Motor imagery induced EEG patterns in spinal cord injury patients and their impact on Brain-Computer Interface accuracy

OBJECTIVE: Assimilating the diagnosis complete spinal cord injury (SCI) takes time and is not easy, as patients know that there is no 'cure' at the present time. Brain-computer interfaces (BCIs) can facilitate daily living. However, inter-subject variability demands measurements with potential user groups and an understanding of how they differ to healthy users BCIs are more commonly tested with. Thus, a three-class motor imagery (MI) screening (left hand, right hand, feet) was performed with a group of 10 able-bodied and 16 complete spinal-cord-injured people (paraplegics, tetraplegics) with the objective of determining what differences were present between the user groups and how they would impact upon the ability of these user groups to interact with a BCI. APPROACH: Electrophysiological differences between patient groups and healthy users are measured in terms of sensorimotor rhythm deflections from baseline during MI, electroencephalogram microstate scalp maps and strengths of inter-channel phase synchronization. Additionally, using a common spatial pattern algorithm and a linear discriminant analysis classifier, the classification accuracy was calculated and compared between groups. MAIN RESULTS: It is seen that both patient groups (tetraplegic and paraplegic) have some significant differences in event-related desynchronization strengths, exhibit significant increases in synchronization and reach significantly lower accuracies (mean (M) = 66.1%) than the group of healthy subjects (M = 85.1%). SIGNIFICANCE: The results demonstrate significant differences in electrophysiological correlates of motor control between healthy individuals and those individuals who stand to benefit most from BCI technology (individuals with SCI). They highlight the difficulty in directly translating results from healthy subjects to participants with SCI and the challenges that, therefore, arise in providing BCIs to such individuals.

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).

Low-cost HMD and EEG: using visual stimulation by the Oculus Rift® to detect stronger ERDs induced by motion imagery

Virtual Reality (VR) can provide visual stimuli for EEG studies that can be altered in real time and can produce effects that are difficult or impossible to reproduce in a non-virtual experimental platform. As part of this experiment the Oculus Rift, a commercial-grade, low-cost, Head Mounted Display (HMD) was assessed as a visual stimuli platform for experiments recording EEG. Following, the device was used to investigate the effect of congruent visual stimuli on Event Related Desynchronisation (ERD) due to motion imagery.

Feasibility study on EEG driven robotic system to realize efficient stroke rehabilitation

We aim to develop an efficient robotic system for stroke rehabilitation, in which a robotic arm moves the hemiplegic upper limb when the patient tries to move it. In order to achieve this goal we have considered a method to detect the patient's intended motion using EEG (Electroencephalogram), and have designed a rehabilitation robot based on a Redundant Drive Method. In this paper, we propose an EEG driven rehabilitation robot system and present initial results evaluating the feasibility of the proposed system.

Multiple Pathways Analysis of Brain Functional Networks from EEG Signals: An Application to Real Data

In the present study, we propose a theoretical graph procedure to investigate multiple pathways in brain functional networks. By taking into account all the possible paths consisting of h links between the nodes pairs of the network, we measured the global network redundancy R (h) as the number of parallel paths and the global network permeability P (h) as the probability to get connected. We used this procedure to investigate the structural and dynamical changes in the cortical networks estimated from a dataset of high-resolution EEG signals in a group of spinal cord injured (SCI) patients during the attempt of foot movement. In the light of a statistical contrast with a healthy population, the permeability index P (h) of the SCI networks increased significantly (P < 0.01) in the Theta frequency band (3-6 Hz) for distances h ranging from 2 to 4. On the contrary, no significant differences were found between the two populations for the redundancy index R (h) . The most significant changes in the brain functional network of SCI patients occurred mainly in the lower spectral contents. These changes were related to an improved propagation of communication between the closest cortical areas rather than to a different level of redundancy. This evidence strengthens the hypothesis of the need for a higher functional interaction among the closest ROIs as a mechanism to compensate the lack of feedback from the peripheral nerves to the sensomotor areas.

