Brain-Computer Interfaces. ir. Pieter-Jan Kindermans, Vakgroep Elektronica en Informatiesystemen, Universiteit Gent

Vergelijkbare documenten
Japanse hersenonderzoekers leren van robots

MSc HUMAN COMPUTER INTERACTION Dirk Heylen Maart 2015

DVD Ondertitel tutorial

Kansen van nieuwe technologie voor inclusie

E-trainingstools. Trainings-App & Bladder Monitor. Jorien de Jonge Lottie Peerdeman

Les 2 Docentenhandleiding van de presentatie

Spiegeltherapie. Martine Eckhardt, fysiotherapeut/bewegingswetenschapper Rijndam revalidatiecentrum

Machinaal leren, neurale netwerken, en deep learning

Living Labs : NFI & RvdK Samen onderweg naar meer grip op data. JenV I-tour presentatie 24 april 2018

Neuromarketing: opening the black box. Walter Limpens

Handleiding Uzelf profileren op Facebook (Hoofdstuk IV: Uw Fan-pagina verfraaien)

In de door ons gebruikte demo verloopt het herkennen van beelden in feite in 2 fasen:

Inhoudsopgave Voorwoord 11 Introductie Visual Steps 12 Nieuwsbrief 12 Wat heeft u nodig? 13 Hoe werkt u met dit boek? 13 Website 15 Toets uw kennis

F A B S C H O L K I D S

RISK ASSESSMENTS. A Must Do, or.

INNOVATIES & FUNCTIONEEL BEHEER. Bij welke innovaties heeft Functioneel Beheer een rol?

WETENSCHAPPELIJK ONDERZOEK. Wat is dat? Eva van de Sande. Radboud Universiteit Nijmegen

MACHINE LEARNING. Een egocentrische presentatie door een data scientist van Axians. Michel van Gelder Data Scientist bij Axians

Inhoudsopgave Voorwoord 11 Nieuwsbrief 11 Introductie Visual Steps 12 Wat heeft u nodig? 13 Hoe werkt u met dit boek? 13 Website 15 Toets uw kennis

Kan niet bestaat niet. Workshop Slotdag Project Van Hinderpaal naar Mijlpaal Stichting Perspectief 31 mei 2014

The Kentalis Reading House

TECHNOLOGIE IN DE FORENSISCHE ZORG: CROSSING BORDERS

Een beklijvende bedrijfspitch brengen. 6 tips. 1. Praat zonder slides. 2. Hou het kort. 3. Start met een basis verhaal

Inhoudsopgave Voorwoord 7 Introductie Visual Steps 8 Nieuwsbrief 8 Wat heeft u nodig? 9 Hoe werkt u met dit boek? 10 Website 11 Toets uw kennis

Het realiseren van een rechtstreekse verbinding tussen hersenen en computer.

Inhoudsopgave Voorwoord 7 Nieuwsbrief 7 Introductie Visual Steps 8 Wat heeft u nodig? 9 Hoe werkt u met dit boek? 10 Website 11 Voor docenten

Ook een beetje uitgekeken op al;jd weer dezelfde standvloer? Picture via flickr.com by Michael Coghlan

Hoe help je eenzame senioren? Door mensen te laten langskomen (dankzij technologie)

ISAAC-NF SYMPOSIUM LANDGOED ZONHEUVEL DOORN 3 OKTOBER 2017 ERASMUS PLUS PROJECT ES01-KA EC+ ENHANCED COMMUNICATION APPLICATIE

Er wordt door veel mensen opgezien tegen de overstap

Neurofeedback: een geschikte behandeling voor autisme?

Nederlandse versie. Inleiding. Installatie Windows 2000 en XP. LW058 Sweex Wireless LAN USB 2.0 Adapter 54 Mbps

Inhoudsopgave Voorwoord 7 Nieuwsbrief 7 Introductie Visual Steps 8 Wat heeft u nodig? 9 De website bij het boek 9 Hoe werkt u met dit boek?

Naam: Valérie den Besten Klas: G&I A Datum: Module: Project 100% presence Begeleider: Irene van Peer Groep 11 (team 14)

Een EEG-onderzoek naar de verwerking van gesproken taal bij volwassenen met ASS

Ontsluiten van gesproken documenten. Arjan van Hessen

Inhoudsopgave Voorwoord 11 Nieuwsbrief 11 Introductie Visual Steps 12 Wat heeft u nodig? 13 De website bij het boek 13 Hoe werkt u met dit boek?

