Conocimiento Bóveda 3/37 - G.TEC BCI & Neurotecnología Escuela de Primavera 2024 - Día 3
Cómo obtener datos limpios de EEG y ECoG ejecutando OSCAR
Johannes Gruenwald, g.tec medical engineering GmbH (AT)
<Imagen de Resumen >

Gráfico de Conceptos & Resumen usando Claude 3 Opus | Chat GPT4 | Llama 3:

Johannes Gruenwald
OSCAR elimina artefactos de EEG. 1
Artefactos de EEG/ECoG: fisiológicos, eléctricos,
transitorios, permanentes. 2
Actividad patológica difícil de
distinguir de artefactos. 3
Objetivos de OSCAR: eliminar artefactos, preservar
actividad, recuperar BCI, retroalimentación. 4
OSCAR descompone, blanquea, elimina
artefactos, reconstruye señales. 5
OSCAR: no supervisado, adaptativo, automatizado,
tres versiones. 6
OSCAR Live: en tiempo real, baja latencia,
EEG estándar. 7
OSCAR Pro: fuera de línea, sin
límites de canal/ancho de banda. 8
OSCAR BCI: en tiempo real, optimizado
para BCIs basados en ERP. 9
OSCAR Live se integra con
amplificadores, grabadoras g.tec. 10
Demostración: OSCAR Live elimina
artefactos en tiempo real. 11
Demostración: OSCAR Live preserva
potenciales evocados visuales. 12
OSCAR Pro se centra en
reconstrucción de fuente fuera de línea. 13
Conjuntos de datos sintéticos evalúan la
reconstrucción de fuente de OSCAR Pro. 14
OSCAR Pro coincide visualmente
con referencia, preserva oscilaciones. 15
OSCAR Pro mejora cuantitativamente
la similitud referencia-limpia. 16
OSCAR Pro evaluado en
1,500 conjuntos de datos sintéticos. 17
OSCAR Pro mejora sustancialmente
R^2 en segmentos contaminados. 18
OSCAR Pro/BCI evaluado en
conjuntos de datos BCI P300. 19
Rendimiento BCI comparado: contaminado,
OSCAR Pro, OSCAR BCI. 20
OSCAR Pro/BCI mejora precisión
BCI P300 auditivo. 21
OSCAR Pro/BCI mejora precisión
BCI P300 visual. 22
Demostración: OSCAR BCI en
juego BCI P300 en tiempo real. 23
OSCAR aborda la mayoría de los
objetivos ideales de eliminación de artefactos. 24
OSCAR puede eliminar actividad patológica
como picos epilépticos. 25
OSCAR supera a ASR, recupera
mejor señales en línea. 26
OSCAR utiliza propiedades estadísticas,
no aprendizaje profundo. 27
Artefactos específicos no pueden
excluirse, pero sí aislarse. 28
OSCAR robusto a conteo
de canales, 'punto dulce' de 16 canales. 30

Resumen:

1.- Johannes Gruenwald demuestra la eliminación de artefactos en datos de EEG utilizando el método OSCAR para eliminar artefactos de movimiento, EMG, movimiento ocular y más.

2.- Los artefactos en EEG/ECoG pueden ser fisiológicos/eléctricos y transitorios/permanentes, siendo comunes los tipos EMG, EOG, ECG, movimiento de cables y artefactos de estimulación.

3.- La actividad patológica como picos epilépticos es difícil de distinguir de los artefactos basados en características de amplitud y espectrales y pueden ser eliminados.

4.- OSCAR tiene como objetivo eliminar artefactos, preservar la actividad cerebral, recuperar el rendimiento de BCI, proporcionar retroalimentación de calidad de señal, producir EEG realista y funcionar automáticamente en tiempo real.

5.- OSCAR descompone señales en bandas de frecuencia, las almacena en búfer, realiza blanqueo espaciotemporal, identifica y elimina componentes de artefactos, invierte el blanqueo y reconstruye señales.

6.- OSCAR es no supervisado, adaptativo, automatizado y se dirige a casos de uso específicos con tres versiones: OSCAR Live, OSCAR Pro y OSCAR BCI.

