JP5688154B2 - Electrical device control system and method based on SSVEP - Google Patents

Electrical device control system and method based on SSVEP Download PDF

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Description

本開示は、定常状態視覚誘発電位(SSVEP)に基づくブレイン・コンピュータ・インタフェース(BCI)技術に関する。特に、本開示の特徴は、脳波(EEG)信号の捕捉のために簡単な電極構成、脳波信号を解析する計算効率のよい正確な処理および特定機器に関連する視覚刺激発生器、簡単で信頼性のあるマルチデバイス電力インタフェースユニット、および視覚疲労および/またはユーザーのイライラを回避または除外する簡単かつ堅牢で支援不要なシステム活性化処理を提供する、SSVEPに基づく電気デバイスまたはアプライアンス制御システムおよび方法に関する。   The present disclosure relates to Brain Computer Interface (BCI) technology based on steady state visual evoked potentials (SSVEP). In particular, the features of the present disclosure include a simple electrode configuration for the acquisition of electroencephalogram (EEG) signals, a computationally efficient and accurate processing for analyzing the electroencephalogram signals, and a visual stimulus generator associated with specific equipment, simple and reliable A multi-device power interface unit, and an SSVEP-based electrical device or appliance control system and method that provides a simple, robust and assistance-free system activation process that avoids or eliminates visual fatigue and / or user frustration.

ブレイン・コンピュータ・インタフェース(BCI)システムおよびデバイスが開発されたことで、人の頭皮から計測される脳波のさまざまな側面が集中的に研究されてきた。BCIは脳と外部デバイスとの間の直接コミュニケーション経路である。BCIは人の認識または感覚運動機能を支援、補強、または修復を目的とすることが多い。   With the development of Brain Computer Interface (BCI) systems and devices, various aspects of brain waves measured from the human scalp have been intensively studied. BCI is a direct communication path between the brain and external devices. BCI is often intended to support, reinforce, or repair human recognition or sensorimotor function.

BCI技術は、筋電図(EMG)、皮質電図(ECoG)、または脳波図(EEG)信号を利用してユーザーが神経機能代替デバイスを自在に制御する手助けとなるシステムの開発に大きな役割を果たす。EEGは、重篤な障害を持つ者に適用可能な一般的な非侵襲的モダリティである。EEG信号は人の頭皮外部で検出可能な電気的活動に起因する。EEG信号は脳内の神経発火により生成され、同様の空間的定位の何千何百万もの皮質ニューロンにより生成されるシナプス後電位により引き起こされる関連するシナプス活動を反映する。   BCI technology plays a major role in the development of systems that help users freely control neural function alternative devices using electromyogram (EMG), electrocorticogram (ECoG), or electroencephalogram (EEG) signals. Fulfill. EEG is a common non-invasive modality that can be applied to people with severe disabilities. EEG signals result from electrical activity that can be detected outside the human scalp. EEG signals are generated by neural firing in the brain and reflect related synaptic activity caused by post-synaptic potentials generated by thousands of cortical neurons of similar spatial orientation.

EEG信号の取得は、頭皮電極またはリード線を伴い、典型的には国際10−20法により特定される位置を用いる。EEGにおいて、感覚的刺激により誘発される微少電位は特に重要である。なぜなら、これら時間的に同期した一過性小波は一次感覚線維により運ばれる求心性斉射に応じて細胞群がどのように振る舞うかを示すからである。ちょっとした刺激を被験者に提示すると、この刺激に対する一過性脳反応が起きる。   EEG signal acquisition involves scalp electrodes or leads, typically using locations specified by the International 10-20 method. In EEG, the micropotentials evoked by sensory stimuli are particularly important. This is because these temporally synchronized transient waves show how the cell group behaves in response to afferent firing carried by the primary sensory fibers. When a slight stimulus is presented to the subject, a transient brain response to this stimulus occurs.

一般に、EEGに基づく神経機能代替システムは、信号取得システム、信号処理アルゴリズム、およびアプリケーションデバイスからなる。EEGに基づく神経機能代替システムでは、自然EEGおよび視覚誘発電位(VEP)のような事象関連電位(ERP)の二つのモダリティが広く用いられる。誘発電位は脳における刺激の影響を示し、感覚および知覚処理の変化に敏感である。VEP技術の主要な利点は、計測デバイスのサンプリングレートにのみ制限されるその時間分解能にある。   In general, an EEG-based neural function replacement system consists of a signal acquisition system, a signal processing algorithm, and an application device. In EEG-based neural function replacement systems, two modalities are widely used: natural EEG and event-related potential (ERP) such as visual evoked potential (VEP). Evoked potentials show the effects of stimuli in the brain and are sensitive to changes in sensory and sensory processing. The main advantage of VEP technology is its time resolution that is limited only by the sampling rate of the measurement device.

VEPは一過性視覚誘発電位(TVEP)および定常状態視覚誘発電位(SSVEP)に分類することができる。SSVEPは視覚刺激に対する6Hzよりも高い周波数で変調される周期的応答であり、視覚野に対応する頭皮位置で記録することができる。視覚刺激は、発光ダイオード(LED)または液晶ディスプレイ(LCD)に表示されるチェッカーボードまたは他のパターンにより生成することができる。SSVEPは、視覚刺激およびその高調波の周波数と同じ基本周波数を有する。SSVEPに基づくシステムでは、多数の周波数でコード化された複数の刺激が視野中に提示され、多数の刺激の中の一つにユーザーの関心または注意が移ることでさまざまなSSVEP応答が生成され得る。   VEP can be classified into transient visual evoked potential (TVEP) and steady state visual evoked potential (SSVEP). SSVEP is a periodic response modulated at a frequency higher than 6 Hz to visual stimuli and can be recorded at the scalp position corresponding to the visual cortex. The visual stimulus can be generated by a checkerboard or other pattern displayed on a light emitting diode (LED) or liquid crystal display (LCD). SSVEP has the same fundamental frequency as that of visual stimuli and their harmonics. In a system based on SSVEP, multiple stimuli encoded at multiple frequencies can be presented in the field of view, and various SSVEP responses can be generated by shifting the user's interest or attention to one of the multiple stimuli. .

刺激選択を対象とする従来技術では、思考中の被験者に視覚疲労の負担をかけることなくEEGに基づく神経機能代替システムを正確に動作させるための信頼できるSSVEP信号を生成することができない。さらに、従来の刺激システムは無用に複雑化した電気回路が必要となり、システムのオーバーヘッドおよび/またはコストが増大してしまう。   In the prior art that targets stimulus selection, it is not possible to generate a reliable SSVEP signal for accurately operating an EEG-based neural function replacement system without burdening a thinking subject with visual fatigue. Further, conventional stimulation systems require unnecessarily complicated electrical circuitry, increasing system overhead and / or cost.

