Hayali ve gerçek motor fonksiyonlarda beyin bölgeleri arasındaki uyumlu davranışı veri odaklı çözümleyen yeni bir beyin-bilgisayar arayüzü yaklaşımı

Abstract

Beyin-bilgisayar arayüzü sistemleri beyinin işleyişiyle beraber ortaya çıkan fizyolojik yanıtlara dayanarak kullanıcılara, içinde bulundukları ortam üzerinde işlevsel kontrol sağlamaya çalışır. Beyinin işleyişini bu amaçla takip etmek için sıklıkla kullanılan teknolojilerden biri elektroensefalografidir (EEG). Ancak EEG verilerinden gerekli çıkarımları yapmak, aranan sinyalin düşük şiddeti, arka plandaki işlevlerin bu sinyali gizlemesi ve kaydedilen veride yakındaki bölgelerden kaynaklanan birçok sinyalin olması gibi sorunlardan ötürü zordur. Bu sebeplerle şimdiye kadar sadece kullanıcıya dikkatteki seçicilik ve sinirsel geri bildirim le birtakım belirli beyin sinyallerini kontrol etmeyi öğreten beyin-bilgisayar arayüzü uygulamaları sınırlı bir başarı gösterebilmiştir. Yapılmak istenen hareketi kullanıcının zihninde canlandırmasından tanımayı amaçlayan beyin bilgisayar arayüzü çalışmaları, yüksek bilgi aktarım hızı için kabul gören bir potansiyele rağmen umulan başarı düzeyinden uzaktır. Bu projede, gerçek ve hayali motor fonksiyonları tanımak için beyin bölgeleri arasındaki uyum yapısına dayalı yeni bir beyin-bilgisayar arayüzü yaklaşımı geliştirilmiştir. Farklı beyin bölgeleri arasındaki uyum yapısını çok kanallı EEG verisinden elde etmek için EEG sinyalleri üzerinde hiçbir istatistiksel veya dinamik model içermeyen yeni uyum ölçütleri kullanılmıştır. Farklı motor fonksiyonlar sırasında uyum düzeylerinde istatistiksel olarak anlamlı farklılıklar gösteren EEG kanal çiftleri tespit edilmiş ve prototip beyin-bilgisayar arayüzü uygulamaları için gerçek ve hayali motor fonksiyon tanıma sistemlerinde değerlendirilmiştir. Bu projenin bulguları ve geliştirilmiş olan gerçek ve hayali motor fonksiyon tanıma yöntemleri, gerçek ve özellikle hayali motor fonksiyonları EEG kanalları arasındaki uyum profillerine bakarak birbirinden ayırt edebilen yüksek bilgi aktarım hızına sahip yeni nesil beyin-bilgisayar arayüzü yaklaşımlarına temel teşkil edecektir. Bu da beyin-bilgisayar arayüzü uygulamaları için motor fonksiyonlar sırasında ortaya çıkan beyindeki bağlanırlık yapılarının ışığında yeni eğitim paradigmalarının geliştirilmesine öncülük edecek ve nörolojik rehabilitasyon ile tamamen içe-kilitli hastalarla iletişimden nöral protezlerin kontolü ve bilgisayar kullanım deneyiminin yükseltilmesine kadar sivil ve askeri çok çeşitli uygulama alanlarında gerçekleştirilecek dramatik atılımların yolunu açabilecektir.