Um sistema inteligente de classificação de sinais de EEG para Interface Cérebro-Computador

The Brain-Computer Interfaces (BCI) have as main purpose to establish a communication path with the central nervous system (CNS) independently from the standard pathway (nervous, muscles), aiming to control a device. The main objective of the current research is to develop an off-line BCI that separates the different EEG patterns resulting from strictly mental tasks performed by an experimental subject, comparing the effectiveness of different signal-preprocessing approaches. We also tested different classification approaches: all versus all, one versus one and a hierarchic classification approach. No preprocessing techniques were found able to improve the system performance. Furthermore, the hierarchic approach proved to be capable to produce results above the expected by literature

Mindware semiótico-comunicativo: campos conceituais no ensino de física para deficientes visuais utilizando uma interface cérebro-computador

Pós-graduação em Educação para a Ciência - FC

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.

Interfaces cérebro-computador: estudo, design e desenvolvimento do jogo AdmiralMind Battleship

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

Uso de Interfaces Cérebro-computador na comunicação de pessoas com Síndrome de Encarceramento

Os avanços nas Interfaces Cérebro-máquina, resultantes dos avanços no tratamento de sinal e da inteligência artificial, estão a permitir-nos aceder à atividade cerebral, descodificá-la, e usála para comandar dispositivos, sejam eles braços artificiais ou computadores. Isto é muito mais importante quando os utilizadores são pessoas que perderam a capacidade de comunicar, embora mantenham as suas capacidades cognitivas intactas. O caso mais extremo desta situação é o das pessoas afetadas pela Síndrome de Encarceramento. Este trabalho pretende contribuir para a melhoria da qualidade de vida das pessoas afetadas por esta síndrome, disponibilizando-lhes um meio de comunicação adaptado às suas limitações. É essencialmente um estudo de usabilidade aplicada a um tipo de utilizador extremamente diminuído na sua capacidade de interação. Nesta investigação começamos por compreender a Síndrome de Encarceramento e as limitações e capacidades das pessoas afetadas por ela. Abordamos a neuroplasticidade, o que é, e em que medida é importante para a utilização das Interfaces Cérebro-máquina. Analisamos o funcionamento destas interfaces, e os fundamentos científicos que o suportam. Finalmente, com todo este conhecimento em mãos, investigamos e desenvolvemos métodos que nos permitissem otimizar as limitadas capacidades do utilizador na sua interação com o sistema, minimizando o esforço e maximizando o desempenho. Foi para o efeito desenhado e implementado um protótipo que nos permitisse validar as soluções encontradas.

Implante neural controlado em malha fechada

One of the challenges to biomedical engineers proposed by researchers in neuroscience is brain machine interaction. The nervous system communicates by interpreting electrochemical signals, and implantable circuits make decisions in order to interact with the biological environment. It is well known that Parkinson’s disease is related to a deficit of dopamine (DA). Different methods has been employed to control dopamine concentration like magnetic or electrical stimulators or drugs. In this work was automatically controlled the neurotransmitter concentration since this is not currently employed. To do that, four systems were designed and developed: deep brain stimulation (DBS), transmagnetic stimulation (TMS), Infusion Pump Control (IPC) for drug delivery, and fast scan cyclic voltammetry (FSCV) (sensing circuits which detect varying concentrations of neurotransmitters like dopamine caused by these stimulations). Some softwares also were developed for data display and analysis in synchronously with current events in the experiments. This allowed the use of infusion pumps and their flexibility is such that DBS or TMS can be used in single mode and other stimulation techniques and combinations like lights, sounds, etc. The developed system allows to control automatically the concentration of DA. The resolution of the system is around 0.4 µmol/L with time correction of concentration adjustable between 1 and 90 seconds. The system allows controlling DA concentrations between 1 and 10 µmol/L, with an error about +/- 0.8 µmol/L. Although designed to control DA concentration, the system can be used to control, the concentration of other substances. It is proposed to continue the closed loop development with FSCV and DBS (or TMS, or infusion) using parkinsonian animals models.

Detecção de potenciais corticais antecipatórios em sinais de eletroencefalografia (EEG) durante a condução de carros