また、従来の電極構成も無用に複雑である。例えば、信頼できるSSVEP信号を得るために64もの異なる頭皮位置に電極を配置していたため、コストが増大するとともに信号処理が望ましくなく長時間化する。人の頭皮に少ない電極を配置してSSVEP信号を取得する試みがいくつかなされたが、そのような試行ではSSVEP信号が貧弱かつ不正確なものとなり、ひいては神経機能代替デバイスの制御が貧弱、不正確、および不確実になる。   Also, the conventional electrode configuration is unnecessarily complicated. For example, the electrodes are placed at as many as 64 different scalp positions to obtain a reliable SSVEP signal, which increases costs and undesirably increases signal processing time. Several attempts have been made to acquire SSVEP signals by placing few electrodes on the human scalp, but such attempts have resulted in poor and inaccurate SSVEP signals, and thus poor control of neural function replacement devices. Become accurate and uncertain.

SSVEP信号の処理に用いられる既存のアルゴリズムから別の問題が生じる。現在のアルゴリズムは複雑であり、不正確または矛盾した結果をもたらし、近いまたは隣り合う同様の刺激を効果的に区別する能力に欠ける。EEGに基づく神経機能代替システムの現在の実装はEEG信号に応じて複数のデバイスを制御する方法として使用し易く、融通が利き、信頼があり、および費用効率に優れたというものではないため、さらに別の問題が生じる。   Another problem arises from the existing algorithms used to process SSVEP signals. Current algorithms are complex, yield inaccurate or inconsistent results, and lack the ability to effectively distinguish between similar stimuli that are close or adjacent. Since current implementations of EEG-based neural function replacement systems are not easy to use as a way to control multiple devices in response to EEG signals, they are not flexible, reliable, and cost effective, Another problem arises.

EEGに基づく神経機能代替システムは障害者の生活に大きなプラスの影響をもたらす潜在性があるため、既存のEEGに基づく神経機能代替システムを改良する必要がある。それゆえ、EEGに基づく神経機能代替システムに関する上記問題の少なくとも一つに対処する解決策を提供することが望まれる。   Since the EEG-based neural function replacement system has a great positive impact on the lives of persons with disabilities, it is necessary to improve the existing EEG-based neural function replacement system. Therefore, it would be desirable to provide a solution that addresses at least one of the above problems associated with EEG-based neural function replacement systems.

本開示のある局面に従うと、個人の脳により生成されるEEGデータに基づいた一式のデバイスを制御する自動化処理が提供される。一式のデバイスは、一式の視覚刺激発生器と一式の電気デバイスとを備え、各電気デバイスは所定の視覚刺激発生器と関連する。当該処理は、各視覚刺激発生器を、視覚刺激発生器どうしが区別されるような各視覚刺激発生器による視覚刺激の出力が回避される第1の状態(例えば、休眠または不活性状態、またはデバイス制御動作に関連する周波数でSSVEPが生成されることが回避される状態)に遷移させ、個人の脳により生成される第1のEEGデータを取得し、第1のEEGデータが視覚刺激発生器の活性化指令を表す個人の自力の挙動に関連するかを判定し、視覚刺激発生器の活性化指令に応じて、一式の視覚刺激発生器における各視覚刺激発生器を、各視覚刺激発生器が一式の視覚刺激発生器における視覚刺激発生器どうしが区別されるような視覚刺激を出力する第2の状態に遷移させる。視覚刺激発生器の活性化指令がない場合、視覚刺激発生器を第1の状態を維持することができる。第2の状態のとき、各視覚刺激発生器は、視覚刺激どうしが区別される提示周波数で視覚刺激を出力し得る。第1のEEGデータが視覚刺激発生器の活性化指令を表す自力の挙動に関連することの判定において、第1のEEGデータを解析して、活性化指令の合間などの特定の期間に亘ってまたは対して覚醒した個人が両目を閉じた状態および/または閉眼−開眼の連続を同定してもよい。   In accordance with certain aspects of the present disclosure, an automated process for controlling a set of devices based on EEG data generated by an individual's brain is provided. The set of devices comprises a set of visual stimulus generators and a set of electrical devices, each electrical device being associated with a predetermined visual stimulus generator. The process may cause each visual stimulus generator to be in a first state (e.g., a dormant or inactive state, or the output of visual stimuli from each visual stimulus generator such that the visual stimulus generators are distinguished from each other) A state in which generation of SSVEP at a frequency related to the device control operation is avoided) to obtain first EEG data generated by the individual's brain, and the first EEG data is the visual stimulus generator. In response to the activation instruction of the visual stimulus generator, each visual stimulus generator in the set of visual stimulus generators is determined according to the activation command of the individual. Transition to a second state that outputs visual stimuli such that the visual stimulus generators in the set of visual stimulus generators are distinguished from each other. In the absence of a visual stimulus generator activation command, the visual stimulus generator can be maintained in a first state. When in the second state, each visual stimulus generator may output visual stimuli at a presentation frequency at which the visual stimuli are distinguished. In determining that the first EEG data is related to self-behavioral behavior representing the activation command of the visual stimulus generator, the first EEG data is analyzed and over a specific period, such as between activation commands. Alternatively, an individual who has awakened may identify closed eyes and / or a closed eye-open eye sequence.

本開示に係る処理は、さらに、ユーザーが特定の視覚刺激発生器を注視していた間に個人の脳により生成されるSSVEPに関連する第2のEEGデータを取得し、第2のEEGデータがユーザーが注視していた特定の視覚刺激発生器を指し示しているかを判定する。第2のEEGデータがユーザーが注意を向けていた一式の視覚刺激発生器における特定の視覚刺激発生器を指し示していない場合、各視覚刺激発生器を第1の状態に遷移させることができる。   The process according to the present disclosure further obtains second EEG data related to SSVEP generated by the individual's brain while the user was gazing at a particular visual stimulus generator, and the second EEG data is Determine if the user is pointing to the specific visual stimulus generator that they were looking at. If the second EEG data does not point to a particular visual stimulus generator in the set of visual stimulus generators that the user has focused on, each visual stimulus generator can be transitioned to a first state.

