2 Thách thức chính trong nghiên cứu EEG

Những thách thức trong nghiên cứu và phân tích EEG hiện đại là gì?

Vào năm 1925, nhà tâm thần học người Đức Hans Berger đã ghi lại điện não đồ (EEG) đầu tiên của con người. Kể từ đó, công nghệ trong giao diện não-máy tính và tính toán đã được cải thiện.

Bài viết này khám phá hai thách thức chính trong nghiên cứu EEG, đó là:

1. Độ phức tạp về mặt hậu cần của nghiên cứu EEG truyền thống, và

2. Sự đổi mới trong phần cứng EEG.

Độ Phức Tạp Về Hậu Cần Của Nghiên Cứu EEG Truyền Thống

Các quần thể đối tượng độc quyền, thiếu hụt ngân sách, và bị hạn chế theo khu vực

Trước tiên, chúng ta hãy hiểu về nghiên cứu điện não đồ (EEG). Phương pháp nghiên cứu EEG và nghiên cứu khoa học nhận thức liên quan đến việc ghi lại hoạt động điện của não người bằng cách sử dụng các điện cực không xâm lấn được đặt cố ý trên bề mặt đầu của đối tượng. Bằng cách sử dụng các thiết kế thí nghiệm liên quan đến việc tiếp xúc với nhiều kích thích khác nhau, sự thay đổi trong tín hiệu não có thể được phân tích và dữ liệu được suy diễn.

Bảng 1 cung cấp một cái nhìn tổng quan về các loại nghiên cứu và hoạt động được thực hiện với công nghệ EEG. Bạn có thể đọc hướng dẫn giới thiệu về điện não đồ EEG của chúng tôi.

Bảng 1: Các loại Nghiên cứu Điện Não Đồ (EEG) (được thông qua từ (Williams et al., 2020))

Trong khi EEG đã được áp dụng rộng rãi như một công cụ nghiên cứu hiệu quả, thì hậu cần vẫn có thể gây khó khăn. Phần lớn các cơ quan tài trợ cung cấp ngân sách cho nghiên cứu lâm sàng, chuyển giao hoặc nghiên cứu ứng dụng. Tuy nhiên, có ít ngân sách hơn cho nghiên cứu thí nghiệm cơ bản. Việc thiếu ngân sách có thể làm trầm trọng thêm khó khăn về hậu cần trong việc tuyển chọn người tham gia và tiến hành nghiên cứu thí nghiệm hiệu quả, dẫn đến kích thước mẫu nhỏ. Các kích thước mẫu nhỏ này được chọn thuận tiện từ một khu vực địa lý hạn chế.

Hiện tượng này được biết đến với tên gọi Vấn Đề WEIRD. Nó đề cập đến những cá nhân tây phương, có giáo dục, công nghiệp hóa, giàu có và dân chủ, những người là một phần của các mẫu nghiên cứu điển hình. Các quần thể mẫu này không đặc biệt bao gồm vì hầu hết những cá nhân này đến từ các khuôn viên đại học. Nhóm nhân khẩu WEIRD này không phản ánh sự đa dạng thực tế của thế giới hay những đặc điểm nhận thức và cảm xúc độc đáo làm cho chúng ta trở thành con người.

Tổng thể, tình huống này giới hạn ý nghĩa thực tiễn và khả năng tổng quát của các thí nghiệm. Vì lý do này, các phát hiện từ các nghiên cứu này rất khó để suy diễn thành những hiểu biết mới về tất cả nhận thức của con người (ví dụ: khối lượng tinh thần, giải quyết vấn đề, v.v.).

Sự Đổi Mới Trong Phần Cứng EEG

Thiết bị nghiên cứu, di động, giá thành thấp có sẵn toàn cầu

Các Thiết Bị EEG

Trong vài năm qua, các nhà nghiên cứu đã phá vỡ các rào cản truyền thống trong nghiên cứu khoa học thần kinh với các thiết bị EEG di động. Giao diện Não-Máy Tính (BCI), Giao diện Não-Máy (BMI) hoặc Giao diện Người-Máy (HCI) thực hiện chính xác sự đó. Chúng sử dụng tín hiệu EEG để mô tả và xác định các trạng thái nhận thức hoặc cảm xúc. BCI đang phát triển nhanh chóng như một phương tiện để chuyển đổi cách con người tương tác với môi trường của họ. Điều này được thúc đẩy bởi các tiến bộ trong việc thu nhỏ phần cứng và cải tiến các thuật toán xử lý dữ liệu. Các hệ thống này giúp con người cải thiện bản thân thông qua phản hồi thần kinh và khuyến khích mọi người tương tác với môi trường xung quanh mà không cần can thiệp vật lý.

Tương Lai Của Các Thiết Bị EEG

Trong ít nhất một thập kỷ qua, xu hướng chung trong phần cứng EEG là làm cho các công cụ này nhỏ hơn, không dây, di động và có chi phí thấp hơn.

Hình 1: Bộ tai nghe EPOC của EMOTIV

Hình 2: Bộ tai nghe EPOC Flex của EMOTIV

Tuy nhiên, việc chuyển những gì trước đây yêu cầu một phòng thí nghiệm đắt tiền và chuyên dụng sang một hệ thống di động, giá rẻ đã không tránh khỏi những lo ngại. Một số nhà khoa học đã có những lo lắng về tính hợp lệ, chất lượng hoặc tính thực tiễn của các bộ tai nghe EEG. Để điều tra điều này, các nhà nghiên cứu đã tiến hành nhiều nghiên cứu xác thực chứng minh tính hữu ích khoa học của các hệ thống này.

