Movement intention detection from autocorrelation of EEG for BCI

Movement intention detection is important for development of intuitive movement based Brain Computer Interfaces (BCI). Various complex oscillatory processes are involved in producing voluntary movement intention. In this paper, temporal dynamics of electroencephalography (EEG) associated with movement intention and execution were studied using autocorrelation. It was observed that the trend of decay of autocorrelation of EEG changes before and during the voluntary movement. A novel feature for movement intention detection was developed based on relaxation time of autocorrelation obtained by fitting exponential decay curve to the autocorrelation. This new single trial feature was used to classify voluntary finger tapping trials from resting state trials with peak accuracy of 76.7%. The performance of autocorrelation analysis was compared with Motor-Related Cortical Potentials (MRCP).

Sviluppo di un sistema bci eeg-based per il controllo del movimento di un modello di arto superiore

Nel presente lavoro di tesi è stato sviluppato e testato un sistema BCI EEG-based che sfrutta la modulazione dei ritmi sensorimotori tramite immaginazione motoria della mano destra e della mano sinistra. Per migliorare la separabilità dei due stati mentali, in questo lavoro di tesi si è sfruttato l'algoritmo CSP (Common Spatial Pattern), in combinazione ad un classificatore lineare SVM. I due stati mentali richiesti sono stati impiegati per controllare il movimento (rotazione) di un modello di arto superiore a 1 grado di libertà, simulato sullo schermo. Il cuore del lavoro di tesi è consistito nello sviluppo del software del sistema BCI (basato su piattaforma LabVIEW 2011), descritto nella tesi. L'intero sistema è stato poi anche testato su 4 soggetti, per 6 sessioni di addestramento.

Closed-Loop Deep Brain Stimulation: Bidirectional Neuroprosthetics for Tremor and BCI

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06

Sviluppo e test di un sistema BCI SSVEP-based

Una Brain Computer Interface (BCI) è un dispositivo che permette la misura e l’utilizzo di segnali cerebrali al fine di comandare software e/o periferiche di vario tipo, da semplici videogiochi a complesse protesi robotizzate. Tra i segnali attualmente più utilizzati vi sono i Potenziali Evocati Visivi Steady State (SSVEP), variazioni ritmiche di potenziale elettrico registrabili sulla corteccia visiva primaria con un elettroencefalogramma (EEG) non invasivo; essi sono evocabili attraverso una stimolazione luminosa periodica, e sono caratterizzati da una frequenza di oscillazione pari a quella di stimolazione. Avendo un rapporto segnale rumore (SNR) particolarmente favorevole ed una caratteristica facilmente studiabile, gli SSVEP sono alla base delle più veloci ed immediate BCI attualmente disponibili. All’utente vengono proposte una serie di scelte ciascuna associata ad una stimolazione visiva a diversa frequenza, fra le quali la selezionata si ripresenterà nelle caratteristiche del suo tracciato EEG estratto in tempo reale. L’obiettivo della tesi svolta è stato realizzare un sistema integrato, sviluppato in LabView che implementasse il paradigma BCI SSVEP-based appena descritto, consentendo di: 1. Configurare la generazione di due stimoli luminosi attraverso l’utilizzo di LED esterni; 2. Sincronizzare l’acquisizione del segnale EEG con tale stimolazione; 3. Estrarre features (attributi caratteristici di ciascuna classe) dal suddetto segnale ed utilizzarle per addestrare un classificatore SVM; 4. Utilizzare il classificatore per realizzare un’interfaccia BCI realtime con feedback per l’utente. Il sistema è stato progettato con alcune delle tecniche più avanzate per l’elaborazione spaziale e temporale del segnale ed il suo funzionamento è stato testato su 4 soggetti sani e comparato alle più moderne BCI SSVEP-based confrontabili rinvenute in letteratura.

Epistemologia ou filosofia da Ciência da Informação?