さらに、当該処理は、ユーザーが注視していた特定の視覚刺激発生器を同定し、特定の視覚刺激発生器に関連または対応する特定の電気デバイスの動作状態を(例えば、電源状態の確定、変更、または切り替えにより)調整する。特定の電気デバイスの動作状態の調整に際して(例えば、調整前、調整後、調整中)、各視覚刺激発生器を第1の状態に遷移させるまたは戻すことができる。   In addition, the process identifies the particular visual stimulus generator that the user was gazing at, and determines the operating state of a particular electrical device associated with or corresponding to the particular visual stimulus generator (eg, determining, changing power state, etc. Or by switching). Upon adjustment of the operating state of a particular electrical device (eg, before adjustment, after adjustment, and during adjustment), each visual stimulus generator can be transitioned back to the first state.

本開示のある局面に従うと、システムユーザーの脳によるSSVEPの生成に基づく一式の電気デバイスの制御システムは、それぞれが視覚刺激を出力する一式の視覚刺激発生器と、各視覚刺激発生器に接続され、選択的に各視覚刺激発生器に視覚刺激発生器どうしが区別されるような視覚刺激を出力させる視覚刺激発生器制御器と、ユーザーの脳により生成されるEEGデータを提供するEEGシステムまたはユニットと、デバイス同定システムとを備えている。デバイス同定システムは、ユーザー状態検出モジュールの一部が存在するメモリに接続された処理装置を備えている。ユーザー状態検出モジュールは、実行されるとユーザーの自力の挙動に応じて生成されるEEGデータが特定の期間に亘って覚醒した個人が両目を閉じた状態および/または閉眼−開眼の連続といった視覚刺激発生器の活性化指令に関連するかを判定するプログラム命令集合を含む。視覚刺激発生器制御器は、視覚刺激生成器の活性化指令が検出されるまで、視覚刺激発生器を、視覚刺激発生器どうしが区別されるような各視覚刺激発生器による視覚刺激の出力が回避される第1の状態に保持することができ、その後、視覚刺激発生器制御器は、各視覚刺激発生器が視覚刺激発生器どうしが区別されるような視覚刺激を出力する第2の状態に視覚刺激発生器を遷移させることができる。   In accordance with one aspect of the present disclosure, a set of electrical device control systems based on the generation of SSVEP by the system user's brain is connected to each set of visual stimulus generators, each outputting a visual stimulus. A visual stimulus generator controller for selectively outputting visual stimuli such that each visual stimulus generator distinguishes between visual stimulus generators, and an EEG system or unit for providing EEG data generated by a user's brain And a device identification system. The device identification system includes a processing device connected to a memory in which a part of the user state detection module exists. When executed, the user state detection module is a visual stimulus such that the EEG data generated according to the behavior of the user's own power is awakened over a specific period of time and the eyes are closed and / or the eye-open eye sequence is continuous. It includes a set of program instructions for determining if it is related to a generator activation command. The visual stimulus generator controller outputs the visual stimulus output from each visual stimulus generator such that the visual stimulus generators are distinguished from each other until the activation command of the visual stimulus generator is detected. The first state that can be kept in the first state to be avoided, after which the visual stimulus generator controller outputs a second visual stimulus such that each visual stimulus generator distinguishes between the visual stimulus generators. The visual stimulus generator can be transitioned to.

メモリは、捕捉したEEGデータに基づいてユーザーが注視していた特定の視覚刺激生成器を同定するプログラム命令集合を有するデバイス同定モジュールをさらに備えてもよく、これにより特定の視覚刺激発生器に関連する電気デバイスの同定および選択的統制が容易になる。   The memory may further comprise a device identification module having a program instruction set that identifies a particular visual stimulus generator that the user was looking at based on the captured EEG data, thereby relating to the particular visual stimulus generator Identification and selective control of electrical devices to be performed is facilitated.

本開示のある局面に従うと、EEG10−20モンタージュ規格に従って空間的に組織された一式の電極を有し、O1−Fz間の第1のEEG信号差およびO2−Fz間の第2のEEG信号差の少なくとも一つを検出するEEG取得システムが提供される。一式の電極は、所定時にEEG信号を検出する5個よりも少ない電極を有していてもよい。   According to certain aspects of the present disclosure, a first EEG signal difference between O1-Fz and a second EEG signal difference between O2-Fz, with a set of electrodes spatially organized according to the EEG 10-20 montage standard. An EEG acquisition system for detecting at least one of the above is provided. The set of electrodes may have fewer than five electrodes that detect EEG signals at a given time.

上記に追加的にまたは代わるものとして、本開示のある局面に従うと、個人の脳により生成されるSSVEPに基づく一式のデバイスの制御処理は、個人が基準の景色を注視していた間に個人の脳により生成されるEEGデータに関連する第1のEEGデータを取得し、第1のEEGデータに関連するとともに一式の基本周波数fおよび各基本周波数fの一式の高調波倍数nfに関連する複数の基準パワースペクトル密度振幅値を生成し、複数の基準パワースペクトル密度振幅値を用いてデバイス同定閾値Tを生成する。 In addition or as an alternative, in accordance with certain aspects of the present disclosure, the control process for a set of devices based on the SSVEP generated by the individual's brain can be performed while the individual is gazing at the baseline landscape. Obtaining first EEG data associated with the EEG data generated by the brain, associated with the first EEG data and associated with a set of fundamental frequencies f k and a set of harmonic multiples nf k of each fundamental frequency f k to generate a plurality of reference power spectral density amplitude value, generating a device identification threshold T I using a plurality of reference power spectral density amplitude.

当該処理は、さらに、それぞれが一式の基本周波数fにおける関連する基本周波数fにほぼ等しい固有の提示周波数で視覚刺激を提供する一式の視覚刺激発生器における特定の視覚刺激発生器に個人が注視していた間に個人の脳により生成されるSSVEPに関連する第2のEEGデータを生成し、第2のEEGデータに関連するとともに一式の基本周波数fおよび各基本周波数fの一式の高調波倍数nfに関連する複数の基準パワースペクトル密度振幅値を生成し、少なくとも一つの基準パワースペクトル密度振幅値およびデバイス同定閾値Tの比較に基づいて複数の活性パワースペクトル密度振幅値における各活性パワースペクトル密度振幅値を選択的にスケーリングすることで複数の閾値活性パワースペクトル密度振幅値を生成し、主要活性パワースペクトル密度振幅値が複数の閾値活性パワースペクトル密度振幅値に関連して存在するかを判定してもよい。 The process further, personal to a particular visual stimulus generator in each visual stimulus generator set to provide a visual stimulus in substantially equal specific presentation frequency associated fundamental frequency f k is at the fundamental frequency f k of a set Generating second EEG data associated with the SSVEP generated by the individual's brain while gazing, and associated with the second EEG data and a set of fundamental frequencies f k and a set of each fundamental frequency f k generating a plurality of reference power spectral density amplitude values associated with the harmonic multiples nf k, each of the plurality of active power spectral density amplitude values based on a comparison of at least one reference power spectral density amplitude value and the device identification threshold T I Multiple scaling of active power spectral density amplitudes by selectively scaling active power spectral density amplitude values Generate a value, it may determine whether the primary active power spectral density amplitude value exists in relation to the plurality of threshold active power spectral density amplitude.