VEBit: um algorítmo para codificação de vídeo com escalabilidade

A codificação de vídeo de modo a permitir a escalabilidade durante a transmissão tem se tornado um tópico de grande nos últimos anos. Em conjunto com um algorítmo de controle de congestionamento, é possível a criação de um ambiente de transmissão multimída mais apropriado. Esta dissertação apresente um algoritimo de codificação de vídeo escalável baseado em bit-planes. O modelo de codificação do video utiliza 3D-DCT para codificação espacial e temporal e um quantizador escalar semelehante ao empregado no MPEG 4. A técnica de escalabilidade em bit-planes implementada permite a divisão da saída de codificador em taxas complementares e com granularidade fina. Este algorítmo e parte integrante doprojeto SAM (Sistema Adaptativo Multimídia), que busca criar um ambiente de transmissão multimídia adaptativo em tempo real. Este projeto está em desenvolvimento na tese de doutorado de Valter Roesler. O algorítmo proposto e implementado é capaz de transmitir de forma unidirecional vídeos de baixa movimentação. Os resultados dos testes realizados com a implementação feita mostram que a solução proposta é flexível em realação a tecnologia disponível de transmissão através do ajuste no númerp de camadas e suas respectivas especificações de banda. Os testes realizados apresentaram um desempenho aceitável para codificação e decodificação de vídeo em tempo real. A taxa de compressão apresentou resultados satisfatórios na transmissao em ambientes de baixa velocidade para as camadas inferiores, bem como taxas de transmissão para ambientes em ADSL, cable modem e rede local para as camadas superiores. Com relação a qualidade do vídeo, esta varia de acordo com o grau de movimentação do mesmo. Por exemplo, no modelo "talking-head", comum em videoconferências, a qualidade se mostrou viável para ambientes de baixa velocidade (56 kbits/s).

Uma Arquitetura de Hardware para estimação de movimento aplicada à compressão de vídeo digital

A tarefa de estimação de movimento, utilizada na compressão de vídeo digital, é normalmente realizada em hardware por processador dedicado, uma vez que demanda expressiva capacidade computacional. Este trabalho propõe e desenvolve uma arquitetura de hardware para realizar o cálculo dos vetores de movimento no contexto de compressão de vídeo digital. Essa arquitetura para estimação de movimento é composta pelos blocos: interface de entrada e saída (E/S), matriz de processamento com 64 elementos de processamento, unidade de comparação e unidade de controle. A arquitetura foi descrita em linguagem VHDL de maneira que o número de bits utilizados para representação da luminância dos pontos é configurável. A partir desta descrição, foi gerado um protótipo para dados representados em 4 bits utilizando um kit de desenvolvimento baseado no dispositivo FPGA XC2S150 da Xilinx. Para validação do algoritmo e da arquitetura implementada, além da simulação, foi desenvolvido um software para plataforma PC capaz de exercitar as funcionalidades do protótipo. O PC é utilizado como dispositivo controlador de E/S para esta validação, na qual uma implementação do algoritmo em software e outra em linguagem de descrição de hardware são comparadas. A máxima freqüência de trabalho do protótipo, estimada por simulação da arquitetura mapeada no FPGA XC2S150, é de 33 MHz. A esta freqüência o núcleo da arquitetura paralela de 64 elementos de processamento realiza cerca de 2,1 GOps (bilhões de operações inteiras por segundo). Esta arquitetura de hardware calcula os vetores de movimento para vídeo no formato 640x480 pontos à taxa de 107,32 quadros por segundo, ou um quadro a cada 9,3 ms. A arquitetura implementada para luminânica em 4 bits ocupa 16 pinos de E/S, 71,1% dos blocos lógicos do FPGA e 83,3% dos blocos de memória disponíveis no dispositivo XC2S150.

Sobre cinemas e vídeo-locadoras pornôs, províncias de outros corpos e outros significados

Esta pesquisa aborda os cenários sexuais e algumas dinâmicas associadas a três cinemas e duas vídeo-locadoras pornôs localizadas no centro de Porto Alegre, Rio Grande do Sul, Brasil. A etnografia destes espaços serve de pano de fundo para abordar uma dimensão pouco referida nos estudos sobre a sexualidade humana, as práticas sexuais de homens mais velhos que buscam satisfazer desejos em relações homossexuais. O envelhecimento, fenômeno amplamente estudado por disciplinas como a gerontologia – e também um tema antigo nos quadros da Antropologia Social, disciplina na qual inserem-se os esforços deste trabalho –, normalmente é analisado a partir de sexualidades heterocêntricas. Chama a atenção a invisibilidade da orientação sexual nos estudos sobre envelhecimento, assim como a paralela marginalidade das questões do envelhecimento nos estudos sobre homossexualidades. Assim, entre salas e corredores, cabines coletivas e peep shows individuais, dinâmicas associadas à satisfação de desejos homoeróticos de homens mais velhos foram observadas e etnografadas nos anos de 2002 e, principalmente, 2003. É respaldado neste esforço etnográfico que se torna patente referir nestes espaços uma valorização de outros corpos que não apenas os atléticos, e fases da vida que não apenas a juventude. Este resultado sugere que corpos envelhecidos e proporções não apolíneas também configuram objetos de desejos, o que remete a províncias de significados configuradas de formas distintas daquelas que valorizam o jovem e as proporções hercúleas como as únicas formas e caminhos dos desejos. Outro resultado remete à possível influência da história destes espaços na própria forma como se organizam as dinâmicas e as valorizações dos corpos.

