1.
Pendahuluan
Antarmuka otak-komputer
Aktivitas
otak bisa ditangkap dengan teknik yang disebut electroencephalography (EEG),
yang mendeteksi perbedaan tegangan antara poin tertentu pada tengkorak manusia
(Teplan, 2002). Pengukuran EEG membutuhkan sejumlah elektroda untuk membuat
kontak listrik dengan kulit kepala di lokasi tertentu, ditentukan oleh 10-20
sistem internasional penempatan elektroda. Berikut merupakan gambarannya dimana
lingkaran hitam adalah lokasi elektroda untuk sistem 10-20, elektroda yang
digunakan seluruh pekerjaan ini dilingkari oleh warna oranye termasuk lokasi
dari 10-10 (lingkaran abu-abu), dan sistem 10-5 (lingkaran putih).
Penelitian
EEG berfokus pada pemahaman kognisi manusia dan penerapan sinyal EEG untuk
mempengaruhi dunia luar (antarmuka otak-komputer atau BCI). Sebagian besar
penelitian ini dilakukan di institusi medis atau akademis. Namun, sejumlah
masalah muncul saat menerapkan EEG di luar laboratorium. Pakar tidak selalu
tersedia, tutup elektroda sangat kompleks dan menyita waktu Pakai, gel
konduktif mengharuskan pengguna mencuci rambut masing-masing sidang. Perangkat
yang lebih mudah digunakan dan memberikan yang lebih akurat Penempatan
elektroda akan membuka lebih banyak aplikasi dunia nyata untuk BCI.
Headset BCI
Beberapa perusahaan menargetkan pasar konsumen dengan pengembangan
headset BCI komersial berbiaya rendah. Yang paling menonjol adalah Emotiv
Epoc (diluncurkan di 2009) dan Neurosky Mindwave (2007). Sementara Neurosky
menawarkan berbagai macam aplikasi perangkat lunak terkait BCI, Emotiv's Epoc
telah menjadi perangkat yang paling populer dikalangan peneliti BCI dan
penggemar karena Epoc memiliki 14 saluran elektroda, lebih dari apapun
headset BCI komersial lainnya dan headset yang nirkabel.
 |
Emotiv
Epoc BCI headset.
|
Antropometri 3D dan ergonomic
Antropometri adalah bidang sains yang berhubungan dengan analisis
morfologi tubuh manusia (Ulijaszek dan Kerr, 1999). Secara tradisional,
antropometri menggunakan alat seperti kaliper dan mengukur kaset untuk
mengambil rangkaian pengukuran terbatas menggambarkan bentuk
tubuh. Dalam dekade terakhir, metode baru untuk mendaftarkan bentuk
tubuh sudah tersedia, yang terpenting adalah pemindaian 3D. Manfaat
antropometri 3D dalam dilihat dalam produk seperti helm dan
respirator, meskipun hanya sedikit penelitian yang memverifikasi
kesesuaian perangkat atau produk yang dibuat dengan menggunakan antropometri
3D telah dilaporkan. Antropometri 3D akan menjadi aset berharga
untuk desain headset BCI.
2. Metoda
Desain prototipe
Spesifikasi desain untuk prototipe adalah sebagai berikut: itu
seharusnya hanya tersedia dalam ukuran tunggal (yaitu satu ukuran cocok untuk
semua), itu harus mencakup lokasi elektroda yang sama seperti Emotiv's Epoc
(AF3, AF4, F7, F3, F4, F8, FC5, FC6, T7, T8, P7, P8, O1, O2), cocok dengan
populasi Barat, tetap sedekat mungkin dengan lokasi asalnya selama pergerakan
(perpindahan maksimum 5 mm), memiliki rata-rata kesalahan posisi maksimal 25 mm
(panjang kabel antara posisi elektroda dan lokasi 10-20 dan harus mudah
diletakkan di kepala oleh non-ahli.
Desain eksperimen
Percobaan awal untuk memverifikasi metode perancangannya dilakukan
oleh 7 kelompok mahasiswa pascasarjana (Masters 1 tahun di Pengembangan Produk,
Universitas Antwerp). Tujuan dari percobaan adalah untuk menyelidiki apakah
spesifikasi desain bisa ditemui menggunakan metode yang diusulkan, dan apakah
penempatan elektroda, stabilitas, dan pengulangan prototipe dibuat dengan
menggunakan model bentuk 3D yang sebanding dengan headset komersial.
