EEG Araştırmasındaki 2 Ana Zorluk

Çağdaş EEG araştırmalarındaki zorluklar nelerdir?

1925 yılında, Alman psikiyatrist Hans Berger ilk insan elektroensefalogramını (EEG) kaydetti. O zamandan beri, beyin-bilgisayar arayüzleri ve hesaplamada teknoloji gelişmeye devam ediyor.

Bu yazı, EEG araştırmasındaki iki ana zorluğu keşfetmektedir:

1. Geleneksel akademik EEG araştırmalarının lojistik karmaşıklığı, ve

2. EEG donanımındaki yenilikler.

Geleneksel Akademik EEG Araştırmalarının Lojistik Karmaşıklığı

Özel, Yetersiz Fonlanan, Bölgesel Olarak Sınırlı Özne Popülasyonları

Öncelikle elektroensefalogram (EEG) araştırmasını anlamamız gerekiyor. EEG araştırma ve bilişsel sinirbilim araştırma metodolojisi, insan beyninin elektriksel aktivitesini, öznenin başının yüzeyine amaçlı yerleştirilen, invaziv olmayan elektrotlar kullanarak kaydetmeyi içerir. Çeşitli uyarıcılara maruz kalmayı içeren deney tasarımlarıyla, beyin sinyallerindeki değişiklikler analiz edilebilir ve veriler çıkarılabilir.

Tablo 1, EEG teknolojisi ile gerçekleştirilen çalışmanın ve faaliyetlerin türlerine genel bir bakış sağlar. Ayrıca bu giriş rehberini EEG elektroensefalografisi için okuyabilirsiniz.

Tablo 1: Elektroensefalogram (EEG) Çalışmaları Türleri (alındığı yer (Williams ve diğerleri, 2020))

EEG, etkili bir araştırma aracı olarak geniş ölçüde benimsenmiş olmasına rağmen, lojistik zorluklar içerebilir. Çoğu fonlama ajansı klinik, dönüştürücü veya uygulamalı araştırmalar için finansman sağlamaktadır. Ancak, temel deneysel araştırmalar için daha az finansman bulunmaktadır. Daha az fon, katılımcı toplama ve sağlam deneysel araştırma yürütme zorluğunu artırarak, küçük örnek boyutlarına neden olabilir. Bu küçük örnek boyutları sınırlı bir coğrafi alandan uygun bir şekilde seçilmiştir.

Bu olgu WEIRD Problemi olarak bilinir. Batılı, eğitimli, sanayileşmiş, zengin ve demokratik bireylerin tipik araştırma örneklerine girdiğini ifade eder. Bu örnek popülasyonları, çoğu bu bireylerin üniversite kampüslerinden gelmesi nedeniyle, özellikle kapsayıcı değildir. Bu WEIRD demografik, gerçek dünya çeşitliliğini veya bizi insana özgü yapan benzersiz bilişsel ve duygusal özellikleri yansıtmaz.

Topluca, bu durum deneylerin pratik önemini ve genellenebilirliğini sınırlamaktadır. Bunun sonucunda, bu çalışmaların bulgularını insanların bilişi hakkında yeni içgörüler için dışarı çıkarmak zordur (yani, zihinsel yük, problem çözme, vb.).

EEG Donanımındaki Yenilikler

Araştırma kalitesinde, taşınabilir, düşük maliyetli ekipman global olarak mevcut

EEG Cihazları

Son birkaç yıl içinde, araştırmacılar taşınabilir EEG cihazları ile sinirbilim araştırmalarında geleneksel engelleri aştılar. Beyin-Bilgisayar Arayüzleri (BCI), Beyin-Makine Arayüzleri (BMI) ve İnsan-Bilgisayar Arayüzleri (HCI) tam olarak bunu yapar. Zihinsel veya duygusal durumları tanımlamak ve karakterize etmek için EEG sinyallerini kullanırlar. BCI, insanların çevreleriyle etkileşim biçimini dönüştürmek için hızla gelişmektedir. Donanım minyatürleşmesi ve veri işleme algoritmalarındaki gelişmelerle desteklenmektedir. Bu sistemler, insanları nörofeedback aracılığıyla kendilerini geliştirme imkanı tanır ve insanların fiziksel müdahale olmadan çevreleriyle etkileşimde bulunmalarını teşvik eder.

EEG Cihazlarının Geleceği

Son on yıldır, EEG donanımı genel olarak bu araçları daha küçük, kablosuz, taşınabilir ve daha düşük maliyetli hale getirme eğiliminde olmuştur.

Şekil 1: EMOTIV’in EPOC Kulaklığı

Şekil 2: EMOTIV’in EPOC Flex Kulaklığı

Ancak, bir zamanlar pahalı, özel bir laboratuvara ihtiyaç duyan şeylerin taşınabilir, düşük maliyetli bir sisteme taşınması endişelerle gelmemiştir. Bazı bilim insanları EEG kulaklıklarının geçerliliği, kalitesi veya pratikliği konusunda endişelidir. Bunu araştırmak için, araştırmacılar bu sistemlerin bilimsel faydasını gösteren birçok geçerlilik çalışması gerçekleştirmiştir.