Investigando a aplicação da realidade virtual na educação: vídeo game

A evolução constante da tecnologia está impulsionando a educação para novos rumos, enfatizando a utilização de novas ferramentas, propiciando uma evolução no processo de ensino/aprendizagem. A Realidade Virtual terá e já está tendo um papel definitivo nessa evolução. A presente dissertação visa contribuir para o entendimento das percepções dos estudantes da cidade de Curitiba sobre o uso dos computadores na educação. Para investigar e interpretar tais percepções foram consideradas as principais características das Geração Boomer e Geração Y e os alicerces básicos necessários para a utilização dos conceitos de Realidade Virtual, Educação a Distância, Era Digital, seus efeitos e sua possível aplicação na educação, de modo a permitir que o estudante descubra, explore e construa o seu próprio conhecimento. Buscou-se ainda identificar se as interpretações sobre a tecnologia de Realidade Virtual são convergentes ou divergentes entre os estudantes. Para atingir os objetivos propostos, a coleta de dados se deu a partir da aplicação de questionários estruturados a estudantes do ensino fundamental, médio e superior, matriculados no ano letivo de 2009. A análise dos dados revelou haver uma convergência unânime entre as respostas dos entrevistados e os objetivos da pesquisa.

MoCHA : arquitetura dedicada para a compensação de movimento em decodificadores de vídeo de alta definição, seguindo o padrão H.264

O padrão H.264 foi desenvolvido pelo JVT, que foi formado a partir de uma união entre os especialistas do VCEG da ITU-T e do MPEG da ISO/IEC. O padrão H.264 atingiu seu objetivo de alcançar as mais elevadas taxas de processamento dentre todos os padrões existentes, mas à custa de um grande aumento na complexidade computacional. Este aumento de complexidade impede, pelo menos na tecnologia atual, a utilização de codecs H.264 implementados em software, quando se deseja a decodi cação de vídeos de alta de nição em tempo real. Essa dissertação propõe uma solução arquitetural de hardware, denominada MoCHA, para compensação de movimento do decodi cador de vídeo de alta de nição, segundo o padrão H.264/AVC. A MoCHA está dividida em três blocos principais, a predição dos vetores de movimento, o acesso à memória e o processamento de amostras. A utilização de uma cache para explorar a redundância dos dados nos acessos à mem ória, em conjunto com melhorias propostas, alcançou economia de acessos à memória superior a 60%, para os casos testados. Quando uma penalidade de um ciclo por troca de linha de memória é imposta, a economia de ciclos de acesso supera os 75%. No processamento de amostras, a arquitetura realiza o processamento dos dois blocos, que dão origem ao bloco bi-preditivo, de forma serial. Dessa forma, são economizados recursos de hardware, uma vez que a duplicação da estrutura de processamento não é requerida. A arquitetura foi validada a partir de simulações, utilizando entradas extraídas de seqüências codi cadas. Os dados extraídos, salvos em arquivos, serviam de entrada para a simulação. Os resultados da simulação foram salvos em arquivos e comparados com os resultados extraídos. O processador de amostras do compensador de movimento foi prototipado na placa XUP Virtex-II Pro. A placa possui um FPGA VP30 da família Virtex-II PRO da Xilinx. O processador PowerPC 405, presente no dispositivo, foi usado para implementar um test bench para validar a operação do processador de amostras mapeado para o FPGA. O compensador de movimento para o decodi cador de vídeo H.264 foi descrito em VHDL, num total de 30 arquivos e cerca de 13.500 linhas de código. A descrição foi sintetizada pelo sintetizador Syplify Pro da Symplicity para o dispositivo XC2VP30-7 da Xilinx, consumindo 8.465 slices, 5.671 registradores, 10.835 LUTs, 21 blocos de memó- ria interna e 12 multiplicadores. A latência mínima para processar um macrobloco é de 233 ciclos, enquanto a máxima é de 590, sem considerar misses na cache. A freqüência máxima de operação foi de 100,5 MHz. A arquitetura projetada é capaz de processar, no pior caso, 36,7 quadros HDTV de 1080 por 1920, inteiramente bi-preditivos, por segundo. Para quadros do tipo P, que não utilizam a bi-predição, a capacidade de processamento sobe para 64,3 quadros por segundo. A arquitetura apresentada para o processamento de quadros bi-preditivos e a hierarquia de memória são, até o momento, inéditas na literatura. Os trabalhos relativos a decodi cadores completos não apresentam a solução para esse processamento. Os resultados apresentados tornam a MoCHA uma solução arquitetural capaz de fazer parte de um decodi cador para vídeos de alta definição.

Projeto BSS (vídeo resumo)

A iniciativa faz parte de parceria entre a Apex-Brasil e o GVces, em seu projeto ICV Global (inovação e sustentabilidade nas cadeias globais de valor)