Ukuran sampel
Sampel terdiri dari 13 siswa (6 laki - laki, 7 perempuan),
semuanya berasal dari Kaukasia dan berusia antara 20-25. Tak satupun dari
subjek mengalami deformasi kepala atau riwayat trauma kepala. Di setiap dari 7
kelompok yang melakukan eksperimen, satu orang (ditunjuk sebagai operator)
bertanggung jawab untuk melakukan pengukuran 3D. Pengukuran diulang oleh 4
operator berbeda untuk 6 subjek laki-laki dan 3 operator berbeda untuk 7 subjek
wanita.
Percobaan
Percobaan dibagi menjadi dua sesi, satu untuk Headset 2 dan satu
untuk Headset 1. Pada awal setiap sesi, subjeknya adalah diminta untuk
mengambil tempat di depan set-up kustom dan menggigit di corong untuk
memastikan bahwa kepala mereka berada diposisi yang sama untuk setiap pengukuran.
Pertama, Cap ditempatkan di kepala pengguna untuk dijadikan sebagai referensi
untuk posisi elektroda ideal. Keempat belas itu relevan lokasi elektroda di
tutup didigitalisasi menggunakan MicroScribe. Kemudian, Headset 1 dipasang di
kepala pengguna. Subjek kemudian diminta memindahkan kepala 90 derajat ke kiri, lalu naik, lalu turun dan akhirnya ke kanan. Headset kemudian
dilepas dan dipasang kembali, dan posisi elektroda kembali digitasi. Subjeknya
saat itu diminta bermain Just Dance di Nintento Wii selama 3 menit, agar bisa
diperiksa kestabilan headset selama gerakan spontan (seperti dalam skenario
dunia nyata). Saat permainan selesai, posisi elektroda didigitasi (SM).
Akhirnya, headset itu dilepas dan dipasang kembali, dan posisi direkam untuk
terakhir kali (REP). Pada sesi kedua percobaan, di atas prosedur diikuti dengan
menggunakan Headset 2, dengan instruksi set-up.
 |
experiments
set-up
|
Pengguna diminta bermain Just Dance
di Nintento Wii selama 3 menit, agar bisa periksa kestabilan headset selama
gerakan spontan (seperti dalam skenario dunia nyata). Saat permainan selesai, Posisi
elektroda didigitasi (SM). Akhirnya, headset itu dihapus dan dipasang kembali,
dan posisi direkam untuk terakhir kali (REP). Pada sesi kedua percobaan, di
atas Prosedur diikuti dengan menggunakan Headset 2.
3. Hasil
Verifikasi spesifikasi desain
Tabel
1 menunjukkan statistik deskriptif untuk deviasi Headset 2 posisi elektroda dibandingkan
dengan Cap. FIT dibandingkan dengan Cap, REP dirata-ratakan selama tiga pengaturan headset untuk setiap subjek tes. Penyimpangan dari posisi elektroda 10-20 ideal adalah 21,97 ± 10,14
mm, yang berada dalam spesifikasi desain 25 mm. Anehnya, stabilitas tidak
memenuhi spesifikasi: perpindahan elektroda rata-rata setelah gerakan lebih
besar dari 5 mm pada kedua kasus (8,47 ± 4,85 mm dan 10,52 ± 7,22 mm). Setelah menempatkan
headset di kepala pengguna pada tiga kesempatan terpisah, Perpindahan elektroda
rata-rata adalah 11,28 ± 6,11 mm.
Tabel
1
Mean
|
St.
deviasi
|
Median
|
Min.
|
Max.