Düşük maliyet ve taşınabilirlik, EEG kulaklıklarının, artık yerinde yanıtlanabilecek geniş bir araştırma sorusu yelpazesini açmaktadır. Yani, bir öznenin beyin dalgaları gerçek dünya koşullarında ölçülebilirken, geleneksel donanımın hareket kabiliyeti oldukça sınırlıdır. Hareket veya spor psikolojisinde bu, önemli bir değişikliktir.

Diyelim ki bir araştırma grubu spesifik bir örneklem setindeki üniversite öğrencilerinin tepki sürelerini araştırıyor. Kalecilerin topa diğer takım arkadaşlarına göre daha hızlı tepki verip vermediğini soruyorlar. Geleneksel araştırma paradigmasında, bu öznelere laboratuvara gelmek, bağlanmak, fiziksel bir ekranda bir görev yerine getirmek ve donanım düğmeleri veya tuş vuruşları ile rapor vermek gerekir. Daha yeni EEG ekipmanlarıyla, bu aynı soru artık futbol sahasında uygulanabilir ve ölçülebilir hale gelmiştir.

Genel olarak, EEG donanımındaki bu yenilikler, laboratuvar dışındaki pratik uygulamaları açmıştır. Bu nedenle, sinirbilim araştırmalarının kapasitesini ve kapsamını arttırmıştır.

Yenilikle Tanışın – EMOTIV ile Tanışın

Son birkaç yılda derin öğrenme ve diğer makine öğrenimi analizlerinde heyecan verici gelişmeler yaşanmıştır. Bu nedenle, bu programların değerini ortaya çıkarmak için büyük, geçerli ve nitelikli bir veri setine (n=1000+) gereksinim vardır. EEG araştırmalarındaki sinyal işleme, sınıflandırma, geçerlilik ve performans değerlendirme gereksinimleri göz önüne alındığında, bu yapay zeka yaklaşımlarının uygulanması alanı büyük yararlar sağlar. Büyük veri, özellikle nörodejeneratif hastalıklar ve beyin-bilgisayar arayüzlerinin daha karmaşık kısmındaki mevcut deneysel araştırmanın yinelemeli doğasını aşmak için gereklidir. Bugüne kadar, o veri mevcut değildi.

Potansiyel örnek nüfusunu ve ardından
toplam veriyi artırmak için iki yaklaşım vardır:

1. Dünya genelinde kullanılabilen araştırma kalitesinde, taşınabilir, düşük maliyetli EEG donanımı geliştirin.

2. Veri toplama, geçerlilik ve otomatik analiz tekniklerini geliştirin.

Zorlukları Çözün, Değişimlerle Büyüyün. EMOTIV’i Seçin

Son on yıl içindeki EMOTIV’in EEG yeniliklerine bir bakış

EEG cihazlarının sinirbilim araştırmalarında ve klinik ortamlardaki kullanımı artmaya devam ediyor (bkz. Şekil 3). Son on yıldır EMOTIV, bu zorlukları aşmak için, herkesin, dünyanın her yerinde erişebileceği, araştırma kalitesinde, kablosuz, taşınabilir ve kullanımı kolay EEG ekipmanları geliştirmiştir.

Şekil 3 – "EEG" İçeren Yayın Sayısı (1940 – 2021) Nörobilim Bilgi Çerçevesi aracılığıyla

Donanım Evrimi

Ayrıca, EEG donanımı ıslak elektrotlardan kuru elektrotlara evrildi. Islak elektrotlar takması zaman alıcı, giymesi rahatsız ve hareket kabiliyetini kısıtlayıcıdır. Kuru veya hibrit elektrotlara sahip başlıklar hızlı çalışır, taşınabilir ve üretim maliyeti önemli ölçüde daha düşüktür. Bu teknolojik ilerlemeler, bizi nöroloji araştırmalarındaki atılımlara daha da yaklaştırmaktadır, ancak henüz orada değiliz.

Çeşitli Örnek Setlerinin Sağlandığından Emin Olun

EMOTIV, çalışmalarınızın çeşitliliğini artırmanıza yardımcı olabilir. EMOTIV EEG kulaklıklarının EPOC serisi on yıldan fazla bir süredir mevcuttur ve dünya çapında araştırma kurumları tarafından bağımsız olarak doğrulanmıştır. Robotik uzuvların ve tekerlekli sandalyelerin kontrol edilmesi, güvenlik sistemlerinde biyometrik kullanıcı kimlik doğrulaması ve bilişsel ve duygusal zihinsel durumların tanımlanması gibi çeşitli uygulamalarda kullanılmıştır.

EMOTIV’in küresel olarak kullanım potansiyeli ve düşük maliyet engeli, sınırlı kaynaklara sahip olanlar için araştırmayı kolaylaştırmaktadır. Örneğin, Parameshwaran ve Thiagarajan, EMOTIV EEG ekipmanını Hindistan'daki kırsal ve kentsel ortamlarda kullanarak sosyoekonomik durum, teknolojiye maruz kalma ve seyahat deneyimine dayalı EEG imzalarıyla ilgili farklılıkları göstermiştir.