かかる処理は、主要活性パワースペクトル密度振幅値に関連するとともに一式の基本周波数fにおける特定の基本周波数fに等しい優位周波数fを同定し、優位周波数fに関連する提示周波数で視覚刺激を提供する特定の視覚刺激発生器を同定し、特定の視覚刺激発生器に関連する電気デバイスを同定し、特定の視覚刺激発生器に関連する電気デバイスの動作状態を設定または調整してもよい。 Such treatment, visual stimulus at asking frequencies identified dominant frequency f D is equal to a specific fundamental frequency f k at the fundamental frequency f k of a set together with associated principal active power spectral density amplitude value, related to the dominant frequency f D Identifying a particular visual stimulus generator that identifies the electrical device associated with the particular visual stimulus generator, and setting or adjusting the operating state of the electrical device associated with the particular visual stimulus generator .

本開示のある局面に従うと、個人の脳により生成されるSSVEPに基づく一式のデバイスの制御システムは、それぞれが視覚刺激を出力する一式の視覚刺激発生器と、各視覚刺激発生器に接続され、選択的に各視覚刺激発生器に視覚刺激発生器どうしが区別されるような視覚刺激を出力させる視覚刺激発生器制御器と、ユーザーの脳により生成されるEEGデータを提供するEEGデータ供給または取得システムと、デバイス同定システムとを備えている。デバイス同定システムは、デバイス同定モジュールの一部が存在するメモリに接続された処理装置を備えている。   According to certain aspects of the present disclosure, a control system of a set of devices based on SSVEP generated by an individual's brain is connected to each set of visual stimulus generators, each outputting a visual stimulus, Visual stimulus generator controller that selectively outputs visual stimuli such that each visual stimulus generator distinguishes between visual stimulus generators, and EEG data supply or acquisition that provides EEG data generated by the user's brain A system and a device identification system. The device identification system includes a processing apparatus connected to a memory in which a part of the device identification module exists.

デバイス同定モジュールは、実行されるとデバイス同定動作により特定の視覚刺激発生器を同定するプログラム命令集合を含み、当該デバイス同定動作は、個人が特定の視覚刺激発生器を注視していた間に取得したEEGデータに関連するとともに一式の基本周波数fおよび一式の高調波倍数nfに関連する複数の活性パワースペクトル密度振幅値を生成し、少なくとも一つの基準パワースペクトル密度振幅値およびデバイス同定閾値Tの比較に基づいて複数の活性パワースペクトル密度振幅値における各活性パワースペクトル密度振幅値を選択的にスケーリングすることで複数の閾値活性パワースペクトル密度振幅値を生成し、主要活性パワースペクトル密度振幅値が複数の閾値活性パワースペクトル密度振幅値に関連して存在するかを判定する。 The device identification module includes a set of program instructions that, when executed, identify a specific visual stimulus generator by a device identification operation, which is acquired while the individual is gazing at the specific visual stimulus generator. Generating a plurality of active power spectral density amplitude values related to the set EEG data and related to the set of fundamental frequencies f k and the set of harmonic multiples nf k , wherein at least one reference power spectral density amplitude value and a device identification threshold T Generating a plurality of threshold active power spectral density amplitude values by selectively scaling each active power spectral density amplitude value in the plurality of active power spectral density amplitude values based on the comparison of I Exist in relation to multiple threshold active power spectral density amplitude values Determines whether or not.

上記デバイス同定動作は、さらに、主要活性パワースペクトル密度振幅値に関連するとともに一式の基本周波数fにおける特定の基本周波数fに等しい優位周波数fを判定し、優位周波数fに関連する周波数で視覚刺激を提供する一式の視覚刺激発生器における特定の視覚刺激発生器を同定し、特定の視覚刺激発生器に関連する電気デバイスを同定し、特定の視覚刺激発生器およびそれに関連する電気デバイスのグループからの少なくとも一つに関連する一式の識別子を出力してもよい。 The device identification operation, further, determines dominant frequency f D is equal to a specific fundamental frequency f k at the fundamental frequency f k of a set together with associated principal active power spectral density amplitude value, related to the dominant frequency f D Frequency Identifying a specific visual stimulus generator in a set of visual stimulus generators that provide visual stimuli at, identifying an electrical device associated with the specific visual stimulus generator, and identifying a specific visual stimulus generator and associated electrical device A set of identifiers associated with at least one of the groups may be output.

本開示のある局面に従うと、上記システムは、さらに、一つ以上の識別子、指令、または命令の受信に応じて、特定の視覚刺激発生器に関連する電気デバイスの動作状態を変化させるシステム制御ユニットを備えていてもよい。システム制御ユニットは、識別子に基づいて電気デバイス制御指令を出力することができる。上記システムは、さらに、システム制御ユニットと通信し、特定の視覚刺激発生器に関連する電気デバイスの動作状態を設定または調整するデバイス制御インタフェースを備えていてもよい。   According to certain aspects of the present disclosure, the system further includes a system control unit that changes an operating state of an electrical device associated with a particular visual stimulus generator in response to receiving one or more identifiers, instructions, or instructions. May be provided. The system control unit can output an electrical device control command based on the identifier. The system may further comprise a device control interface that communicates with the system control unit and sets or adjusts the operating state of the electrical device associated with the particular visual stimulus generator.

上記メモリは、校正動作を実行するプログラム命令集合を含む校正ユニットを含んでいてもよい。当該校正動作は、個人が基準の景色を注視していた間に個人の脳により生成されるEEG信号に関連する基準EEGデータを解析し、基準EEGデータに関連するとともに一式の基本周波数fおよび各基本周波数fの一式の高調波倍数nfに関連する複数の基準パワースペクトル密度振幅値を生成し、複数の基準パワースペクトル密度振幅値を用いてデバイス同定閾値Tを生成する。 The memory may include a calibration unit that includes a set of program instructions for performing a calibration operation. The calibration operation analyzes the reference EEG data associated with the EEG signal generated by the individual's brain while the individual is gazing at the reference scene, and is associated with the reference EEG data and a set of fundamental frequencies f k and generating a plurality of reference power spectral density amplitude values associated with the harmonic multiples nf k of a set of each basic frequency f k, generating a device identification threshold T I using a plurality of reference power spectral density amplitude.