It discusses the philosophical proposal by Luciano Floridi for Library and Information Science (BCI) and the response of information theorists to the proposal. The article points out the courage of the young Italian philosopher - from the computational field - who breaks the hegemony of epistemology as foundation for BCI. However, it takes distance from the philosophy of information in favor of a philosophy of Information Science, in which the creation of concepts, in Deleuze and Guattari's inspiration, is mandatory. In this sense, the article presents two philosophical concepts for the area of knowledge organization, such as: minor documentary language and descriptive classification by affects. These same concepts consider all elements of the philosophical concept: the problem the concept refers to; the components of the concept, the neighborhood and its boundaries and, most importantly, the becoming of the philosophical concept on scientific or artistic practices.

p75 neurotrophin receptor-mediated neuronal death is promoted by Bcl-2 and prevented by Bcl-x(L)

The p75 neurotrophin receptor (p75NTR) has been shown to mediate neuronal death through an unknown pathway. We microinjected p75NTR expression plasmids into sensory neurons in the presence of growth factors and assessed the effect of the expressed proteins on cell survival. We show that, unlike other members of the TNFR family, p75NTR signals death through a unique caspase-dependent death pathway that does not involve the death domain and is differentially regulated by Bcl-2 family members: the anti-apoptotic molecule Bcl-2 both promoted, and was required for, p75NTR killing, whereas killing was inhibited by its homologue BcI-x(L). These results demonstrate that Bcl-2, through distinct molecular mechanisms, either promotes or inhibits neuronal death depending on the nature of the death stimulus.

EEG-based Brain-Computer Interfaces: An Overview of Basic Concepts and Clinical Applications in Neurorehabilitation

Some patients are no longer able to communicate effectively or even interact with the outside world in ways that most of us take for granted. In the most severe cases, tetraplegic or post-stroke patients are literally `locked in` their bodies, unable to exert any motor control after, for example, a spinal cord injury or a brainstem stroke, requiring alternative methods of communication and control. But we suggest that, in the near future, their brains may offer them a way out. Non-invasive electroencephalogram (EEG)-based brain-computer interfaces (BCD can be characterized by the technique used to measure brain activity and by the way that different brain signals are translated into commands that control an effector (e.g., controlling a computer cursor for word processing and accessing the internet). This review focuses on the basic concepts of EEG-based BC!, the main advances in communication, motor control restoration and the down-regulation of cortical activity, and the mirror neuron system (MNS) in the context of BCI. The latter appears to be relevant for clinical applications in the coming years, particularly for severely limited patients. Hypothetically, MNS could provide a robust way to map neural activity to behavior, representing the high-level information about goals and intentions of these patients. Non-invasive EEG-based BCIs allow brain-derived communication in patients with amyotrophic lateral sclerosis and motor control restoration in patients after spinal cord injury and stroke. Epilepsy and attention deficit and hyperactive disorder patients were able to down-regulate their cortical activity. Given the rapid progression of EEG-based BCI research over the last few years and the swift ascent of computer processing speeds and signal analysis techniques, we suggest that emerging ideas (e.g., MNS in the context of BC!) related to clinical neuro-rehabilitation of severely limited patients will generate viable clinical applications in the near future.

O efeito de um programa de fisioterapia na estabilização do prematuro

Mestrado em Fisioterapia.

