Ανάπτυξη διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή με χρήση φορέσιμου ηλεκτροεγκεφαλογράφου

Abstract

Η παρούσα διατριβή εξετάζει την ανάπτυξη ενός τρισδιάστατου παιχνιδιού διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή, που χρησιμοποιεί μια φορητή συσκευή ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος. Το παιχνίδι διαθέτει τρεις διαφορετικές νοητικές εντολές που επιτρέπουν στους χρήστες να ελέγχουν το Avatar του παιχνιδιού και να συλλέγουν κέρματα. Στόχος της μελέτης ήταν η αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας του παιχνιδιού BCI με 19 εθελοντές ηλικίας 19 έως 26 ετών, εκ των οποίων 12 άνδρες και 7 γυναίκες. Το παιχνίδι BCI υλοποιήθηκε με τη χρήση της μηχανής Unity Engine και η διεπαφή δημιουργήθηκε με την πλατφόρμα OpenVibe. Τα ακατέργαστα ηλεκτροεγκεφαλικά σήματα καταγράφηκαν μέσω της ασύρματης συσκευής ηλεκτροεγκεφαλογράφου INSIGHT, η οποία συνδέθηκε με την πλατφόρμα διασύνδεσης χρησιμοποιώντας το πρωτόκολλο LSL. Οι συμμετέχοντες υποβλήθηκαν σε 10 δοκιμαστικές προσπάθειες για να μάθουν το παιχνίδι πριν από την καταγραφή των δεδομένων. Οι περισσότεροι έλεγχαν ικανοποιητικά το Αvatar, αλλά κάποιοι δυσκολεύτηκαν με συγκεκριμένες εντολές. Τα ηλεκτροεγκεφαλικά δεδομένα ταξινομήθηκαν με τη χρήση του ταξινομητή LDA για την κατηγοριοποίηση των νοητικών εντολών. Οι μετρικές αξιολόγησης που χρησιμοποιήθηκαν ήταν ο μέσος όρος των κερμάτων που συλλέχθηκαν κατά τη διάρκεια των δοκιμών και η μέση ακρίβεια ταξινόμησης LDA. Η ανάλυση των δεδομένων παρείχε αξιοσημείωτα ευρήματα, με το Subject 14 να εμφανίζει την χαμηλότερη απόδοση στο παιχνίδι και το Subject 10 την χαμηλότερη ακρίβεια ταξινόμησης. Αντίθετα, το Subject 17 πέτυχε την υψηλότερη μέση βαθμολογία και το Subject 11 την υψηλότερη ακρίβεια ταξινόμησης. Η μελέτη αναδεικνύει τη σημαντική επίδραση της ακρίβειας ταξινόμησης στην απόδοση του παίκτη στο παιχνίδι BCI. Ωστόσο, η σχέση μεταξύ της απόδοσης του χρήστη και της ακρίβειας ταξινόμησης είναι πολύπλοκη και επηρεάζεται από παράγοντες όπως η εμπειρία του χρήστη, ο εξωτερικός θόρυβος και η σωματική κόπωση. Συνολικά, η έρευνα αυτή αποκαλύπτει τις πολλά υποσχόμενες δυνατότητες των παιχνιδιών διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή και τα αποτελέσματα της ενθαρρύνουν την περαιτέρω ανάπτυξη σε αυτόν τον τομέα. Τα αποτελέσματα παρέχουν επίσης κίνητρα για συνεχόμενες προσπάθειες βελτίωσης της ακρίβειας ταξινόμησης, των προκλήσεων, αλλά και της συνολικής εμπειρίας του χρήστη. Οι προσπάθειες αυτές αποσκοπούν στην επέκταση των εφαρμογών τους πέρα από τα παιχνίδια.