本開示のある局面に従うと、実行されると下記の実施形態のような本開示の実施形態に従ったSSVEPに基づくデバイス制御動作を容易または可能にするプログラム命令列を格納する一つ以上のコンピュータ読み取り可能な記録媒体がさらに提供される。   In accordance with certain aspects of the present disclosure, one or more computers that store program instruction sequences that, when executed, facilitate or enable device control operations based on SSVEP according to embodiments of the present disclosure, such as the following embodiments: Further provided is a readable recording medium.

以下、本開示の実施形態を次の図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the following drawings.

本開示の実施形態に係るSSVEPに基づくアプライアンス制御システムの概略図である。1 is a schematic diagram of an appliance control system based on SSVEP according to an embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の実施形態に係る国際EEG10−20モンタージュに関連する電極構成の概略図である。1 is a schematic diagram of an electrode configuration related to an international EEG 10-20 montage according to an embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の実施形態に係るシステム制御および通信ユニットのブロック図である。2 is a block diagram of a system control and communication unit according to an embodiment of the present disclosure. FIG. 本開示の実施形態に係るデバイス同定ユニットのブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of a device identification unit according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に係る代表的な機器構成GUI500の概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a representative device configuration GUI 500 according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に係る代表的なSSVEPに基づく電気デバイスまたはアプライアンス制御処理のフローチャートである。6 is a flowchart of an exemplary SSVEP based electrical device or appliance control process according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に係る代表的な基準パラメータ生成処理のフローチャートである。5 is a flowchart of a typical reference parameter generation process according to an embodiment of the present disclosure. 本開示の実施形態に係る代表的なデバイス同定処理のフローチャートである。5 is a flowchart of a representative device identification process according to an embodiment of the present disclosure.

本開示の実施形態は、SSVEPに関連するEEG信号の捕捉および解析に基づくアプライアンスなどの一つ以上の電気デバイスの動作を選択的に制御するシステム、装置、デバイス、および処理に関する。SSVEPは、ユーザーが視覚刺激発生器を選択的に注視しているときに発生する。多くの実施形態では多数の視覚刺激発生器が含まれており、各視覚刺激発生器は所定の電気デバイスまたはアプライアンスに関連するものである。各視覚刺激発生器は、視覚刺激発生器どうしが区別されるまたは区別され得るようなユーザーに対する視覚的または光学的刺激または信号を出力、表示、または提示する。例えば、詳細な実施形態によると、各視覚刺激発生器は、固有または弁別的な提示周波数および/または弁別的な空間提示パターンで視覚刺激を出力することができる。視覚刺激により、提示周波数に関連するSSVEP周波数でユーザーの脳に部分的にSSVEPがもたらされ、引き起こされ、または発生し得る。視覚刺激発生器は、LED列または他のタイプの光学信号提示デバイスであり得る。   Embodiments of the present disclosure relate to systems, apparatus, devices, and processes that selectively control the operation of one or more electrical devices such as appliances based on the acquisition and analysis of EEG signals associated with SSVEP. SSVEP occurs when the user is selectively gazing at the visual stimulus generator. Many embodiments include multiple visual stimulus generators, each visual stimulus generator being associated with a given electrical device or appliance. Each visual stimulus generator outputs, displays or presents a visual or optical stimulus or signal to the user such that the visual stimulus generators are or can be distinguished. For example, according to a detailed embodiment, each visual stimulus generator can output visual stimuli at a unique or discriminative presentation frequency and / or a discriminative spatial presentation pattern. A visual stimulus may cause, cause, or generate a partial SSVEP in the user's brain at an SSVEP frequency that is related to the presentation frequency. The visual stimulus generator may be an LED string or other type of optical signal presentation device.

EEG取得システム、サブシステム、またはユニットにより、ユーザーの脳により生成されるEEG信号を容易に捕捉または獲得できる。ユーザー装着型ヘッドギアはユーザーの頭皮に対して特定の位置に、SSVEPに関連するEEG信号を捕捉することができる一式の電極を配置することができる。   An EEG acquisition system, subsystem, or unit can easily capture or acquire EEG signals generated by the user's brain. The user wearable headgear can place a set of electrodes that can capture the EEG signal associated with the SSVEP at a specific location relative to the user's scalp.

多くの実施形態では一式の電極は少数または最小数の電極を有する。システム制御および通信ユニットは、EEG信号をサンプリングされたEEGデータとして捕捉することができる。デバイス同定ユニットは、捕捉されたEEG信号を計算効率のよい処理方法で解析することができ、どの視覚刺激発生器が捕捉されたEEG信号を生じさせたかを判定する。これにより、ユーザーが注視していた視覚刺激発生器に関連する電気デバイスまたはアプライアンスが同定される。   In many embodiments, the set of electrodes has a small or minimal number of electrodes. The system control and communication unit can capture the EEG signal as sampled EEG data. The device identification unit can analyze the captured EEG signal in a computationally efficient manner and determine which visual stimulus generator has produced the captured EEG signal. This identifies the electrical device or appliance associated with the visual stimulus generator that the user was gazing at.

デバイス同定ユニットはデバイス識別子(ID)および/または電源インタフェースIDをシステム制御および通信ユニットへ伝送することができ、システム制御および通信ユニットは関連デバイス制御指令および/または関連電源インタフェース制御指令をマルチデバイスインタフェースユニットへ発行する。これに応じて、マルチデバイスインタフェースユニットは、視覚刺激発生器に関連する電気デバイスまたはアプライアンスの動作状態を伝送、調整、または設定することができる。例えば、マルチデバイスインタフェースユニットは、電気デバイスまたはアプライアンスに関連する電源インタフェースをオフ状態からオン状態へ、またはオン状態からオフ状態へ遷移させることができる。これにより、視覚刺激発生器に関連する電気デバイスまたはアプライアンスをオフ状態かオン状態へ、またはオン状態からオフ状態へ遷移させることができる。したがって、EEG取得ユニット、システム制御および通信ユニット、デバイス同定ユニット、およびマルチデバイスインタフェースユニットは、ユーザーが注視していた視覚刺激発生器に関連する電気デバイスの動作状態を自動的に変更することができる。   The device identification unit may transmit a device identifier (ID) and / or a power interface ID to the system control and communication unit, and the system control and communication unit may send the related device control command and / or the related power interface control command to the multi-device interface. Issue to the unit. In response, the multi-device interface unit can transmit, adjust, or set the operating state of the electrical device or appliance associated with the visual stimulus generator. For example, the multi-device interface unit can transition a power interface associated with an electrical device or appliance from an off state to an on state, or from an on state to an off state. This allows the electrical device or appliance associated with the visual stimulus generator to transition from the off state to the on state, or from the on state to the off state. Thus, the EEG acquisition unit, system control and communication unit, device identification unit, and multi-device interface unit can automatically change the operating state of the electrical device associated with the visual stimulus generator that the user was gazing at. .

