ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Всоответствии с указом президента от 07.07.2011 года одним из приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации является разработка и развитие интерфейса человекробот (задача П11-2). При этом ключевая проблема - развитие новых неинвазивных сенсорных систем, включая силомоментное очувствление, электромиографию и электроэнцефалографию.
Внастоящее время бурно развивается научно-техническая область, связанная с разработкой и исследованием малогабаритной аппаратуры нейроинтерфейсов. Эта аппаратура позволяет проводить неинвазивную регистрацию электроэнцефалографической активности головного мозга, обрабатывать, интерпретировать полученные данные и выдавать соответствующие управляющие команды для подачи на внешнее оборудование.
Вмонографии рассматриваются вопросы проектирования беспроводных приборов регистрации ЭЭГ человека. Рассмотрены варианты проектирования устройств, осуществляющих регистрацию 8 и 16 каналов ЭЭГ монополярным способом. Также рассмотрены варианты проектирования устройств, осуществляющих регистрацию 4-х каналов ЭЭГ биполярным способом.
Данная монография направлена на изучение и практическую реализацию системы регистрации ЭЭГ головного мозга, способной записывать электрические сигналы с микроэлектродов. Благодаря исследованиям полученных значений можно лучше понять картину скачков и всплесков, генерируемых нейронами головного мозга, и выявить те закономерные изменения, которые позволят четко управлять решающей схемой.
Электрические сигналы, снимаемые с электродов, имеют амплитуду порядка нескольких микровольт (мкв) и должны быть усилены специальными схемными решениями с фильтрами, настроенными на определенные частоты, способными выбирать интересующую полосу частот.
Данная монография будет полезна широкому кругу инженеров в области
разработки и исследования медико-биологических систем на различных научно-производственных предприятиях, а также широкому кругу молодых специалистов, занимающихся обучением, исследованиями и разработкой в области электроэнцефалографических исследований.
250
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Звёздочкина Н.В. Исследование электрической активности головного мозга / Н. В. Звёздочкина. – Казань: Казан. ун-т, 2014. – 59 с.
2.Бакалов В. П. Основы биотелеметрии / В. П. Бакалов. - М.: Радио и связь, 2001. - 352 с.
3.Кореневский Н. А. Проектирование медицинской аппаратуры для
диагностики и лечебных воздействий: монография / Н. А. Кореневский, Е. П. Попечителев, С. А. Филист. Курск: Курская городская типография. - 1999. – 537 c.
4.Попечителев Е. П. Электрофизиологическая и фотометрическая медицинская техника: учеб. пособие / Е. П. Попечителев, Н. А. Кореневский; под ред. Е. П. Попечителева. – М.: Высш. шк., 2002. – 470 с.
5.Биотехнические системы: Теория и проектирование: учеб. пособие / В. М. Ахутин, А. П. Немирко, Н. Н. Першин, А. В. Пожаров, Е. П. Попечителев, С. В. Романов. Л.: Из-во Ленингр. ун-та, 1981. 220 с.
6.Теория и проектирование диагностической электронномедицинской аппаратуры: учеб. пособие / В. М. Ахутин, О. Б. Лурье, А. П. Немирко, Е. П. Попечителев. – Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1980. 148 с.
7.Краснов Л. А. Аппаратная регистрация электрических биопотенциалов. Биомедицинские измерительные преобразователи: учеб. пособие / Л. А. Краснов, В. П. Олейник. – Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т им. Н. Е. Жуковского «Харьк. авиац. ин-т», 2014. – 96 с.
|
8. |
Съём и обработка биоэлектрических сигналов: учеб. пособие |
/ |
К. В. Зайченко, О. О. Жаринов, А. Н. Кулин, Л. А. Кулыгина, А. П. Орлов; |
|
под ред. К. В. Зайченко. СПб: СПбГУАП, 2001. 140 c.
9.Орлов Ю.Н. Электроды для измерения биоэлектрических потенциалов: учеб. пособие / под ред. И. С. Щукина. – М.: Изд-во МГТУ им.
Н.Э. Баумана, 2006. – 224 c.
10.Р 50.2.0872013. Электроэнцефалографы, электроэнцефалоскопы и электроэнцефалоанализаторы. Методика поверки.
