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.

A framework for table driven testing of Java classes

With the advent of object-oriented languages and the portability of Java, the development and use of class libraries has become widespread. Effective class reuse depends on class reliability which in turn depends on thorough testing. This paper describes a class testing approach based on modeling each test case with a tuple and then generating large numbers of tuples to thoroughly cover an input space with many interesting combinations of values. The testing approach is supported by the Roast framework for the testing of Java classes. Roast provides automated tuple generation based on boundary values, unit operations that support driver standardization, and test case templates used for code generation. Roast produces thorough, compact test drivers with low development and maintenance cost. The framework and tool support are illustrated on a number of non-trivial classes, including a graphical user interface policy manager. Quantitative results are presented to substantiate the practicality and effectiveness of the approach. Copyright (C) 2002 John Wiley Sons, Ltd.

Visual Biology of Hawaiian Coral Reef Fishes. III. Environmental Light and an Integrated Approach to the Ecology of Reef Fish Vision

In the previous two papers in this three-part series, we have examined visual pigments, ocular media transmission, and colors of the coral reef fish of Hawaii. This paper first details aspects of the light field and background colors at the microhabitat level on Hawaiian reefs and does so from the perspective and scale of fish living on the reef. Second, information from all three papers is combined in an attempt to examine trends in the visual ecology of reef inhabitants. Our goal is to begin to see fish the way they appear to other fish. Observations resulting from the combination of results in all three papers include the following. Yellow and blue colors on their own are strikingly well matched to backgrounds on the reef such as coral and bodies of horizontally viewed water. These colors, therefore, depending on context, may be important in camouflage as well as conspicuousness. The spectral characteristics of fish colors are correlated to the known spectral sensitivities in reef fish single cones and are tuned for maximum signal reliability when viewed against known backgrounds. The optimal positions of spectral sensitivity in a modeled dichromatic visual system are generally close to the sensitivities known for reef fish. Models also predict that both UV-sensitive and red-sensitive cone types are advantageous for a variety of tasks. UV-sensitive cones are known in some reef fish, red-sensitive cones have yet to be found. Labroid colors, which appear green or blue to us, may he matched to the far-red component of chlorophyll reflectance for camouflage. Red cave/hole dwelling reef fish are relatively poorly matched to the background they are often viewed against but this may be visually irrelevant. The model predicts that the task of distinguishing green algae from coral is optimized with a relatively long wavelength visual pigment pair. Herbivorous grazers whose visual pigments are known possess the longest sensitivities so far found. Labroid complex colors are highly contrasting complementary colors close up but combine, because of the spatial addition, which results from low visual resolution, at distance, to match background water colors remarkably well. Therefore, they are effective for simultaneous communication and camouflage.

Sensor-driven agenda for intelligent home care of the elderly

The exponential increase of home-bound persons who live alone and are in need of continuous monitoring requires new solutions to current problems. Most of these cases present illnesses such as motor or psychological disabilities that deprive of a normal living. Common events such as forgetfulness or falls are quite common and have to be prevented or dealt with. This paper introduces a platform to guide and assist these persons (mostly elderly people) by providing multisensory monitoring and intelligent assistance. The platform operates at three levels. The lower level, denominated ‘‘Data acquisition and processing’’performs the usual tasks of a monitoring system, collecting and processing data from the sensors for the purpose of detecting and tracking humans. The aim is to identify their activities in an intermediate level called ‘‘activity detection’’. The upper level, ‘‘Scheduling and decision-making’’, consists of a scheduler which provides warnings, schedules events in an intelligent manner and serves as an interface to the rest of the platform. The idea is to use mobile and static sensors performing constant monitoring of the user and his/her environment, providing a safe environment and an immediate response to severe problems. A case study on elderly fall detection in a nursery home bedroom demonstrates the usefulness of the proposal.