O reconhecimento da intenção do condutor a partir de sinais de eletroencefalografia (EEG) pode ser útil no desenvolvimento de interfaces cérebro computador (BCI) para serem usadas em sinergia com veículos inteligentes. Isso pode ser benéfico para melhorar a qualidade de interação entre o motorista e o carro, por exemplo, fornecendo uma resposta do carro inteligente alinhada com a intenção do motorista. Neste estudo, considera-se a antecipação como sendo o estado cognitivo que leva a ações especificas durante a condução de um automóvel. Portanto, propomos investigar a presença de padrões antecipatórios em sinais EEG durante a condução de veículos para determinar duas ações especifícas (1) virar à esquerda e (2) virar à direita, alguns milissegundos antes que tais ações aconteçam. Um protocolo experimental foi proposto para gravar sinais EEG de 5 indivíduos enquanto eles operam um simulador de realidade virtual não invasiva - que foi projetado para tal experimento - que simula a condução de um carro virtual. O protocolo experimental é uma variante do paradigma da variação negativa contingente (CNV) com condições Go e No-go no sistema de condução de realidade virtual. Os resultados apresentados neste estudo indicam a presença de padrões antecipatórios em potenciais corticais lentos observados no domínio do tempo (medias dos sinais EEG) e da frequência (Power Spectra e coerência de fase). Isso abre um leque de possibilidades no desenvolvimento de sistemas BCI - baseados em sinais antecipatórios - que conectem o motorista ao veiculo inteligente favorecendo uma tomada de decisão que analise as intenções dos condutores podendo eventualmente evitar acidentes durante a condução.

Análise de sinais cerebrais utilizando árvores de decisão

Este trabalho propõe um estudo de sinais cerebrais aplicados em sistemas BCI (Brain-Computer Interface - Interfaces Cérebro Computador), através do uso de Árvores de Decisão e da análise dessas árvores com base nas Neurociências. Para realizar o tratamento dos dados são necessárias 5 fases: aquisição de dados, pré-processamento, extração de características, classificação e validação. Neste trabalho, todas as fases são contempladas. Contudo, enfatiza-se as fases de classificação e de validação. Na classificação utiliza-se a técnica de Inteligência Artificial denominada Árvores de Decisão. Essa técnica é reconhecida na literatura como uma das formas mais simples e bem sucedidas de algoritmos de aprendizagem. Já a fase de validação é realizada nos estudos baseados na Neurociência, que é um conjunto das disciplinas que estudam o sistema nervoso, sua estrutura, seu desenvolvimento, funcionamento, evolução, relação com o comportamento e a mente, e também suas alterações. Os resultados obtidos neste trabalho são promissores, mesmo sendo iniciais, visto que podem melhor explicar, com a utilização de uma forma automática, alguns processos cerebrais.

O uso de softwares para estimulação da percepção do surdo frente aos parametros de velocidade do ritmo : proposta de utilização do Bpm Counter e do Vpm Counter no programa de atividade ritmicas adaptado as pessoas surdas

Universidade Estadual de Campinas . Faculdade de Educação Física

Avaliação das farmácias virtuais brasileiras

O crescente número de usuários de internet desencadeou um aumento na busca dos serviços de farmácias virtuais brasileiras. Com o objetivo de avaliar a validade das informações divulgadas nesses sites, realizou-se estudo descritivo com 18 farmácias virtuais quanto aos aspectos legais, acessibilidade, fontes de informação e propagandas de medicamentos. Verificou-se que 15 não possuíam autorização de funcionamento da Agência Nacional de Vigilância Sanitária; 17 não tinham o nome do farmacêutico responsável pelo funcionamento; 17 comercializavam medicamentos sem registro, especialmente fitoterápicos, e não dispunham de informações sobre reações adversas a medicamentos e nem exibiam alertas e recomendações sanitárias determinadas por essa Agência. Como o controle sanitário e o comércio de medicamentos nas farmácias virtuais brasileiras ainda não estão regulamentados pelos órgãos governamentais competentes, essas falhas encontradas nos sites podem colocar em risco a saúde de seus usuários.

Hand gesture recognition system based in computer vision and machine learning : applications on human-machine interaction

