EXPERIMENTÁLNÍ PROJEKT

Abstract

Diplomová práce VR Crystal Cave se zaměřuje na vývoj BCI (Brain-Computer Interface) aplikace primárně určené pro pacienty s poruchami pozornosti (ADHD a ADD). Projekt využívá senzor Muse2, pro který jsou nastavena veškerá specifika systému. Výsledné prostředí je vytvořeno v Unreal Engine jako imerzní jeskyně s krystaly křemene, jejichž fluorescenci lze ovládat pomocí mozkových vln. V práci se soustředím zejména na frekvenční pásmo low beta, které je spojeno se stavem soustředění, a rovněž monitoruji alfa a theta frekvence.<br>Cílem testované osoby (probanda) je v jednom ze scénářů rozzářit vybrané krystalové zóny prostřednictvím cíleného soustředění. V druhém experimentálním scénáři, zaměřeném na vizualizaci mozkové aktivity, je možné ovládat fluorescenci krystalů kombinací tří frekvenčních pásem nebo každé zvlášť. Oba scénáře slouží nejen k tréninku soustředění, ale i k nácviku relaxace, čímž přispívají ke zlepšení mozkové plasticity. Současně s fluoreskováním proband ovládá specifické binaurální beaty, podporující požadované kognitivní stavy.<br>V rámci práce byly vytvořeny a upraveny různé scénáře v prostředí OpenViBE. Vyvinula jsem kalibrační scénář s využitím vizualizace Graz motor imagery paradigmatu, který slouží k nastavení individuální power baseline hodnoty a ověření schopnosti ovládat BCI systém. Součástí kalibrace je také určení preferované elektrody (AF7 nebo AF8) na základě aktivity v jednotlivých hemisférách, což umožňuje cílené zapojení levé či pravé prefrontální oblasti dle individuálního neurofyziologického profilu probanda. Dále byly vytvořeny dva ovládací scénáře pro řízení obou VR projektů v reálném čase a dva scénáře pro zpětné offline přehrávání naměřených EEG dat a interakcí s virtuálním prostředím. V OpenViBE převádím surový EEG signál na binární hodnoty podle mnou stanovených tříúrovňových kritérií (minimální, střední a maximální aktivita), která aplikuji na všechna relevantní frekvenční pásma. Tento přístup umožňuje jemně odstupňované a robustní ovládání obou krystalových jeskyní dle aktuální mentální aktivity probanda.<br>Součástí práce jsou také skripty v jazyce Python, které pracují s daty ve formátu CSV získanými prostřednictvím OpenViBE. Skripty umožňují výpočet průměrných hodnot power baseline pro jednotlivá frekvenční pásma a jejich automatizované dosazení do matematických operací v XML scénářích. Dále jsem vytvořila nástroje pro generování grafů z naměřených dat a implementovala generativní analýzu s dynamickými doporučeními pro optimalizaci tréninku. Pro ověření kvality EEG signálu nabízím rovněž skript pro tvorbu spektrogramu, který umožňuje vizuální kontrolu frekvenční stability a integrity dat.<br>Projekt inovativním způsobem propojuje technologie virtuální reality a BCI a nabízí využití jak v oblasti kognitivního tréninku, tak v rámci terapeutických programů zaměřených na neurofeedback a podporu mozkové plasticity. Díky cílenému sledování a tréninku aktivity jednotlivých hemisfér mozku může být aplikace využitelná i pro pacienty po cévní mozkové příhodě. U těchto osob lze trénink individuálně přizpůsobit - buď posilovat kompenzační mechanismy zdravé hemisféry, nebo aktivně podporovat obnovu funkcí v poškozené oblasti. Tento přístup rozšiřuje možnosti rehabilitace o neinvazivní nástroj pro obnovu kognitivních i motorických funkcí.