El Fin Del Conocimiento - Bóveda 3 - G.TEC BCI & Neurotecnología Escuela de Primavera 2024 - Día 3

graph LR classDef niediek fill:#f9d4d4, font-weight:bold, font-size:14px classDef artifacts fill:#d4f9d4, font-weight:bold, font-size:14px classDef oscar fill:#d4d4f9, font-weight:bold, font-size:14px classDef evaluation fill:#f9f9d4, font-weight:bold, font-size:14px classDef misc fill:#f9d4f9, font-weight:bold, font-size:14px A["Johannes Gruenwald"] --> B["OSCAR elimina artefactos de EEG. 1"] A --> C["Artefactos de EEG/ECoG: fisiológicos, eléctricos,
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actividad, recuperar BCI, retroalimentación. 4"] E --> F["OSCAR descompone, blanquea, elimina
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para BCIs basados en ERP. 9"] H --> K["OSCAR Live se integra con
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con referencia, preserva oscilaciones. 15"] O --> Q["OSCAR Pro mejora cuantitativamente
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conjuntos de datos BCI P300. 19"] G --> U["Rendimiento BCI comparado: contaminado,
OSCAR Pro, OSCAR BCI. 20"] U --> V["OSCAR Pro/BCI mejora precisión
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objetivos ideales de eliminación de artefactos. 24"] C --> Z["OSCAR puede eliminar actividad patológica
como picos epilépticos. 25"] F --> AA["OSCAR supera a ASR, recupera
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no aprendizaje profundo. 27"] F --> AC["Artefactos específicos no pueden
excluirse, pero sí aislarse. 28"] H --> AD["OSCAR integrado en hardware g.tec,
no es de código abierto. 29"] F --> AE["OSCAR robusto a conteo
de canales, 'punto dulce' de 16 canales. 30"] class A,B niediek class C,D,Z artifacts class E,F,G,H,I,J,K,L,M,N,AA,AB,AC,AD,AE oscar class O,P,Q,R,S,T,U,V,W,X evaluation class Y misc

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