperymentach związanych z funkcjami motorycznymi, uwagą lub podejmowaniem decyzji, interesujące nas częstotliwości zazwyczaj pozostają poniżej 40 Hz. Dlatego redukcja próbkowania do 128 Hz lub 256 Hz nie pogarsza jakości ani użyteczności danych EEG w rzeczywistych badaniach behawioralnych.

Początkowe próbkowanie o wysokiej częstotliwości i rygorystyczna filtracja zapewniają, że sygnały są czyste i precyzyjne — a zredukowane dane zachowują tę jakość do efektywnej analizy w czasie rzeczywistym lub post-hoc.

Podsumowanie

Decyzja EMOTIV o próbkowaniu sygnałów EEG przy 2048 Hz, a następnie ich redukcji, jest przemyślaną i technicznie uzasadnioną strategią zaprojektowaną w celu zrównoważenia jakości danych z efektywnością energetyczną i wydajnością bezprzewodową. Adresując problem szumów środowiskowych na poziomie sprzętowym i wstępnym przetwarzaniu, Flex 2.0 zapewnia badaczom dane o wysokiej wierności, zoptymalizowane do rzeczywistych zastosowań EEG.

Bez względu na to, czy badałeś zachowanie motoryczne, obciążenie poznawcze, czy stan emocjonalny, możesz być pewien, że zredukowane EEG z Flex 2.0 firmy EMOTIV zostało zaprojektowane zarówno z myślą o dokładności, jak i użyteczności.