|
|
FIT
|
21,97
|
10,14
|
20,71
|
3,63
|
56,23
|
CM
|
8,47
|
4,85
|
7,57
|
0,99
|
30,93
|
SM
|
10,52
|
7,22
|
8,91
|
1,37
|
68,89
|
REP
|
11,28
|
6,11
|
9,87
|
2,06
|
47,88
|
Perbandingan
dengan referensi komersial
Tabel
2 menunjukkan statistik yang sama untuk Headset 1. Uji Shapiro-Wilk menunjukkan
bahwa data tidak terdistribusi normal, dengan nilai p 3.87e-33 (<0,05) untuk
FIT, 8.60e-26 (<0,05) untuk CM, 1,87e-16 (<0,05) untuk SM dan 3.87e-33
(<0,05) untuk REP. Untuk posisi elektroda geometrik ada yang signifikan perbedaan
median 2,67 mm, nilai p 9,39e-5 (<0,05). Dikontrol pergerakan menghasilkan
perbedaan yang tidak signifikan sebesar 0,40 mm, p-value 0,51 (> 0,05),
pergerakan spontan dalam perbedaan yang signifikan 0,41 mm, p-nilai 0,01
(<0,05). Untuk pengulangan ada beda signifikan 2,30 mm, p-value 1,01e-16
(<0,05). Stabilitas diuji 4 kali untuk 6 subyek pria dan 3 kali untuk 7 subyek
wanita, memberikan total 45 pengukuran untuk dikontrol gerakan dan 45 untuk
gerakan spontan. Headset 1 terjatuh 2 dari 45 kali untuk CM dan 27 dari 45 kali
untuk SM. Headset 2 tidak pernah terjatuh.
Tabel
2
Mean
|
St.
deviasi
|
Median
|
Min.
|
Max.
|
|
FIT
|
26,10
|
15,02
|
23,37
|
3,32
|
91,04
|
CM
|
9,63
|
8,47
|
7,97
|
0,00
|
84,12
|
SM
|
13,37
|
11,88
|
9,32
|
1,09
|
71,69
|
REP
|
14,55
|
11,03
|
12,17
|
0,66
|
99,27
|
Stabilitas
Tidak
terkontrol (CM) maupun gerakan spontan (SM) nilai memenuhi spesifikasi desain. Ada
kemungkinan spesifikasi dari 5 mm itu terlalu ketat dan bahwa beberapa
perpindahan adalah tak terelakkan setelah gerakan, meski metode fiksasi lebih
kuat juga harus diperhatikan. Nilai yang dihasilkan mendekati nilai Headset 1,
dan perbedaan signifikan dapat ditemukan untuk posisi elektroda individual. Meskipun
ada perbedaan signifikan secara keseluruhan untuk spontan gerakannya sangat
kecil, telah diamati bahwa Headset 2 tidak pernah jatuh dari kepala pengguna,
yang mendukung spesifikasi itu harus mudah digunakan. Namun, ini mungkin
sebagian karena fakta bahwa prototipe itu belum termasuk elektronik dan
karenanya relatif ringan. Bagaimanapun, karena hasil untuk stabilitas masih
berada di dalam praktek umum untuk EEG (<15 mm), dan karena keduanya
sebanding bagi mereka yang memiliki referensi komersial, hasil ini seharusnya
tidak mengajukan keberatan atas penggunaan metode yang diusulkan.
4. Kesimpulan
Data
antropometri 3D digunakan dalam proses perancangan BCI headset. Bingkai headset
BCI ukuran satu cocok untuk statistik bentuk model kulit kepala manusia dan 3D
dicetak. Untuk verifikasi perangkat ergonomi, posisi elektroda dari headset
prototipe tercetak dibandingkan dengan versi terdokumentasi medis. Tutup EEG,
posisi elektroda dibandingkan sebelum dan sesudah gerakan, dan pengulangan
pengaturan headset diukur. Semua spesifikasi target terpenuhi, kecuali yang
terkait dengan stabilitas (perpindahan rata-rata setelah pergerakan lebih
rendah dari 5 mm). Posisi elektroda melenceng dari ideal 10-20 lokasi rata-rata
21,97 ± 10,44 mm. Elektroda telah bergeser sebesar 8,47 ± 4,85 mm setelah
gerakan terkontrol dan oleh 10,52 ± 7,22 mm setelah gerakan spontan. Antar sesi
penyimpangan rata-rata 11,28 ± 6,11. Nilai-nilai ini ada di dalamnya penyimpangan
diterima dalam pengukuran EEG dan ditemukan mirip dengan perangkat referensi
komersial. Hasilnya menunjukkan bahwa antropometri 3D adalah alat yang layak untuk
desain headset BCI ergonomis. Sebagai alternatif, metode yang diusulkan juga
dapat diterapkan untuk memperbaiki ergonomik produk berbasis head lainnya
seperti kacamata, helm, dan respirator.
sumber:
