Khi làm việc với hệ thống EEG Flex 2.0 của EMOTIV, một chi tiết kỹ thuật quan trọng thường gây ra nhiều câu hỏi: dữ liệu ban đầu được lấy mẫu ở tần số 2048 Hz nhưng sau đó được giảm xuống để truyền tải về 128 hoặc 256 Hz. Tại sao điều này lại xảy ra? Và nó ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng của dữ liệu - đặc biệt trong các tình huống thực tế như các thí nghiệm về nhiệm vụ vận động?

Hãy cùng khám phá lý do đằng sau quyết định thiết kế quan trọng này.

Vấn đề: Nhiễu từ đường điện

Một trong những thách thức lớn nhất trong các hệ thống EEG di động là sự can thiệp điện từ từ môi trường - đặc biệt là từ các đường dây điện và ánh sáng nhân tạo. Những hệ thống này phát ra năng lượng chủ yếu ở tần số cơ sở của dòng điện (hoặc 50Hz hoặc 60Hz, tùy theo khu vực), nhưng không chỉ riêng ở đó.

Do tính chất phi hình sin của dòng điện trong các hệ thống điện, năng lượng đáng kể cũng được phát ra ở các tần số hài - ví dụ: 100Hz, 150Hz, 200Hz, và cứ thế. Những tần số hài này có thể chồng chéo và làm biến dạng các tín hiệu não thực trong quá trình thu thập dữ liệu, gây ra một thách thức nghiêm trọng cho việc phân tích EEG chính xác.

Tại sao lấy mẫu ở 2048 Hz?

Để giải quyết vấn đề này, Flex 2.0 lấy mẫu tất cả các kênh EEG ở tần số cao 2048 Hz. Tốc độ lấy mẫu cao này mang lại một dải không có hiện tượng aliasing rộng (lên đến 1024 Hz, theo định lý Nyquist) mà vẫn giữ nguyên cả tín hiệu não thực và các nguồn nhiễu ở vị trí quang phổ thực của chúng. Nói cách khác, chúng ta có được một phiên bản tín hiệu rõ ràng, đầy đủ trước khi bất kỳ xử lý nào xảy ra.

Vai trò của Bộ lọc

Khi tín hiệu được ghi lại ở tần số 2048 Hz, EMOTIV áp dụng một bộ lọc số dạng thấp với điểm cắt 43 Hz. Điều này hiệu quả trong việc loại bỏ hầu hết nhiễu tần số cao, bao gồm các tín hiệu từ cơ và các tín hiệu phi não khác thường không hữu ích trong nghiên cứu EEG. Thêm vào đó, các bộ lọc notch được tích hợp ở cả 50 Hz và 60 Hz để trực tiếp подавлять nhiễu từ các hệ thống điện, đảm bảo tín hiệu còn lại là sạch và có thể sử dụng được.

Tại sao lại giảm mẫu?

Sau khi lọc, tín hiệu EEG được giảm mẫu xuống còn 128 Hz hoặc 256 Hz, tùy theo lựa chọn của người dùng. Việc này phục vụ ba mục đích chính:

1. Ngăn ngừa Aliasing: Bởi vì việc lọc đã được thực hiện trước khi giảm mẫu, tín hiệu không còn chứa các tần số vượt quá giới hạn Nyquist của 64 Hz (đối với lấy mẫu 128 Hz) hoặc 128 Hz (đối với lấy mẫu 256 Hz). Điều này loại bỏ nguy cơ nhiễu tần số cao quay trở lại vào dải tần EEG tần số thấp hơn - một hiện tượng được gọi là aliasing.

2. Truyền tải hiệu quả: Truyền tải dữ liệu EEG thô qua không dây ở tần số 2048 Hz sẽ rất không hiệu quả và yêu cầu băng thông đáng kể. Giảm mẫu làm giảm đáng kể lượng dữ liệu được truyền tải - theo hệ số 8x hoặc 4x - dẫn đến thời lượng pin lâu hơn và hiệu suất không dây ổn định hơn.

3. Bảo tồn độ chính xác EEG: Các tín hiệu EEG quan tâm (như Alpha, Theta, Beta và ngay cả Gamma thấp) thường xảy ra dưới 43 Hz. Điều này có nghĩa là việc lấy mẫu ở 128 hoặc 256 Hz là đủ để ghi lại những mẫu sóng não này với độ chính xác cao.
   
   
   

Ứng dụng thực tế trong các nhiệm vụ vận động

Trong các thí nghiệm liên quan đến chức năng vận động, sự chú ý hoặc quyết định, các tần số quan tâm thường duy trì dưới 40 Hz. Do đó, việc giảm mẫu xuống 128 Hz hoặc 256 Hz không làm giảm chất lượng hoặc tính hữu ích của dữ liệu EEG cho nghiên cứu hành vi thực tế.

Việc lấy mẫu tần số cao ban đầu và lọc nghiêm ngặt đảm bảo rằng các tín hiệu sạch và chính xác - và dữ liệu đã giảm mẫu giữ chất lượng đó để phân tích hiệu quả, thời gian thực hoặc hậu kỳ.

Tóm tắt

Quyết định của EMOTIV trong việc lấy mẫu các tín hiệu EEG ở 2048 Hz và sau đó giảm mẫu là một cách tiếp cận có chủ đích và hợp lý về mặt kỹ thuật nhằm cân bằng chất lượng dữ liệu với hiệu suất năng lượng và hiệu suất không dây. Bằng cách giải quyết vấn đề nhiễu từ môi trường ở cấp độ phần cứng và tiền xử lý, Flex 2.0 đảm bảo rằng các nhà nghiên cứu nhận được dữ liệu có độ nét cao được tối ưu hóa cho các ứng dụng EEG thực tế.

Dù bạn đang nghiên cứu hành vi vận động, tải nhận thức, hay trạng thái cảm xúc, bạn có thể tin tưởng rằng dữ liệu EEG đã giảm mẫu từ Flex 2.0 của EMOTIV được thiết kế cho cả độ chính xác và tính hữu dụng.