Conocimiento Bóveda 3/87 - G.TEC BCI & Neurotecnología Escuela de Primavera 2024 - Día 9
Evaluación en tiempo real del rendimiento de concentración
Martin Walchshofer, g.tec medical engineering GmbH (RO)
<Imagen del Resumen >

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

graph LR classDef experiment fill:#f9d4d4, font-weight:bold, font-size:14px classDef eeg fill:#d4f9d4, font-weight:bold, font-size:14px classDef test fill:#d4d4f9, font-weight:bold, font-size:14px classDef results fill:#f9f9d4, font-weight:bold, font-size:14px classDef demo fill:#f9d4f9, font-weight:bold, font-size:14px A["Martin Walchshofer"] --> B["experimento de rendimiento de
concentración. 1"] A --> C["Dispositivo EEG: Unicorn Hybrid Black,
8 electrodos, 250Hz. 1"] C --> D["Electrodos: área occipital,
minimizar artefactos. 2"] A --> E["Experimento: 23 sujetos,
prueba de enfoque D2. 3"] E --> F["EEG de línea base vs
EEG de prueba D2. 3"] E --> G["Sistema validado repitiendo
la prueba. 4"] G --> H["Clasificador aplicado a Tetris,
tareas de video. 4"] E --> I["Cuestionarios: enfoque percibido vs
medido/compromiso. 5"] A --> J["Bandas EEG reflejan
estados mentales. 5"] J --> K["Cambios en theta y alfa examinados
durante tareas. 6"] K --> L["D2: aumento de theta,
disminución de alfa vs reposo. 7"] K --> M["Velocidad de Tetris impactada
theta/alfa similarmente. 7"] K --> N["Videos: pequeños cambios
en la potencia de la banda. 7"] A --> O["Análisis EEG en tiempo real:
extracción de características, ML. 8"] O --> P["Interfaz D2: respuestas
correctas/incorrectas resaltadas. 8"] A --> Q["Videos de prueba: paisajes relajantes,
deportes de acción. 9"] A --> R["Pruebas, entrenamientos aumentaron
la confianza en los resultados. 10"] R --> S["Reposo vs D2: claramente
distinguible. 10"] A --> T["90%+ precisión distinguiendo
reposo vs D2. 11"] A --> U["Clasificador aplicado a Tetris
a diferentes velocidades. 12"] U --> V["Velocidades de juego identificables
desde EEG. 12"] A --> W["Compromiso percibido coincidió
con compromiso EEG medido. 13"] W --> X["Compromiso aumentó con
velocidad de Tetris. 13"] A --> Y["Resultados similares para
videos relajantes vs atractivos. 14"] A --> Z["Percibido alineado con compromiso
EEG medido a través de tareas. 15"] A --> AA["Estudio publicado en
Journal of Neural Engineering. 16"] A --> AB["Demostración en vivo con colega. 17"] AB --> AC["Electrodos EEG adjuntos,
gel aplicado. 17"] AB --> AD["Artefactos de ojos, músculos
observados, señal confirmada. 18"] AB --> AE["Entrenamiento comienza con prueba D2. 19"] AE --> AF["Sujeto hace clic en 'd' con
dos marcas, evita otros. 19"] AE --> AG["Dos rondas de entrenamiento
con fases de relajación. 20"] AG --> AH["Clasificador generado para
diferenciar estados. 20"] AB --> AI["80%+ precisión para sujeto en vivo. 21"] AI --> AJ["Sujeto dado tareas D2, reposo
para predicción en tiempo real. 21"] AJ --> AK["Puntuación del clasificador monitoreada,
aumenta para enfoque, disminuye para reposo. 22"] AB --> AL["Tareas de Tetris, video realizadas,
puntuación de compromiso monitoreada. 23"] AL --> AM["Video relajante: puntuaciones
alrededor del mínimo. 24"] AL --> AN["Video atractivo: puntuaciones
hacia el máximo, problemas de Bluetooth. 24"] AL --> AO["Tetris rápido: alto
compromiso, abrumador. 25"] AL --> AP["Tetris lento: bajo
compromiso, como descansar. 25"] AL --> AQ["Tetris medio: puntuaciones
entre alto y bajo. 26"] AB --> AR["Demostración en vivo replica
resultados clave del estudio. 27"] A --> AS["Tetris inicialmente usado para
calibración, resultó difícil. 28"] AS --> AT["Prueba D2 funcionó
mejor para calibración. 28"] A --> AU["Próximo orador: Stephen Laureys,
anterior: Damien Coyle. 29"] A --> AV["Conclusiones: EEG mide confiablemente
compromiso en tareas... 30"] AV --> AW["Clasificadores entrenables en pruebas,
aplicables a otras tareas. 30"] class A,B,E,G,R,AA,AB,AE,AG,AI,AJ,AL,AR,AS experiment class C,D,F,J,K,L,M,N,O,T,U,V,Y,Z,AC,AD eeg class H,I,P,Q,AK,AM,AN,AO,AP,AQ test class S,W,X,AH,AT,AV,AW results class AU demo

Resumen:

1.- Martin Walchshofer presenta un experimento que mide el rendimiento de concentración utilizando el dispositivo EEG Unicorn Hybrid Black con 8 electrodos a una tasa de muestreo de 250 Hz.

