Метод вейвлет-анализа паттернов двигательной активности на экспериментальных данных многоканальной электроэнцефалографии человека для управления внешними устройствами

Аннотация

Постановка проблемы: большой интерес современной фундаментальной и технической науки к разработке нейроинтерфейсов связан с созданием устройств как для повышения качества жизни и преодоления ограничений возможностей людей, так и в рамках исследования функционирования различных отделов головного мозга и сознания человека. Среди основных проблем современных методов расшифровки паттернов регистрируемой активности головного мозга, лежащих в основе систем управления подобными устройствами (нейроинтерфейсами), выделим низкую эффективность методов распознавания паттернов и большие затраты времени тренировки операторов нейроинтерфейсов. Цель исследования: разработка методов для распознавания паттернов, ассоциированных с разнообразной двигательной активностью нетренированных операторов. Результаты: на основе вейвлетных технологий предложены новые способы изучения разновидных паттернов активности головного мозга, коррелируемых с различными типами двигательной активности: модифицирован в целях сокращения расчетного времени морле-базис, описаны подходы оценки энергетической мощности процессов на электроэнцефалограмме на основе расчета скелетонных характеристик. Приведены примеры обработки экспериментальных данных, зарегистрированных в группе добровольцев без тренировочного периода. Впервые выявлены характерные особенности паттернов различной двигательной активности (воображаемой и действительной, движений ног/рук). Показана универсальность обнаруженных паттернов на электроэнцефалографических данных для добровольцев, принявших участие в экспериментальных работах. Практическая значимость: выявленные особенности «двигательных» паттернов, а также методы обработки электроэнцефалографических сигналов могут быть использованы для построения устройств - нейроинтерфейсов, расшифровывающих электрическую активность головного мозга практически без тренировки оператора.