多くの実施形態では、システム制御および通信ユニットは、視覚刺激発生器を、デバイス同定ユニットが視覚刺激活性化指令に関連または代表する自力または自立のユーザーの活動または挙動が起きたと判定または検出しない限り、視覚刺激発生器どうしが区別されるような各視覚刺激発生器の視覚刺激の生成が回避される状態に遷移させる。多くの実施形態では、自力のユーザーの挙動は、所定時間に亘って継続する、覚醒したユーザーが両目を閉じた状態または状況を含む。ユーザーが生成した視覚刺激発生器の活性化指令が検知または同定されると、デバイス同定ユニットはシステム制御および通信ユニットへ、視覚刺激発生器どうしが区別(例えば、時間的および/または空間的な区別)されるような各視覚刺激発生器による視覚刺激の生成を可能にする活性化通知を送ることができる。   In many embodiments, the system control and communication unit does not determine or detect the visual stimulus generator unless the device identification unit has detected a self-supporting or self-supporting user activity or behavior associated with or representative of the visual stimulus activation command. The transition is made to a state in which the generation of the visual stimulus of each visual stimulus generator is avoided such that the visual stimulus generators are distinguished from each other. In many embodiments, self-user behavior includes a state or situation in which an awake user has closed both eyes for a predetermined period of time. When a user generated visual stimulus generator activation command is detected or identified, the device identification unit identifies the visual stimulus generators to the system control and communication unit (eg, temporal and / or spatial distinctions). An activation notification can be sent that allows the generation of visual stimuli by each visual stimulus generator.

ある実施形態では、デバイス同定ユニットは、捕捉したEEG信号が両目を閉じた状況を表すまたは関連するかどうかを、そして場合によっては両目を閉じた状況がユーザーが覚醒した状態またはユーザーが寝ている状態に関連するかどうかを判定することができる。所定の期間に亘る両目を閉じて覚醒しているユーザーの状態に応じてまたは続いて、システム制御および通信ユニットは一式の視覚刺激発生器を活性状態に遷移させる。これにより、両目を開けたユーザーは関心のある電気デバイスに関連する活性状態の視覚刺激発生器に注視することができる。したがって、電気デバイスの同定およびユーザーが両目を所定の期間閉じていることに対する制御動作のために、システムが使用可能にされ、活性化され、またはリセットされる。ある実施形態では、両目を閉じた覚醒したユーザー状態が所定の期間に亘って検知され、続いて(例えば、両目が閉じた状態にすぐに続く)両目が開いた状態が検知されたことに応じて一式の視覚刺激発生器の(再)活性化が発生し得る。   In some embodiments, the device identification unit indicates whether the captured EEG signal represents or is related to a situation where both eyes are closed, and in some cases the situation where both eyes are closed is the user awake or the user is sleeping It can be determined whether the condition is relevant. Depending on or following the state of the user who is awake with both eyes closed for a predetermined period of time, the system control and communication unit transitions the set of visual stimulus generators to the active state. This allows a user with open eyes to focus on the active visual stimulus generator associated with the electrical device of interest. Thus, the system is enabled, activated, or reset for electrical device identification and control actions for the user closing both eyes for a predetermined period of time. In some embodiments, in response to detecting an awake user state with both eyes closed over a predetermined period of time, followed by detection of a state in which both eyes are open (eg, immediately following both eyes closed) (Re) activation of a set of visual stimulus generators can occur.

本開示の多くの実施形態は、通常のデバイスまたはアプライアンスの動作中の、またはユーザーが寝ているまたは寝そうにしているときにおける継続的な、進行中の、または不要に持続しまたは長期の視覚刺激発生器の活性化を回避する(例えば、特定の覚醒したユーザーの目が閉じる挙動に関連する視覚刺激発生器の活性化指令が検出されない限り視覚刺激発生器は非活性化状態のままである)。結果として、本開示の実施形態により、ユーザーの注意散漫および/または視覚疲労を最小化またはなくすことができる。   Many embodiments of the present disclosure provide continuous, ongoing, or unnecessarily persistent or long-term vision during normal device or appliance operation or when the user is sleeping or about to sleep. Avoid activation of the stimulus generator (e.g., the visual stimulus generator remains inactive unless a visual stimulus generator activation command related to the behavior of a particular awake user's eyes closing is detected) ). As a result, embodiments of the present disclosure can minimize or eliminate user distraction and / or visual fatigue.

特定期間に亘る両目を閉じた状況の検知に応じたシステムの(再)活性化またはリセットの後、デバイス同定ユニットは、捕捉されたEEG信号を解析し、ここに記述した一つ以上の方法でユーザーが関心を持つ電気デバイスを同定することができる。システム制御および通信ユニットはマルチデバイスユニットへ適当な制御指令を発行することができ、これにより関心のある電気デバイスの動作状態を切り替えることができる。続いてシステム制御および通信ユニットは一式の視覚刺激発生器を休止またはオフ状態に遷移させることができ、これによりユーザーの視覚疲労を低減、最小化、またはなくすことができる。ある実施形態では、システムはさらに、両目を閉じたユーザーの休眠状態の検出に応じて一式の視覚刺激発生器を非活性状態に遷移させるかまたは一式の視覚刺激発生器を非活性状態のままにすることができる。   After (re) activation or resetting of the system in response to the detection of a situation where both eyes are closed for a specific period of time, the device identification unit analyzes the captured EEG signal in one or more of the ways described herein. The electrical device that the user is interested in can be identified. The system control and communication unit can issue appropriate control commands to the multi-device unit, thereby switching the operating state of the electrical device of interest. The system control and communication unit can then cause the set of visual stimulus generators to transition to a sleep or off state, thereby reducing, minimizing, or eliminating user visual fatigue. In some embodiments, the system further transitions the set of visual stimulus generators to an inactive state or leaves the set of visual stimulus generators in an inactive state in response to detecting a sleep state of a user with both eyes closed. can do.