INFORMATIE OVER NIRS versie 1.2

INFORMATIE OVER EEG versie 1.2

Inhoudsopgave Voorwoord 7 Nieuwsbrief 7 Introductie Visual Steps 8 Wat heeft u nodig? 8 Hoe werkt u met dit boek? 9 Website 10 Toets uw kennis

HOOFDSTUK Introductie video. 2.Noten in muziek

Inhoudsopgave Voorwoord 5 Nieuwsbrief 5 Introductie Visual Steps 6 Wat heeft u nodig? 6 Hoe werkt u met dit boek? 7 Website 7 Voor docenten

Inhoudsopgave Voorwoord 7 Nieuwsbrief 7 Introductie Visual Steps 8 Wat heeft u nodig? 9 Hoe werkt u met dit boek? 9 Website 10 Toets uw kennis

Taal op niveau Luisteren Op weg naar niveau

HYDRATIESTATION leerling-sectie

Creatief onderzoekend leren

COGMED / NA HERSENLETSEL. Hoe zorg ik ervoor dat mijn brein ook weer meedoet?

GEËVOCEERDE POTENTIALEN & ELEKTROMYOGRAFIE (EMG)

De jongerenbox. Creatief en op maat communiceren met de AYA. Kwalitatief onderzoek. Inhoud. Inleiding

Installatie-instructies

hoge stroming Fase Ontdek en onderzoek

Dutch ACD, Behavioural Science Institute. Motorische planning en controle bij. De rol van motorische inbeelding bij de revalidatie

MINDSTORM LEGO ROBOTS

Jaargang 3 nummer 5-22 mei 2015

Kunstmatige intelligentie

Beste leerlingen van klas 2,

visuele communicatie Auteur: Raoul Postel

onderzoek ontwerp realisatie implementatie

Wie kiest er eigenlijk: wij of onze hersenen?

Kennismaking met Process Mining in de zorg. 1 december 2014

Dag van de Trainer. Gaat online leren ten koste van verbinding?

Een kijkje in je hersenen

2 Ik en autisme VOORBEELDPAGINA S

MINDSTORM LEGO ROBOTS

Dit werkt voor Mac, Windows en sommige versies van Linux. In de filmpjes gebruiken wij de versie in de browser.

Gezond door design? Annet Bruil Social Designer. Hoe een ontwerper gedrag kan sturen

3/26/2012. Innovatiekracht. Igor Byttebier voor Planetree.

INFORMATIE OVER MRI versie 1.2

AI introductie voor testers

@gheijkoop Gerrit Heijkoop

Windows 8.1. Wat brengt Windows 8.1 ons voor nieuws. Hoe zit het nu met de Startknop. En nog iets meer. HCC-Haaglanden Tim Woldring

AI & Big Data bij Defensie

Zelfbeeld. Basisonderwijs

TRAINING POSITIEVER DENKEN, LEVEN, WERKEN

Spraaktherapie in e-health: spraaktechnologie en gaming

Intelligentie: hoe gaan we hier intelligent mee om in de neuropsychologie?

KLINISCHE NEUROFYSIOLOGIE. EEG bij kinderen KINDEREN

Hoofdstuk 7. Iedereen gelijk? Tips om positieve discriminatie te hanteren in de klas

Wat leuk dat je wilt werken met Glogster ( Maar wat is het?

Social Media. Presentatie verzorgd door de ouderraad, leerlingenraad, het team en een ouder

Hoe is het revalidatie zorggebied op dit moment vormgegeven. Innovaties in de revalidatiezorg. Nieuwe vormen van revalidatie.

WC053 - Foldable Hi-Def 1.3M Trackcam USB 2.0

Lesbrief. Traverse (6+) Cie. Arcosm Frankrijk

SURFACE BESCHRIJVING. Wat is het? Voor wie is het? Hoe werkt het? De Surface in het onderwijs

HEY WAT KAN JIJ EIGENLIJK GOED? VERKLAP JE TALENT IN 8 STAPPEN

TestNet voorjaarsevent 15 mei Testen met AI. Op weg naar een zelflerende testrobot. TestNet werkgroep Testen met AI. Sander Mol Marco Verhoeven

INZET VAN MACHINE LEARNING

9 Communicatie-tools. voor meer liefde, meer verbondenheid, meer intimiteit & betere communicatie

To refer to or to cite this work, please use the citation to the published version:

40 e jaargang nr 1 Programma 2015

ICT Lyceum. Voor havo en vwo. ICT Lyceum op het Hondsrug College... een slimme start voor je toekomst!

LW057 SWEEX WIRELESS LAN PCI CARD 54 MBPS. Windows zal het apparaat automatisch detecteren en het volgende venster weergeven.

Mindfulness Training. Leer binnen acht weken anders om te gaan met stress, ontwikkel aandacht voor het nu en ervaar meer rust.

