ОРИГИНАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
Источники и значимость вариативности потенциалов мозга человека в интерфейсе мозг–компьютер
1 Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова, Москва, Россия
2 Центр нейрокогнитивных исследований (МЭГ-центр), Московский государственный психолого-педагогический университет, Москва, Россия
Для корреспонденции: Илья Петрович Ганин
Ленинские горы, д. 1, стр. 12, к. 246, Москва, 119234, Россия; ur.liam@ninagpi
Финансирование: исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 21-75-00021, https://rscf.ru/project/21-75-00021/
Благодарности: авторы благодарят Ю. Нуждина из НИЦ «Курчатовский институт» за разработку и поддержку программного обеспечения для регистрации ЭЭГ, при помощи которого проведено исследование
Вклад авторов: И. П. Ганин — проведение исследования, анализ и интерпретация данных, анализ литературы, подготовка текста рукописи; А. Н. Васильев — анализ и интерпретация данных, анализ литературы, подготовка текста рукописи; Т. Д. Глазова — проведение исследования, анализ литературы; А. Я. Каплан — интерпретация данных.
Соблюдение этических стандартов: исследование одобрено этическим комитетом МГУ имени М. В. Ломоносова (протокол № 113-д от 19 июня 2020 г.); все участники подписали добровольное информированное согласие на участие в исследовании.
В интерфейсе мозг–компьютер на волне P300 (ИМК-P300) выбор команд пользователя возможен за счет фокусирования им внимания на внешнем стимуле-команде и выделении из ЭЭГ реакции к этому стимулу — в виде компонентов потенциалов, связанных с событиями (ПСС). Для получения сигнала ПСС стимулы необходимо многократно повторять, однако ввиду существующей вариативности латентности реакций на отдельные стимулы усредненные ПСС могут давать искаженное представление о характере таких реакций, а также снижать точность работы интерфейса. Целью работы было разработать эффективный способ выявления эффектов вариативности латентности компонентов ПСС и учета этих эффектов в ИМК-P300, и выявить возможное влияние психофизиологических факторов на характер вариативности ПСС. Для изучения механизмов вариативности мы провели ИМК-исследование на 19 здоровых испытуемых, где использовали выделение и коррекцию латентности в пространственных компонентах N1 и P300, играющих ключевую роль в классификации команд в ИМК-P300. Этот подход обеспечил более высокую точность по сравнению с использованием обычных отведений ЭЭГ, при этом наибольший рост в 10% наблюдался при минимальном числе повторов стимулов. Также модификации интерфейса, позволяющие обеспечить более высокий уровень внимания пользователя к задаче и более четкую фиксацию взгляда на целевых объектах, способствовали повышению амплитуд компонентов ПСС посредством снижения вариативности реакций на единичные стимулы. Полученные результаты подчеркивают важную роль процессов вариативности компонентов ПСС и дают эффективный инструмент для их научного изучения, а также для разработки перспективных систем ИМК.
Ключевые слова: P300, электроэнцефалограмма (ЭЭГ), потенциалы, связанные с событиями, вариативность ПСС, интерфейс мозг–компьютер (ИМК), ПСС, N1