本開示の実施形態は、どの視覚刺激発生器が視覚刺激発生器が駆動される提示周波数に関連付けられたSSVEP信号を発生させたかをEEGに基づいて判定することで、電気デバイスを活性化または非活性化するようになっている。また、本開示の多くの実施形態では、ユーザーが電気デバイスを自力で選択的に活性化または非活性化することができるようなシステム活性化処理が提供される。このため、本開示の実施形態は、身体が不自由であるまたは身体障害者のユーザーにとって特に役立つまたは有用であり得る。本開示の実施形態はまた、健常者にとっても役立つまたは便利であり得る。   Embodiments of the present disclosure activate or deactivate electrical devices by determining, based on EEG, which visual stimulus generator has generated an SSVEP signal associated with a presentation frequency at which the visual stimulus generator is driven. It comes to be activated. Also, many embodiments of the present disclosure provide a system activation process that allows a user to selectively activate or deactivate an electrical device on their own. Thus, embodiments of the present disclosure may be particularly useful or useful for users who are physically disabled or disabled. Embodiments of the present disclosure may also be useful or convenient for healthy individuals.

以下、図1から8を参照して、既存のSSVEPに基づくBCIシステムおよび技術に関連する一つ以上の上記問題に対処する本開示の実施形態を説明する。便宜のため、ここでの説明は主として電気デバイスまたはアプライアンスの制御システム、デバイス、および技術に向けられている。しかし、これは、ここで説明する動作、機能、または性能特性などの基本原理を必要とするまたは要求する他のアプリケーションから本開示の多くの実施形態を排除するものではない。   In the following, with reference to FIGS. 1-8, embodiments of the present disclosure will be described that address one or more of the above problems associated with existing SSVEP-based BCI systems and technologies. For convenience, the description herein is primarily directed to electrical device or appliance control systems, devices, and techniques. However, this does not exclude many embodiments of the present disclosure from other applications that require or require basic principles such as the operations, functions, or performance characteristics described herein.

以下の説明において、同様または類似の参照符号は同様または類似の要素を表す。さらに、特定の図面に示した特定の参照符号の説明は、そのような参照符号が示されている別の図面の同時検討を示唆し得る。さらに、ユニット、モジュール、および要素(エレメント)という用語は、ここに記載したさまざまな実施形態においてハードウェアおよびソフトウェアの一方または両方を含み得る。本開示において、一式(セット)という用語は、既知の数学定義に従って(例えば、Peter J. Eccles,"An Introduction to Mathematical Reasoning: Numbers, Sets, and Functions," CambridgeUniversity Press (1998)の"Chapter 11: Properties of Finite Sets"(例えば、p.140に示される)に記載されているような方法で)、少なくとも1のカーディナリティを数学的に表す非空有限の要素組織として定義される(つまり、ここで定義されるセットは一重項または一要素集合、または多重要素集合に相当し得る)。一般に、セットの要素は、デバイス、構造、信号、関数または関数処理、または検討中のセットのタイプに依存する値を含み得るまたはあり得る。   In the following description, similar or similar reference signs represent similar or similar elements. Further, the description of particular reference signs shown in particular drawings may suggest simultaneous examination of other drawings in which such reference signs are shown. In addition, the terms unit, module, and element may include one or both of hardware and software in the various embodiments described herein. In this disclosure, the term set is used according to known mathematical definitions (eg, Peter J. Eccles, “An Introduction to Mathematical Reasoning: Numbers, Sets, and Functions,” “Chapter 11: Properties of Finite Sets "(eg, as described in p. 140), defined as a non-empty finite elemental structure that mathematically represents at least one cardinality (ie The set defined may correspond to a singlet or a single element set, or a multiple element set). In general, the elements of a set may or may include values that depend on the device, structure, signal, function or function processing, or type of set under consideration.

代表的なシステムの特徴
図1は、本開示の実施形態に係るSSVEPに基づくアプライアンス制御システム10の概略図である。実施形態において、システム10は、複数の視覚刺激発生器20a−dと、EEG信号取得ユニット100と、システム制御および通信ユニット200と、デバイス同定ユニット300と、少なくとも電気デバイスまたはアプライアンス50a−dに動作電力を選択的に供給するマルチデバイス電源インタフェースユニット400のようなマルチデバイスインタフェースユニットとを備えている。
Exemplary System Features FIG. 1 is a schematic diagram of an appliance control system 10 based on SSVEP according to an embodiment of the present disclosure. In an embodiment, the system 10 operates on a plurality of visual stimulus generators 20a-d, an EEG signal acquisition unit 100, a system control and communication unit 200, a device identification unit 300, and at least an electrical device or appliance 50a-d. And a multi-device interface unit such as a multi-device power supply interface unit 400 that selectively supplies power.

多くの実施形態では、EEG信号取得ユニット100、システム制御および通信ユニット200、デバイス同定ユニット300、およびマルチデバイス電源インタフェースユニット400は、例えば、幹線、家庭用、または線路電源に接続された一つ以上の電気コンセントを介して主または一次電源80に接続され得る。視覚刺激発生器20a−d、EEG信号取得ユニット100、およびデバイス同定ユニット300は、後述するようにシステム制御および通信ユニット200に接続され得る。さらに、マルチデバイス電源インタフェースユニット400はシステム制御および通信ユニット200と無線または有線通信することができる。   In many embodiments, the EEG signal acquisition unit 100, the system control and communication unit 200, the device identification unit 300, and the multi-device power interface unit 400 are, for example, one or more connected to a trunk, home, or line power source. Can be connected to the main or primary power supply 80 via an electrical outlet. The visual stimulus generators 20a-d, the EEG signal acquisition unit 100, and the device identification unit 300 may be connected to the system control and communication unit 200 as described below. Further, the multi-device power supply interface unit 400 can perform wireless or wired communication with the system control and communication unit 200.

マルチデバイス電源インタフェースユニット400は、制御モジュール410と、各電気デバイスまたはアプライアンス50a−dに接続され得る電気コンセントのような複数の電源インタフェース420a−dと、システム制御および通信ユニット200からの指令またはデバイス制御命令を受信する通信モジュール450と、後述するようにそのような指令に応じて特定の電源インタフェース420a−dに選択的に電力を供給する中継モジュール460とを備えている。   The multi-device power interface unit 400 includes a control module 410, a plurality of power interfaces 420a-d, such as electrical outlets that can be connected to each electrical device or appliance 50a-d, and commands or devices from the system control and communication unit 200. A communication module 450 that receives a control command and a relay module 460 that selectively supplies power to specific power supply interfaces 420a-d in response to such a command, as will be described later, are provided.