Fable Robotica Lesgids

Werkblad 3: Gravenfeest China

Elektrofysiologische onderzoeken

Workshop Handleiding. Verhalen schrijven. wat is jouw talent?

Transcriptie:

Brain-Computer Interfaces ir. Pieter-Jan Kindermans, Vakgroep Elektronica en Informatiesystemen, Universiteit Gent 1

Een robot besturen met gedachten? Bron: M. Velliste, et al. Cortical control of a prosthetic arm for self-feeding, Nature, 28 bron: website Velliste 2

Wat is een Brain-Computer Interface? Citaat uit: TOWARD DIRECT BRAIN-COMPUTER COMMUNICATION - Jacques J. Vidal, UCLA, CYBERSPACE BIONICS, 1973 - The Brain Computer Interface project, described later in this chapter, was meant to be a first attempt to evaluate the feasibility and practicality of utilizing the brain signals in a man-computer dialogue while at the same time developing a novel tool for the study of the neurophysiological phenomena that govern the production and the control of observable neuroelectric events. - Oorsprong van de term Brain-Computer Interface (BCI) bron:site vidal 3

Toepassingen van BCI - Communicatie met pc verlamde personen laten praten, surfen, tekenen,... games, virtual reality,... controle rolstoel, wagen, robotarm,... bron: openvibe bron: UPMC, Pittsburg 4

Waaruit bestaat een BCI bron: kuka Hersensignalen Magie Applicatie 5

Meten van hersensignalen 6

Wat is FMRI? - Meet zuurstof in het brein (BOLD signal) - slechte schatting van tijd - goede locatie bepaling bron: fmrib.ox.ac.uk bron:wikipedia 7

Wat is EEG? 4 2 signaal 2 4.2.4.6.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 tijd 4 2 signaal 2 4.2.4.6.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 tijd 4 2 signaal 2 4.2.4.6.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 tijd 4 2 signaal 2 4.2.4.6.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 tijd 8

Herkennen van hersensignalen 9

Hoe raak ik van de Zebrastraat naar station Gent Sint-Pieters? 1

Oplossing 11

Leg uit aan de telefoon hoe ik herken bron: wikipedia 12

Oplossing bron: wikipedia 13

Oplossing We moeten de computer aanleren hoe hij met EEG kan werken 4 2 signaal 2 4.2.4.6.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 tijd 4 = signaal signaal 2 2 4.2.4.6.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 tijd 4 2 2 4.2.4.6.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 tijd 4 signaal 2 2 bron: wikipedia 4.2.4.6.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 tijd 14

Computer laten leren is Machine Learning Supervised Learning Unsupervised Learning bron: wikipedia Reinforcement Learning bron: wikipedia bron: wikipedia 15

Reservoir Lab, ELIS, FEA, UGent Machine Learning Onderzoeksgroep - prof. dr. ir. Benjamin Schrauwen - Theoretisch onderzoek - Toepassen van ML op BCI, Epilepsie 4 2 2 2 2 6 Muziek Robotica 16

Gebruik van hersensignalen 17

Hoe werkt een BCI? We bekijken de volgende onderdelen - Wat is het doel van de BCI Videoreconstructie Tekst typen/communiceren - Hoe is de data opgenomen? - Wat doet de machine learning (of magie)? 18

FMRI gebaseerde video reconstructie Bron: Reconstructing visual experiences from brain activity evoked by natural movies, S. Nishimoto, et al., Current Biology, 211 bron: gallantlab.org,wikipedia Het dichtste bij echt gedachten lezen tot nu toe 19

FMRI gebaseerde video reconstructie bron: gallantlab.org 2

FMRI gebaseerde video reconstructie bron: wikipedia Computer leert FMRI te voorspellen met model bron: wikipedia bron: gallantlab.org,wikipedia 21

FMRI gebaseerde video reconstructie bron: wikipedia,gallantlab.org 22

FMRI gebaseerde video reconstructie bron: gallantlab.org 23

FMRI gebaseerde video reconstructie FMRI is een zeer krachtige methode om informatie uit het brein te halen - kolossaal - onbetaalbaar (voor mij) - traag - niet draagbaar - veel rekenkracht bron: wikipedia 24

Onderzoekers aan de UGent ontwikkelen eerste zelflerende Brain-Computer Interface 25

P3 Speller Idee bestaat sinds 1988 (Farwell & Donchin) 26

P3 Speller 27

Welke informatie zit er in het EEG.15.1.5 P3 NON P3.5.1.2.4.6.8 1 time (s) 28

Werkwijze standaard P3 speller bron: wikipedia - Zet een EEG muts op en voeg gel toe Smeerboel 3-45 min - Staar naar vooraf gekozen letters trainen van de computer 1-2 min - Indien nog wakker, spel tekst 29