Sendo uma forma natural de interação homem-máquina, o reconhecimento de gestos implica uma forte componente de investigação em áreas como a visão por computador e a aprendizagem computacional. O reconhecimento gestual é uma área com aplicações muito diversas, fornecendo aos utilizadores uma forma mais natural e mais simples de comunicar com sistemas baseados em computador, sem a necessidade de utilização de dispositivos extras. Assim, o objectivo principal da investigação na área de reconhecimento de gestos aplicada à interacção homemmáquina é o da criação de sistemas, que possam identificar gestos específicos e usálos para transmitir informações ou para controlar dispositivos. Para isso as interfaces baseados em visão para o reconhecimento de gestos, necessitam de detectar a mão de forma rápida e robusta e de serem capazes de efetuar o reconhecimento de gestos em tempo real. Hoje em dia, os sistemas de reconhecimento de gestos baseados em visão são capazes de trabalhar com soluções específicas, construídos para resolver um determinado problema e configurados para trabalhar de uma forma particular. Este projeto de investigação estudou e implementou soluções, suficientemente genéricas, com o recurso a algoritmos de aprendizagem computacional, permitindo a sua aplicação num conjunto alargado de sistemas de interface homem-máquina, para reconhecimento de gestos em tempo real. A solução proposta, Gesture Learning Module Architecture (GeLMA), permite de forma simples definir um conjunto de comandos que pode ser baseado em gestos estáticos e dinâmicos e que pode ser facilmente integrado e configurado para ser utilizado numa série de aplicações. É um sistema de baixo custo e fácil de treinar e usar, e uma vez que é construído unicamente com bibliotecas de código. As experiências realizadas permitiram mostrar que o sistema atingiu uma precisão de 99,2% em termos de reconhecimento de gestos estáticos e uma precisão média de 93,7% em termos de reconhecimento de gestos dinâmicos. Para validar a solução proposta, foram implementados dois sistemas completos. O primeiro é um sistema em tempo real capaz de ajudar um árbitro a arbitrar um jogo de futebol robótico. A solução proposta combina um sistema de reconhecimento de gestos baseada em visão com a definição de uma linguagem formal, o CommLang Referee, à qual demos a designação de Referee Command Language Interface System (ReCLIS). O sistema identifica os comandos baseados num conjunto de gestos estáticos e dinâmicos executados pelo árbitro, sendo este posteriormente enviado para um interface de computador que transmite a respectiva informação para os robôs. O segundo é um sistema em tempo real capaz de interpretar um subconjunto da Linguagem Gestual Portuguesa. As experiências demonstraram que o sistema foi capaz de reconhecer as vogais em tempo real de forma fiável. Embora a solução implementada apenas tenha sido treinada para reconhecer as cinco vogais, o sistema é facilmente extensível para reconhecer o resto do alfabeto. As experiências também permitiram mostrar que a base dos sistemas de interação baseados em visão pode ser a mesma para todas as aplicações e, deste modo facilitar a sua implementação. A solução proposta tem ainda a vantagem de ser suficientemente genérica e uma base sólida para o desenvolvimento de sistemas baseados em reconhecimento gestual que podem ser facilmente integrados com qualquer aplicação de interface homem-máquina. A linguagem formal de definição da interface pode ser redefinida e o sistema pode ser facilmente configurado e treinado com um conjunto de gestos diferentes de forma a serem integrados na solução final.

Desafios da computação móvel e usabilidade em sala de aula

Este resumo relata a experiência em sala de aula na Universidade do Minho - Braga - Portugal, na disciplina de Sistemas Móveis e Ubíquos no Mestrado em Engenharia de Sistemas. realizou-se a avaliação heurística da usabilidade de Nielsen nas aplicações desenvolvidas para dispositivos móveis por grupos. A metodologia embasou-se na aplicação de 3 projetos de 7 alunos, bem como aos 9 usuários externos a sala de aula; fundou-se ainda na avaliação direta por uma especialista. Validou-se com questionário de perguntas fechadas no intuito de confirmar os dados coletados. Ao final descreveu-se o grau de usabilidade das aplicações sugestões.

Hand gesture recognition system based in computer vision and machine learning: Applications on human-machine interaction

Tese de Doutoramento em Engenharia de Eletrónica e de Computadores

Componentes de percepção para o ambiente PROSOFT cooperativo

A Engenharia de Software tornou-se uma das principais áreas de concentração do mundo da Ciência da Computação, pois ela abrange métodos para construir sistemas, ferramentas que fornecem apoio a construção e os procedimentos a seguir para que os métodos estejam de acordo com as ferramentas usadas [PRE 95]. No desenvolvimento de sistemas cada vez mais complexos vê-se a necessidade da utilização de equipes de pessoas no projeto e implementação. Essas pessoas podem estar geograficamente dispersas e portanto possuem a necessidade de troca de informações para que os sistemas desenvolvidos sejam adequados com o objetivo inicial e de qualidade. Assim, os sistemas cooperativos, chamados de groupware, tornaram-se uma importante ferramenta utilizada por esse grupo de profissionais para que as tarefas desenvolvidas em grupo se tornem interativas e eficientes. A interação entre as pessoas que estão trabalhando cooperativamente deve ser a mais produtiva possível, sendo semelhante ao trabalho em grupo em um único local. Assim, a percepção das atividades que estão sendo realizadas devem estar disponíveis para cada profissional, através da Interface Homem-Computador do sistema groupware que estão utilizando. Este trabalho apresenta uma “biblioteca” de Componentes de Percepção que fornecem as informações necessárias para que as pessoas que estão participando da tarefa cooperativa tenham a percepção das atividades que estão sendo realizadas, como também quem e como as estão fazendo. Esses componentes são uma extensão do Ambiente PROSOFT Cooperativo, fornecendo assim uma especificação formal de forma a garantir completeza, corretude e ausência de ambigüidades que são muito difíceis de se conseguir com uma descrição informal.