11.Нейротехнологии: нейро-БОС и интерфейс «мозг – компьютер»: монография / В. Н. Кирой, Д. М. Лазуренко, И. Е. Шепелев, Е. В. Асланян, Н. Р. Миняева, О. М. Бахтин; Южный федеральный университет. – Ростов-на- Дону: Из-во Южного федерального университета, 2017. – 244 с.
251
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………...... 3
1.ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАФИИ………………………………………......... 4
1.1.Биопотенциалы…………………………………………………………… 4
1.2.Электроэнцефалография……………………………………………….... 4
1.3.Основные виды ритмов ЭЭГ…………………………………………….. 6
1.4.Методы съема ЭЭГ………………………………………………………. 9
1.5.Артефакты ЭЭГ…………………………………………………………... 16
1.6.Нейроинтерфейсы………………………………………………………... 19
2.ПЛАТА CYTON……………………………………………………………….. 20
2.1.Начало работы с платой Cyton…………………………………………... 20
2.2.USB Dongle для плат Cyton и Ganglion………………………………..... 20
2.3.Электроды и электродная паста………………………………………... 21
2.4.Батарейный блок для платы……………………………………………... 21
2.5.Загрузка, установка и запуск графического интерфейса OpenBCI…… 22
2.5.1.Подключение USB-ключа OpenBCI……………………………….. 22
2.5.2.Подключение батарейного отсека с аккумуляторами 6V AA…… 22
2.5.3.Переключение режима платы Cyton………………………………. 23
2.5.4.Подключение платы Cyton из графического интерфейса……….. 23
2.5.4.1.Выбор вида платы………………………………………….. 23
2.5.4.2.Выбор протокола последовательной передачи…………... 24
2.5.4.3.Поиск последовательного COM-порта для USB-ключа…. 24
2.5.4.4.Выбор количества каналов………………………………… 25
2.5.4.5.Проверка статуса и смена радиоканала…………………... 25
2.5.4.6.Изменение имени файла воспроизведения……………….. 28
2.5.4.7.Выбор настроек SD–карты……………………………….. 29
2.5.4.8.Запуск системы……………………………………………... 29
2.5.4.9.Устранение неисправностей………………………………. 30
2.5.4.10.Проверка работоспособности платы Cyton……………... 31
2.6.Характеристики платы и вспомогательные устройства……………….. 32
2.6.1.Характеристики платы……………………………………………… 32
2.6.2.Выводы на плате……………………………………………………. 33
2.6.3.Кнопочные выключатели на плате………………………………… 33
2.6.4.Ползунковые переключатели………………………………………. 33
2.6.5.Печатная плата Cyton……………………………………………….. 34
2.7.Формат данных платы Cyton……………………………………………... 35
2.7.1.RFDuino вместо стандартного Bluetooth…………………………... 35
2.7.2.Скорость соединения с USB-ключом……………………………… 35
2.7.3.Запуск платы Cyton…………………………………………………. 35
2.7.4.Инициирование бинарного перевода……………………………… 36
252
2.7.5.Версия прошивки 1.0.0……………………………………………... 36
2.7.6.Версия прошивки 2.0.0……………………………………………... 36
2.7.7.Двоичный формат…………………………………………………... 37
2.7.8.Таблица байтов для версии прошивки 1.0.0………………………. 37
2.7.9.Таблица байтов для версии прошивки 2.0.0………………………. 38
2.7.10.24-х битные значения данных со знаком………………………… 39
2.7.11.16-битные значения данных………………………………………. 40
2.7.12.32-х битная временная метка без знака………………………….. 40
2.7.13.Интерпретация данных ЭЭГ……………………………………… 40
2.7.14.16 - канальные данные при использовании платы Daisy……….. 41
2.7.15.Перспективы улучшения протокола передачи………………...... 42
2.8.SDK для платы Cyton……………………………………………………... 43
2.8.1.Обзор протокола Cyton Command…………………………………. 43
2.9.Набор команд…………………………………………………………….. 44
2.9.1.Выключение каналов……………………………………………….. 44
2.9.2.Команды управления тестовым сигналом………………………… 45
2.9.3.Команды настройки канала………………………………………… 45
2.9.4.Настройки канала по умолчанию………………………………….. 47
2.9.5.Команды для включения/отключения измерения импеданса…… 47
2.9.6.Команды для работы SD-картой…………………………………… 48
2.9.7.Команды потоковых данных……………………………………….. 48