O efeito de um programa de fisioterapia na estabilização do prematuro

O número de bebés que nascem prematuros tem vindo a aumentar. É indiscutível a importância dos avanços tecnológicos e da pesquisa nas Unidades de Cuidados Intensivos de Neonatologia (UCIN), sendo essencial o papel desempenhado pelos fisioterapeutas nos cuidados prestados a estes bebés. As suas potencialidades só se desenvolvem na medida em que o bebé encontra estimulação e posicionamento adequado. Realizou‑se um estudo piloto na UCIN do Centro Hospitalar Lisboa Norte (CHLN), no período de julho de 2011 a março de 2012, em que se pretendeu avaliar o efeito de um programa de fisioterapia na estabilização do prematuro. Este programa consistiu em posicionar o prematuro em decúbito dorsal, lateral direito e lateral esquerdo e decúbito ventral, permanecendo em cada posição 5 minutos. O objetivo foi avaliar, durante a permanência do bebé na UCIN, a alteração nos seguintes parâmetros: frequência cardíaca (FC) e saturação de oxigénio (SatO2), antes e depois do tratamento. A amostra por conveniência incluiu no estudo 30 bebés prematuros, sendo 13 do género feminino e 17 do género masculino, que obedeceram a critérios específicos de inclusão. Para verificar as variáveis fisiológicas FC e SatO2 foi utilizado um Oxímetro de Pulso BCI 3401. Verificou‑se que a FC diminui e a SatO2 aumentou entre a primeira avaliação e a segunda avaliação, para a amostra total, assim como para os sujeitos do género feminino e os sujeitos do género masculino, para α = 0,05 e valor p≤0,001. Contudo, a diferença entre as médias dos dois momentos de avaliação da FC e da SatO2, em função do género, não revelaram diferenças estatisticamente significativas. Em conclusão, o estudo sugere que o programa de fisioterapia promove a melhoria da SatO2 e diminuição da FC, promovendo uma melhoria da estabilização do prematuro.

Interfaces Cérebro-Computador Utilização do Emotiv EPOC para controlar software lúdico

Uma interface cérebro-computador (BCI) não é mais do que um dispositivo que lê e analisa ondas cerebrais e as converte em ações sobre um computador. Com a evolução das BCI e a possibilidade de acesso às mesmas por parte do público começou a ser possível o uso de BCIs para fins lúdicos. Nesse sentido nesta tese foi feito um estudo sobre interfaces cérebro-computador, o que são, que tipos de BCI existem, o seu uso para entretenimento, as suas limitações e o futuro deste tipo de interfaces. Foi ainda criado um software lúdico controlado por BCI (Emotiv EPOC) que é composto por um jogo tipo Pong e um reprodutor de música. O reprodutor de música através de BCI classifica e recomenda músicas ao utilizador. Com esta tese foi possível chegar à conclusão que é possível utilizar BCI para entretenimento (jogos e recomendação de conteúdos) apesar de se ter verificado que para jogos os dispositivos tradicionais de controlo (rato e teclado) ainda têm uma precisão muito superior.

Bridging present and future of brain-computer interfaces: an assessment of impacts

Based on the report for the “Project III” unit of the PhD programme on Technology Assessment under the supervision of Prof. António B. Moniz. This report was discussed also at the 2nd Winter School on Technology Assessment held at Universidade Nova de Lisboa, Caparica Campus, Portugal on December 2011.

Plataforma smartphone para biossensores de espectroscopia de infravermelho próximo

O tema “Plataforma smartphone para biossensores de Espectroscopia de Infravermelho Próximo”, surge no âmbito da instrumentação médica, na área das BCI – Brain Computer Interfaces, devido à necessidade de encontrar um dispositivo portátil, de custo acessível e elevada performance que permita obter informação acerca da actividade neuronal do córtex motor no decorrer duma determinada tarefa. O objectivo do trabalho consiste no desenvolvimento duma sonda capaz de detectar as alterações hemodinâmicas que ocorrem no córtex, bem como toda a instrumentação inerente à aquisição do sinal e transmissão dos dados para um computador, a análise dos dados e por fim o desenvolvimento de uma aplicação em Android para visualização dos resultados. Foi desenvolvida uma banda para a cabeça, composta pela sonda NIRS: LEDs (Light-Emiting Diodes) de 940nm e 660nm e os respectivos fototransístores de detecção, bem como toda a electrónica de condicionamento do sinal captado. Num módulo à parte, alimentado por duas baterias de 9V, encontram-se os circuitos electrónicos onde é possível regular ganhos de amplificação e offsets. Os dados foram adquiridos pelo microcontrolador Arduíno Uno, usando uma taxa de amostragem de 50Hz em cada um dos dois canais utilizados. O controlo do Arduíno foi feito utilizando o LabVIEW. Para o processamento dos dados, visualização e cálculo das concentrações de oxi e desoxi-hemoglobina no sangue recorreu-se ao Matlab. O sistema foi calibrado com recurso a um oxímetro de pulso clínico usado em cinco indivíduos saudáveis. Finalmente o sistema foi testado ao colocar-se o sensor NIRS sobre o córtex motor esquerdo de nove indivíduos saudáveis destros, fazendo-se uma aquisição de dados durante dois minutos. Utilizou-se um paradigma de 10s de repouso seguido de 10s a abrir e fechar a mão. O sistema NIRS conseguiu medir as alterações que ocorrem nas concentrações de oxi e desoxi-hemoglobina devido à actividade motora de abrir e fechar a mão. Dado o princípio físico ser o mesmo do dos oxímetros convencionais, conseguiu-se ainda medir com sucesso a frequência cardíaca e a saturação percentual de oxigénio após a calibração do sensor. As medidas podem ser visualizadas numa aplicação desenvolvida para o Android. Os resultados sugerem que com esta abordagem, este tipo de dispositivo pode estar disponível a baixo custo quer para doentes quer para indivíduos saudáveis, por exemplo em aplicações de telemóvel.