A mobile systems interface protocol

Recent progresses in the software development world has assisted a change in hardware from heavy mainframes and desktop machines to unimaginable small devices leading to the prophetic "third computing paradigm", Ubiquitous Computing. Still, this novel unnoticeable devices lack in various capabilities, like computing power, storage capacity and human interface. Connectivity associated to this devices is also considered an handicap which comes generally associated expensive and limited protocols like GSM and UMTS. Considering this scenario as background, this paper presents a minimal communication protocol introducing better interfaces for limited devices. Special attention has been paid to the limitations of connectivity, storage capacity and scalability of the developed software applications. Illustrating this new protocol, a case-study is presented addressing car sensors communicating with a central

Interface HL7 para observation patterns

Com a generalização das tecnologias de informação e comunicação na área da saúde, a monitorização remota de pacientes, a partir de dispositivos móveis, é uma realidade que contribui para uma melhor qualidade de vida dos pacientes. Mas, não são só os pacientes que ganham com a introdução destas tecnologias, também os profissionais de saúde e os hospitais retiram as suas vantagens. Os profissionais de saúde são munidos de uma ferramenta móvel de monitorização permanente de sinais vitais, aumentando desta forma a ligação médico-paciente. Relativamente aos hospitais, estes vêem os custos de manutenção reduzirem, em virtude da possibilidade dos pacientes puderem ser monitorizados a partir dos seus lares. Neste projecto pretende-se identificar mecanismos que possibilitem responder de forma eficaz à necessidade de partilha de informação, nomeadamente protocolos de comunicação, segurança e sistemas de integração. Foi projectado um protótipo, constituído por um middleware e uma aplicação cliente móvel, onde o middleware tem como missão garantir a interoperabilidade entre um servidor HL7 e a aplicação cliente, utilizada pelo profissional de saúde. A normalização da informação médica trocada entre o servidor HL7 e o middleware obedece à norma internacional HL7.

Sistema sem fios para controlo de iluminação decorativa

Este projecto surgiu no contexto da solicitação de um dos clientes da empresa Castros Iluminações que pretendia um sistema de iluminação decorativa (baseada em LED) de dois conjuntos de 288 janelas, pertencendo cada conjunto a uma fachada diferente do edifício. Este sistema teria que prever a possibilidade de controlar a cor de cada janela individualmente, dando ao cliente a possibilidade de alterar o ambiente decorativo das fachadas do edifício. A utilização de comunicação sem fios foi justificada pela necessidade de evitar a quantidade enorme de cabos que seria necessário passar utilizando os sistemas comerciais convencionais e a impossibilidade de os esconder. Esta solução foi pensada para ser implementada num edifício com 14 Andares, facto que por si só inviabiliza a passajem de cabos. Para interligar todos os dispositivos de iluminação decorativa com um controlador portátil, e eliminar os problemas ligados à cablagem, foi utilizado o protocolo de comunicações sem fios ZigBee™. A escolha recaiu neste protocolo devido a factores como os seus baixos consumos, simplicidade do protocolo comparativamente com outras redes e o seu baixo custo. No desenvolvimento deste projecto foi utilizada a stack da Microchip©, versão gratuita, disponibilizada na internet e os seus transceivers de comunicação Zigbee™, MRF24j40MA. Para fazer a interface de comunicação com o utilizador, foi desenvolvida uma aplicação de Software para correr em computadores com ambiente Windows™. Esta aplicação foi desenvolvida em Visual Studio™ utilizando a linguagem C#. Foram efectuados alguns testes para se perceber a eficiência e robustez da comunicação ZigBee™ e apesar do número de dispositivos disponíveis para ensaios ser muito reduzido, foi possível verificar que, mesmo funcionando correctamente, o desempenho do sistema poderá ser melhorado, quer seja a nível da gestão das comunicações, quer a nível do software informático para controlo do ambiente decorativo das fachadas do edifício. O sistema, no actual estado de desenvolvimento, permite controlar a cor dos vários dispositivos da rede através do computador, com uma resolução de 24bits. A aplicação desenvolvida em Visual Studio™ permite controlar de forma simples e intuitiva para o utilizador, a cor do material iluminativo dos vários dispositivos da rede.