2.9.8.Остальные команды………………………………………………… 49
2.9.9.Команды для 16-канальной системы………………………………. 49
2.9.10.Выбор максимального числа каналов……………………………. 49
2.9.11.Новые команды прошивки v2.0.0………………………………… 50
2.9.12.Команды отсчета времени………………………………………… 50
2.9.13.Получение номера радиоканала………………………………….. 51
2.9.14.Установка номера канала радиосистемы………………………… 51
2.9.15.Повторное определение радиоканала хоста…………………….. 51
2.9.16.Определение времени опроса радиомодуля…………………….. 52
2.9.17.Установка времени опроса радиомодуля………………………… 52
2.9.18.Установка значения скорости передачи по умолчанию для радиомодуля хоста……………………………………………………. 53
2.9.19.Установка высокой скорости передачи для радиомодуля хоста.. 53
2.9.20.Установка гиперскорости передачи для радиомодуля хоста…… 53
2.9.21.Состояние
радиосистемы…………………………………………………………. 53
2.9.22.Прошивка v3.0.0, новые команды………………………………... 54
2.9.23.Режимы платы……………………………………………………... 54
2.9.24.Команды для использования платы Wifi Shield…………………. 55
2.9.25.Команда для получения версии прошивки………………………. 55
2.9.26.Неиспользуемые символы в формате ASCII…………………….. 56
253
2.10. Особенности программирования платы Cyton. Версии прошивки
2.xx и 3.xx………………………………………………………………….. 56
2.10.1.Установка прошивки из Arduino Library Manager………………. 56
2.10.2.Ручная установка прошивки платы Cyton……………………….. 57
2.10.3.Ручная установка библиотеки для платы Cyton с поддержкой
SD–карты…………………………………………………………….. 57
2.10.4.Ручная установка прошивки WiFi Master………………………... 57
2.10.5.Клонирование репозитория из ресурса Github…………………... 58
2.10.6.Установка прошивки ChipKIT Core……………………………… 58
2.10.7.Выбор «OpenBCI 32» в качестве платы для прошивки…………. 58
2.10.8.Выбор DefaultBoard.ino из примеров…………………………….. 58
2.10.9.Предварительная загрузка аппаратных настроек……………….. 58
2.10.10.Подключение ключа и выбор последовательного порта……… 59
2.10.11.Перевод платы Cyton в режим загрузки………………………... 60
2.10.12.Загрузка прошивки версий 1.xx…………………………………. 61
2.10.13.Загрузка прошивки для 8-битной платы………………………... 65
2.10.14.Устранение проблем с загрузкой………………………………... 67
2.10.15.Примечания по обновлению и использованию прошивки
платы Cyton v2.0.0……………………………………………………. 68 2.10.15.1.Отправка пакетов данных с Pic32 на ПК……………. 68 2.10.15.2.Отправка одного байта данных каждые 10 мс на частоте 100 Гц……………………………………………………. 69
2.10.16.Новая методика оптимизации кода для микроконтроллера
Pic32…………………………………………………………………… 69
2.11.Особенности программирования радиомодулей……………………... 70
2.11.1.Настройка системы для программирования радиомодулей……. 70
2.11.2.Использование прошивки радиомодулей версии 2.xx………….. 71
2.11.3.Загрузка прошивки на плату Cyton………………………………. 72
2.11.4.Загрузка прошивки версии 2.xx в радиомодуль платы Cyton….. 72
2.11.5.Программирование радиомодуля DEVICE с ключом OpenBCI.. 73
2.11.6.Загрузка версии прошивки Pass Thru Radio 2.xx………………… 73
2.11.7.Загрузка прошивки хоста в ключ OpenBCI……………………… 75
2.11.8.Загрузка версии прошивки HOST 2.xx…………………………… 75
2.11.9.Загрузка прошивок версии 1.xx…………………………………... 75
2.11.10.Загрузка прошивки Pass Thru Radio версии 1.xx………………. 76
2.11.11.Загрузка прошивки HOST версии 1.xx…………………………. 76
2.12.Внешний триггер на плате Cyton………………………………………. 77
2.12.1.Внешний запуск с прошивкой 3.xx………………………………. 77
2.12.2.Внешний запуск с прошивкой 2.xx………………………………. 78
2.12.3.Внешний запуск с прошивкой 1.xx………………………………. 80
2.13.USB-ключ……………………………………………………………….. 82
2.13.1.Ползунковый переключатель…………………………………….. 82
2.13.2.Печатная плата USB-dongle………………………………………. 82
254