Kunnen we iets aan die EEG muts doen? 3

Emotiv EPOC of droge elektroden bron: emotiv.com, gtec 31

Kunnen we iets aan de training doen? 32

Welke kolom is speciaal (hoort er niet thuis)? A B C D E F 33

Jullie zijn een zelflerende BCI! 34

Hoe vertalen we dit naar de P3 BCI?.15.1.5 P3 NON P3.5.1.2.4.6.8 1 time (s) 35

Een beetje moeilijker. De speciale kolom is... A B C D E F 36

En de speciale kolom is? A B C D E F 37

In een P3 BCI.15.1.5 P3 NON P3.5.1.2.4.6.8 1 time (s) 38

Kunnen we het ook met echt EEG? A B C D E F 4 4 4 4 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 4.2.4 tijd 4.2.4 tijd 4.2.4 tijd 4.2.4 tijd 4.2.4 tijd 4.2.4 tijd 4 4 4 4 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 4.2.4 tijd 4.2.4 tijd 4.2.4 tijd 4.2.4 tijd 4.2.4 tijd 4.2.4 tijd 4 4 4 4 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 4.2.4 tijd 4.2.4 tijd 4.2.4 tijd 4.2.4 tijd 4.2.4 tijd 4.2.4 tijd 39

Ik niet, dus tijd voor Machine Learning 4

Herhaling: Wat moeten we herkennen?.15.1.5 P3 NON P3.5.1.2.4.6.8 1 time (s) 41

Hoe leggen we dat uit aan de computer? 42

Ingredienten voor zelflerende BCI - Zoek een eenvoudige oplossing: - We kijken maar naar 1 letter tegelijk: - EEG met P3 is anders dan EEG zonder P3 - We zeggen niet hoe het EEG er uit ziet! 43

Ingredienten voor zelflerende BCI - Zoek een eenvoudige oplossing: p (w) = N (w, I), - We kijken maar naar 1 letter tegelijk: - EEG met P3 is anders dan EEG zonder P3 - We zeggen niet hoe het EEG er uit ziet! 44

Ingredienten voor zelflerende BCI - Zoek een eenvoudige oplossing: p (w) = N (w, I), - We kijken maar naar 1 letter tegelijk: p (c t )= 1 C, - EEG met P3 is anders dan EEG zonder P3 - We zeggen niet hoe het EEG er uit ziet! 45

Ingredienten voor zelflerende BCI - Zoek een eenvoudige oplossing: p (w) = N (w, I), - We kijken maar naar 1 letter tegelijk: p (c t )= 1 C, - EEG met P3 is anders dan EEG zonder P3 p (x t,i c t, w, ) = N x t,i w y t,i (c t,, - We zeggen niet hoe het EEG er uit ziet! 46

Op zoek naar de beste manier om de P3 te detecteren w = X c p c X, w old, old X 1 T X + old old I X T y (c) bron: wikipedia 47

P3 Speller Demo 48

Zelflerende Brain-Computer Interface voor P3 Uniek systeem, enige ter wereld Niet meer nodeloos naar het scherm staren Het werkt vanzelf 49

Onderzoek mogelijk gemaakt door Onderzoek gsteund door het Bijzoner Onderzoeksfonds van de Universiteit Gent onder het BOF-GOA project Home-MATE prof. dr. Santens voor het beschikbaar stellen van EEG apparatuur - Hannes Verschore, David Verstraeten, Benjamin Schrauwen - mensen van reservoir lab - proefkonijnen 5

Enkele opmerkingen Deze presentatie bevatte slechts een deelverzameling van het BCI onderzoek - Verschillende paradigma s/applicaties zijn niet behandeld o.m. SSVEP, Auditory P3, Motor Imagery,... - Vooral hoe werkt een BCI en wat zijn de onderdelen kwam aan bod onderzoek met patienten is essentieel onderzoek naar verbeteringen in acquisitie (NIRS ipv FMRI) ontdekken van nieuwe herkenbare signalen 51

Conclusie Brain-Computer Interfaces bestaan reeds, met fenomenale resultaten - We lezen geen gedachten, maar herkennen hersenactiviteit.15.1.5 P3 NON P3.5.1.2.4.6.8 1 time (s) 52

Conclusie - Wees creatief, BCI kan overal gebruikt worden kwaliteit audio signaal meten Noodstop bij auto versnellen Virtuele helikopter besturen Detecteren van slecht werkende verdoving... 53

Conclusie Brain-Computer Interfaces bestaan reeds, met fenomenale resultaten - BCI wordt reeds toegepast om mensen te helpen bron: UPMC, Pittsburg 54

Conclusie - Machine Learning is essentieel (signalen meten ook natuurlijk) 55