Bladder cancer index: cross-cultural adaptation into Spanish and psychometric evaluation.

BACKGROUND The Bladder Cancer Index (BCI) is so far the only instrument applicable across all bladder cancer patients, independent of tumor infiltration or treatment applied. We developed a Spanish version of the BCI, and assessed its acceptability and metric properties. METHODS For the adaptation into Spanish we used the forward and back-translation method, expert panels, and cognitive debriefing patient interviews. For the assessment of metric properties we used data from 197 bladder cancer patients from a multi-center prospective study. The Spanish BCI and the SF-36 Health Survey were self-administered before and 12 months after treatment. Reliability was estimated by Cronbach's alpha. Construct validity was assessed through the multi-trait multi-method matrix. The magnitude of change was quantified by effect sizes to assess responsiveness. RESULTS Reliability coefficients ranged 0.75-0.97. The validity analysis confirmed moderate associations between the BCI function and bother subscales for urinary (r = 0.61) and bowel (r = 0.53) domains; conceptual independence among all BCI domains (r ≤ 0.3); and low correlation coefficients with the SF-36 scores, ranging 0.14-0.48. Among patients reporting global improvement at follow-up, pre-post treatment changes were statistically significant for the urinary domain and urinary bother subscale, with effect sizes of 0.38 and 0.53. CONCLUSIONS The Spanish BCI is well accepted, reliable, valid, responsive, and similar in performance compared to the original instrument. These findings support its use, both in Spanish and international studies, as a valuable and comprehensive tool for assessing quality of life across a wide range of bladder cancer patients.

Informação para negócios: aspectos da literatura científica nacional em revistas da área de ciência da informação

Realiza análise da produção brasileira de artigos científicos da área de ciência da informação, a partir 126 artigos do período de 1972 a 2006 que integraram a Base Brasileira sobre Informação para Negócios (Brapin). Caracteriza a produção quanto aos aspectos enfoques e tendências de conteúdo, autoria e freqüência por período de publicações, padronizando os 342 termos descritores de acordo com o tesauro da American Society for Information Science and Technology (Asis). Fundamenta a análise de conteúdo em categorias representativas das principais temáticas do conjunto de textos sobre informação para negócios, constatando que, das 26 revistas da área de biblioteconomia e ciência da informação (BCI) presentes na base Brapin, apenas 13 publicaram artigos científicos sobre o tema, destacando-se o ano de 1997 como o de maior produção. Do conjunto denominado informação para negócios, destaca-se a temática informação tecnológica, com 45% dos artigos, e em relação ao tipo de autoria, predomina o individual.

Brain Computer Interface for Virtual Reality Control

A brain-computer interface (BCI) is a new communication channel between the human brain and a computer. Applications of BCI systems comprise the restoration of movements, communication and environmental control. In this study experiments were made that used the BCI system to control or to navigate in virtual environments (VE) just by thoughts. BCI experiments for navigation in VR were conducted so far with synchronous BCI and asynchronous BCI systems. The synchronous BCI analyzes the EEG patterns in a predefined time window and has 2 to 3 degrees of freedom.