Desenvolvimento de um pedómetro para telemóvel

Esta tese descreve o desenvolvimento do hardware e do software de um sistema com a capacidade de reconhecer o número de passos que uma pessoa efectua durante uma actividade física. O sistema consiste num acelerómetro controlado por um microcontrolador, que comunica com um dispositivo móvel através de Bluetooth. De modo a realizar o sistema foi necessário analisar uma vasta bibliografia, para conhecer o estado da arte desta tecnologia, entender o princípio de funcionamento do protocolo Bluetooth e os conceitos biomecânicos por detrás da marcha humana. A proposta deste trabalho apresentava como elemento diferenciador do estado da arte o uso de um acelerómetro em conjunto com sensores de pressão. Com a conjugação destes sensores pretendia-se aumentar a precisão de um equipamento que normalmente não é reconhecido por essa característica. Contudo, a indisponibilidade dos sensores de pressão levou a que o sistema só fosse constituído pelo acelerómetro. Embora, o sistema foi projectado considerando que os sensores de pressão serão incluídos num futuro desenvolvimento. Neste trabalho foram desenvolvidos dois algoritmos para detectar os passos que uma pessoa executa, com pé onde é colocado o sensor, quando caminha ou corre. Num dos testes realizados o algoritmo da “aceleração composta” detectou 84% dos passos, enquanto o algoritmo da “aceleração simples”detectou 99%. A plataforma para a interface gráfica pretendia-se que fosse um telemóvel, contudo não foi possível obter um telemóvel que suporta-se o perfil SPP (Serial Port Profile), necessário para a comunicação com o módulo Bluetooth usado. A solução passou por usar como plataforma um computador portátil com Bluetooth, para o qual foi desenvolvido a aplicação “Pedómetro ISEP” em Visual Basic. O “Pedómetro ISEP” apresenta várias funcionalidades, entre elas destaca-se o cálculo da distância percorrida, da velocidade, e das calorias consumidas, bem como, o registo desses valores em tabelas e da possibilidade de desenhar os gráficos representativos do progresso do utilizador.

Beyond methodological nationalism: The contribution of Robert E. Park to the history of intercultural communication

The legacy of nineteenth century social theory followed a “nationalist” model of society, assuming that analysis of social realities depends upon national boundaries, taking the nation-state as the primary unit of analysis, and developing the concept of methodological nationalism. This perspective regarded the nation-state as the natural - and even necessary - form of society in modernity. Thus, the constitution of large cities, at the end of the 19th century, through the intense flows of immigrants coming from diverse political and linguistic communities posed an enormous challenge to all social research. One of the most significant studies responding to this set of issues was The Immigrant Press and its Control, by Robert E. Park, one of the most prominent American sociologists of the first half of the 20th century. The Immigrant Press and its Control was part of a larger project entitled Americanization Studies: The Acculturation of Immigrant Group into American Society, funded by the Carnagie Corporation following World War I, taking as its goal to study the so-called “Americanization methods” during the 1920s. This paper revisits that particular work by Park to reveal how his detailed analysis of the role of the immigrant press overcame the limitations of methodological nationalism. By granting importance to language as a tool uniting each community and by showing how the strength of foreign languages expressed itself through the immigrant press, Park demonstrated that the latter produces a more ambivalent phenomenon than simply the assimilation of immigrants. On the one hand, the immigrant press served as a connecting force, driven by the desire to preserve the mother tongue and culture while at the same time awakening national sentiments that had, until then, remained diffuse. Yet, on the other hand, it facilitated the adjustment of immigrants to the American context. As a result, Park’s work contributes to our understanding of a particular liminal moment inherent within many intercultural contexts, the space between emigrant identity (emphasizing the country of origin) and immigrant identity (emphasizing the newly adopted country). His focus on the role played by media in the socialization of immigrant groups presaged later work on this subject by communication scholars. Focusing attention on Park’s research leads to other studies of the immigrant experience from the same period (e.g., Thomas & Znaniecki, The Polish Peasant in Europe and America), and also to insights on multi-presence and interculturality as significant but often overlooked phenomena in the study of immigrant socialization.

Desenvolvimento do sistema de controlo de um braço robotizado e respetiva interface com o utilizador

A robótica tem evoluído de forma significativa nos últimos anos e passa a ser indispensável em várias aplicações nas áreas da engenharia, aeronáutica, medicina, entre outras. O estado da arte do presente trabalho está dividido em duas partes, uma que aborda vários aspetos relacionados com a robótica e outra com os aspetos da fundamentação matemática por de trás da robótica, porque para controlar o robô é necessário implementar expressões matemáticas para o poder controlar. Neste trabalho é apresentado um sistema de controlo do braço robótico MENTOR e o desenvolvimento de uma interface para o utilizador. Para o controlo do braço robótico foi necessário calcular a cinemática direta e inversa, para que se possa obter os ângulos das juntas para uma dada posição ou qual é a posição final do braço robótico para um valor das juntas. O sistema é bastante flexível e foi desenvolvido para ser utilizado essencialmente para aprendizagem de robótica, podendo no entanto ser utilizado em outras aplicações.

Avaliação por fMRI do córtex visual, motor e auditivo através de estimulação sensoriomotora e sonora em desportistas invisuais e desportistas sem deficiência visual

Mestrado em Radiações Aplicadas às Tecnologias da Saúde - Ramo de especialização: Imagem por Ressonância Magnética