2.- Los electrodos se colocaron principalmente en el área occipital para minimizar los artefactos de movimientos oculares, actividad muscular y áreas motoras.

3.- El experimento utilizó 23 sujetos que se entrenaron en una prueba de enfoque D2 estandarizada. Se comparó el EEG en reposo con el EEG durante la prueba D2.

4.- Después del entrenamiento, el sistema fue validado repitiendo la prueba. Luego se aplicó el clasificador al juego de Tetris y a tareas de visualización de videos.

5.- Se utilizaron cuestionarios de los sujetos para comparar el enfoque/compromiso percibido con las mediciones de EEG. Diferentes bandas de frecuencia EEG reflejan diferentes estados mentales.

6.- Se examinaron los cambios en la potencia de las bandas theta y alfa durante la línea base, la prueba D2, Tetris a diferentes velocidades y videos atractivos vs no atractivos.

7.- La prueba D2 mostró un aumento de theta y una disminución de alfa en comparación con el reposo. La velocidad de Tetris impactó theta/alfa de manera similar. Los videos mostraron pequeños cambios en la potencia de la banda.

8.- La extracción de características en tiempo real y el aprendizaje automático permitieron el análisis EEG en línea. La interfaz de prueba D2 resaltó las respuestas correctas e incorrectas.

9.- Se utilizaron dos videos de prueba, paisajes relajantes y deportes de acción, para comparar las respuestas EEG con el nivel de compromiso.

10.- Se realizaron pruebas y entrenamientos del paradigma experimental para aumentar la confianza en los resultados. El reposo vs la prueba D2 fue claramente distinguible.

11.- Se logró una precisión de clasificación superior al 90% en 23 sujetos para distinguir el reposo de la prueba D2, con un promedio de precisión del 94.6%.

12.- Después del entrenamiento, el clasificador se aplicó a Tetris a velocidades lenta, media y rápida. Las diferentes velocidades del juego fueron claramente identificables desde el EEG.

13.- El compromiso percibido de los cuestionarios coincidió con el compromiso EEG medido, aumentando ambos de velocidades lentas a medias a rápidas de Tetris.

14.- Se encontraron resultados similares para videos relajantes vs atractivos, con una diferencia menor pero medible en el compromiso detectado por EEG.

15.- El compromiso percibido se alineó bien con el compromiso EEG medido en los 24 sujetos y diferentes dificultades de tarea, apoyando la validez del sistema.

16.- El estudio publicado "Estimación en tiempo real de puntuaciones de compromiso basadas en EEG durante diferentes tareas" en el Journal of Neural Engineering detalla los resultados.

17.- Se realiza una demostración en vivo con un colega, primero colocando electrodos EEG y aplicando gel para mejorar la calidad y estabilidad de la señal.

18.- Se realizan parpadeos, apretar los dientes y cerrar los ojos para observar los artefactos EEG correspondientes y las ondas alfa, confirmando una buena calidad de señal.

19.- El experimento de entrenamiento comienza con la prueba D2, donde el sujeto debe hacer clic en caracteres "d" con exactamente dos marcas mientras evita otros.

20.- Se realizan dos rondas de entrenamiento, con fases de relajación entre ellas. Luego, el sistema genera un clasificador para diferenciar los dos estados.

21.- Se logra una precisión superior al 80% para el sujeto en vivo, quien luego recibe nuevamente las tareas D2 y de reposo para predicción en tiempo real.

22.- Se monitorea la puntuación de salida del clasificador, aumentando por encima de cero para el enfoque y disminuyendo hacia el mínimo durante las fases de reposo.

23.- Luego se realizan tareas de juego de Tetris a diferentes dificultades y visualización de videos mientras se monitorea la puntuación de compromiso EEG en tiempo real.

24.- El video relajante muestra puntuaciones alrededor del mínimo, mientras que el video atractivo tiende más hacia el máximo, pero ocurren problemas de conexión Bluetooth.

25.- El juego de Tetris rápido muestra puntuaciones de alto compromiso ya que es abrumador, mientras que Tetris lento es poco estimulante con puntuaciones similares al reposo.

26.- Tetris a velocidad media resulta en puntuaciones entre las velocidades alta y baja, coincidiendo con el patrón observado en el estudio de 23 personas.

27.- La demostración en vivo replica los resultados clave del estudio completo, demostrando diferencias medibles en el compromiso EEG a través de tareas y dificultades.

28.- Tetris se utilizó inicialmente para calibrar el sistema BCI pero resultó difícil debido al rápido aumento de la dificultad. La prueba D2 funcionó mejor.

29.- La presentación termina con una breve mención del próximo orador principal Stephen Laureys y el orador anterior Damien Coyle.

30.- Conclusiones clave: el EEG puede medir de manera confiable el compromiso en tareas en tiempo real, los clasificadores pueden entrenarse en pruebas estandarizadas y aplicarse a otras tareas.

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