Chi phí thấp và tính di động của các bộ tai nghe EEG cũng mở ra nhiều câu hỏi nghiên cứu rộng lớn mà giờ đây có thể được trả lời trong các tình huống thực tế. Đó là, sóng não của một đối tượng có thể được đo trong các tình huống thế giới thực, trong khi phần cứng cũ có tính di động tối thiểu. Trong tâm lý học chuyển động hoặc thể thao, đây là một sự thay đổi mang tính cách mạng.

Hãy tưởng tượng một nhóm nghiên cứu điều tra thời gian phản ứng trong một tập hợp mẫu được chọn cụ thể của sinh viên đại học tham gia thể thao. Họ hỏi liệu thủ môn bóng đá có phản ứng nhanh hơn với một quả bóng so với các đồng đội khác hay không. Trong khuôn khổ nghiên cứu cổ điển, những đối tượng này sẽ phải vào phòng thí nghiệm, được kết nối, thực hiện một nhiệm vụ trên một màn hình vật lý, và báo cáo với các nút phần cứng hoặc phím bấm. Với thiết bị EEG mới, câu hỏi này giờ đây có thể được áp dụng và đo lường thực sự trên sân bóng.

Nhìn chung, những đổi mới này trong phần cứng EEG đã mở ra các ứng dụng thực tế bên ngoài phòng thí nghiệm. Do đó, chúng đã tăng cường khả năng và phạm vi của nghiên cứu khoa học thần kinh.

Gặp Gỡ Đổi Mới – Gặp EMOTIV

Có những diễn biến thú vị trong phân tích học sâu và các phân tích học máy khác trong vài năm qua. Vì lý do này, một bộ dữ liệu lớn, hợp lệ và chất lượng (n=1000+) là cần thiết để khai thác giá trị của các chương trình này. Với những yêu cầu về xử lý tín hiệu, phân loại, xác thực và đánh giá hiệu suất trong nghiên cứu EEG, lĩnh vực này sẽ được hưởng lợi rất nhiều nếu áp dụng các phương pháp trí tuệ nhân tạo này. Dữ liệu lớn là cần thiết để vượt qua tính chất lặp đi lặp lại của nghiên cứu thí nghiệm hiện tại trong khoa học thần kinh, đặc biệt là ở phần phức tạp hơn của các bệnh thoái hóa thần kinh và giao diện não-máy tính. Cho đến nay, dữ liệu đó vẫn chưa khả dụng.

Có hai cách tiếp cận để tăng tiềm năng của quần thể mẫu và dữ liệu thu thập sau đó:

1. Phát triển phần cứng EEG đạt tiêu chuẩn nghiên cứu, di động, giá thành thấp có thể được sử dụng toàn cầu.

2. Cải thiện các kỹ thuật thu thập dữ liệu, xác thực và phân tích tự động.

Giải Quyết Các Thách Thức, Phát Triển Cùng Với Những Thay Đổi. Chọn EMOTIV

Xem xét các đổi mới EEG của EMOTIV trong suốt thập kỷ qua

Việc sử dụng các thiết bị EEG trong nghiên cứu khoa học thần kinh và môi trường lâm sàng tiếp tục tăng (xem Hình 3). Trong suốt thập kỷ qua, EMOTIV đã phát triển thiết bị EEG đạt tiêu chuẩn nghiên cứu, không dây, di động và dễ sử dụng với các kiểm soát chất lượng có sẵn cho bất kỳ ai, ở bất kỳ đâu trên thế giới, để giải quyết những thách thức này.

Hình 3 – Số lượng công bố chứa “EEG” (1940 – 2021) thông qua Khung Thông Tin Khoa Học Thần Kinh

Tiến Hóa Phần Cứng

Thêm vào đó, phần cứng EEG đã tiến hóa từ điện cực ướt sang điện cực khô. Các điện cực ướt mất nhiều thời gian để phù hợp, không thoải mái khi đeo và hạn chế di động. Các bộ tai nghe với điện cực khô hoặc hỗn hợp hoạt động nhanh, di động và rẻ hơn đáng kể để sản xuất và vận hành. Những tiến bộ công nghệ này đang giúp chúng ta tiến gần hơn đến những đột phá trong nghiên cứu thần kinh, nhưng chúng ta vẫn chưa đến gần đích.

Đảm Bảo Độ Đa Dạng Trong Tập Mẫu

EMOTIV có thể giúp bạn tăng độ đa dạng trong các nghiên cứu của mình. Dòng sản phẩm EPOC của các bộ tai nghe EEG EMOTIV đã có mặt trong hơn một thập kỷ và đã được các tổ chức nghiên cứu trên toàn thế giới xác thực độc lập. Chúng đã được sử dụng trong nhiều ứng dụng, bao gồm điều khiển các chi robot và xe lăn, xác thực người dùng sinh trắc học trong các hệ thống bảo mật, và xác định các trạng thái tinh thần nhận thức và cảm xúc.

Tiềm năng của EMOTIV để sử dụng toàn cầu và rào cản tài chính thấp tạo điều kiện cho nghiên cứu cho những người có nguồn lực hạn chế. Chẳng hạn, Parameshwaran và Thiagarajan đã sử dụng thiết bị EEG EMOTIV tại các khu vực nông thôn và thành phố ở Ấn Độ để chứng minh sự khác biệt về chữ ký EEG liên quan đến tình trạng kinh tế xã hội, tiếp xúc với công nghệ và trải nghiệm du lịch.