7.- OSCAR Live proporciona eliminación de artefactos en tiempo real y baja latencia para EEG estándar de hasta 64 canales, optimizando la reconstrucción de la señal fuente.

8.- OSCAR Pro realiza eliminación de artefactos de EEG/ECoG fuera de línea sin límites de canal/ancho de banda, optimizando la reconstrucción de la señal fuente utilizando ventanas de procesamiento más grandes.

9.- OSCAR BCI proporciona eliminación de artefactos en tiempo real optimizada para BCIs basados en ERP como los deletreadores P300, operando en el espacio blanqueado espaciotemporalmente.

10.- OSCAR Live se está integrando en los amplificadores y grabadoras g.Nautilus, g.HIamp, g.USBamp de g.tec. OSCAR Pro estará en g.BSanalyze.

11.- Johannes demuestra la eliminación de artefactos en tiempo real con OSCAR Live utilizando un g.Nautilus de 16 canales mientras se mueve y habla, mostrando correcciones efectivas.

12.- Se demuestra un paradigma de potencial evocado visual raro con OSCAR Live, mostrando respuestas consistentes a pesar de los artefactos de movimiento.

13.- OSCAR Pro se centra en la eliminación profunda de artefactos fuera de línea, con el objetivo de reconstruir la señal fuente debajo de los artefactos.

14.- Se crearon conjuntos de datos sintéticos con señales de referencia conocidas aplicando plantillas de artefactos a EEG limpio para evaluar la reconstrucción de fuente de OSCAR Pro.

15.- Visualmente, las señales limpiadas por OSCAR Pro coinciden estrechamente con las señales de referencia libres de artefactos, incluso preservando oscilaciones subyacentes como ritmos alfa.

16.- Cuantitativamente, OSCAR Pro mejora en gran medida la similitud (R^2) entre las señales limpiadas y de referencia a través de bandas de frecuencia, especialmente en segmentos contaminados por artefactos.

17.- OSCAR Pro fue evaluado en 1,500 conjuntos de datos sintéticos con combinaciones de artefactos naturales/provocados, niveles de contaminación, sujetos y realizaciones repetidas.

18.- OSCAR Pro mejora sustancialmente R^2 entre las señales limpiadas y de referencia en segmentos contaminados a través de bandas delta, theta, alfa, beta y EEG de banda ancha.

19.- El impacto de OSCAR Pro en el rendimiento de BCI fue evaluado utilizando conjuntos de datos con artefactos reales de BCIs P300 auditivos y visuales.

20.- El rendimiento de BCI se compara entre señales contaminadas, limpiadas fuera de línea por OSCAR Pro y limpiadas en tiempo real por OSCAR BCI utilizando clasificación validada cruzada.

21.- Para EPs auditivos, OSCAR Pro mejoró la precisión del 47% al 60%, y OSCAR BCI al 65% en 15 sujetos.

22.- Para P300 visual, OSCAR Pro mejoró la precisión del 66% al 71%, y OSCAR BCI al 77% en 10 sujetos.

23.- Un video de demostración muestra OSCAR BCI utilizado en un juego BCI P300 en tiempo real llamado BrainBuddy desarrollado por Martin Sp��ler.

24.- En resumen, las versiones de OSCAR abordan la mayoría de los objetivos inicialmente definidos para una herramienta ideal de eliminación de artefactos de EEG.

25.- OSCAR puede eliminar actividad patológica como picos epilépticos que se desvían de las características normales de EEG.

26.- OSCAR supera a métodos como ASR (reconstrucción de subespacio de artefactos), recuperando mejor las señales en escenarios en línea.

27.- OSCAR no utiliza aprendizaje profundo, se basa en propiedades estadísticas de la señal.

28.- Tipos específicos de artefactos no pueden excluirse, pero las señales limpias y originales pueden restarse para aislar artefactos como parpadeos oculares.

29.- El algoritmo OSCAR está integrado en los sistemas de hardware de g.tec para eficiencia y no es de código abierto.

30.- El rendimiento de OSCAR es robusto a diferentes conteos de canales, con un "punto dulce" de 16 canales. El sobremuestreo/submuestreo puede introducir problemas.

Bóveda de Conocimiento construida porDavid Vivancos 2024