各視覚刺激発生器20a−dは、視覚刺激または光学信号を供給、出力、表示、または提示する。多くの実施形態では、視覚刺激発生器20a−dの少なくとも一つはLED列を有し、実施例では当該LED列は少なくとも一つの中心波長の光を出力する3×4またはその他のサイズのLEDの列である。さらにまたは代替的には、視覚刺激発生器20a−dはフラットパネルディスプレイ画面の一部のような別のタイプのデバイスであり得る。   Each visual stimulus generator 20a-d provides, outputs, displays or presents visual stimuli or optical signals. In many embodiments, at least one of the visual stimulus generators 20a-d has an LED string, and in the example, the LED string is a 3x4 or other size LED that outputs light of at least one central wavelength. It is a column. Additionally or alternatively, the visual stimulus generators 20a-d may be another type of device, such as a portion of a flat panel display screen.

視覚刺激発生器20a−dはシステム制御および通信ユニット200により選択的に使用可能化、制御、または駆動され得る。多くの実施形態では、システム制御および通信ユニット200は、各活性状態の視覚刺激発生器20a−dが視覚刺激発生器20a−dどうしが区別されるまたは区別され得るような視覚刺激を出力することができるように、一式の視覚刺激発生器20a−dを選択的に駆動または信号供給する。例えば、システム制御および通信ユニット200は、固有または弁別的な提示パターンに従って各視覚刺激発生器20a−dを駆動することができる。多くの実施形態では、提示パターンは、特定の視覚刺激発生器20a−dが固有または弁別的な提示周波数で視覚刺激を出力するような時間的パターンであり得る。ある実施形態では、提示パターンは、さらにまたは代替的に空間パターンおよび/または光学波長交代または変調方式を含み得る。   Visual stimulus generators 20a-d may be selectively enabled, controlled, or driven by system control and communication unit 200. In many embodiments, the system control and communication unit 200 outputs visual stimuli such that each active visual stimulus generator 20a-d distinguishes or can distinguish between visual stimulus generators 20a-d. A set of visual stimulus generators 20a-d are selectively driven or signaled. For example, the system control and communication unit 200 can drive each visual stimulus generator 20a-d according to a unique or discriminative presentation pattern. In many embodiments, the presentation pattern may be a temporal pattern such that a particular visual stimulus generator 20a-d outputs a visual stimulus at a unique or distinct presentation frequency. In certain embodiments, the presentation pattern may additionally or alternatively include a spatial pattern and / or an optical wavelength alternation or modulation scheme.

視覚刺激発生器20a−dは、マルチデバイス電源インタフェースユニット400に接続された各電気デバイス50a−dと関連し得る。多くの実施形態では、システム制御および通信ユニット200および/またはデバイス同定ユニット300は、特定の視覚刺激発生器20a−dおよび/または電気デバイス50a−dとマルチデバイス電源インタフェースユニット400により与えられる特定の電源インタフェース420a−dとの間の関連付け、関係、またはマッピングを設定することができる。その結果、特定の電源インタフェース420a−dに接続された特定の電気デバイスまたはアプライアンス50a−dは特定の視覚刺激発生器20a−dに関連付けられる。   Visual stimulus generators 20a-d may be associated with each electrical device 50a-d connected to multi-device power interface unit 400. In many embodiments, the system control and communication unit 200 and / or the device identification unit 300 may be a specific visual stimulus generator 20a-d and / or an electrical device 50a-d and a specific device provided by the multi-device power interface unit 400. Associations, relationships, or mappings with the power supply interfaces 420a-d can be set. As a result, a particular electrical device or appliance 50a-d connected to a particular power interface 420a-d is associated with a particular visual stimulus generator 20a-d.

例えば、適当な視覚刺激発生器IDを適当な電気デバイスIDまたは適当な電源インタフェースIDに関連付けることにより、特定の視覚刺激発生器20a−dと特定の電気デバイス50a−dまたは特定の電源インタフェース420a−dとの間の関係を設定することができる。そのようなIDは関連するメモリアドレスに(例えば、データ構造に)格納することができる。第1から第4の電気デバイス50a−dがテレビ50a、扇風機50b、ステレオシステム50c、および照明50dであるような実施例では、第1の視覚刺激発生器20aはテレビ50aに関連付けられ、第2の視覚刺激発生器20bは扇風機50bに関連付けられ、第3の視覚刺激発生器20cはステレオシステム50cに関連付けられ、第4の視覚刺激発生器20dは照明50dに関連付けられる。   For example, by associating an appropriate visual stimulus generator ID with an appropriate electrical device ID or an appropriate power interface ID, a specific visual stimulus generator 20a-d and a specific electrical device 50a-d or a specific power interface 420a- A relationship with d can be set. Such an ID can be stored at an associated memory address (eg, in a data structure). In embodiments where the first through fourth electrical devices 50a-d are the television 50a, the electric fan 50b, the stereo system 50c, and the lighting 50d, the first visual stimulus generator 20a is associated with the television 50a, and the second The visual stimulus generator 20b is associated with the electric fan 50b, the third visual stimulus generator 20c is associated with the stereo system 50c, and the fourth visual stimulus generator 20d is associated with the illumination 50d.

特定の視覚刺激発生器20a−dと特定の電気デバイス50a−dとの間の視覚的または概念的関連付けは、電気デバイス50a−dに対する視覚刺激発生器の場所または位置によりユーザーに自然に伝わる。より詳細には、視覚刺激発生器20a−dは、視覚刺激発生器20a−dを電気デバイス50a−d上に、または隣りに、または近くに設置または配置することより、特定の電気デバイス50a−dに概念的または視覚的に関連付けすることができる。この結果、ユーザーが視覚刺激発生器20a−dを注視したとき、特定の視覚刺激発生器20a−dおよびそれに関連する電気デバイス50a−dの両者がユーザーの視野に入る。別の実施形態では、電気デバイス50a−dに対する視覚刺激発生器の位置により特定の視覚刺激発生器20a−dを特定の電気デバイス50a−dに関連付ける必要はなく、むしろ、そのような概念的な関連付けはユーザーが学習または記憶することができる。   The visual or conceptual association between a particular visual stimulus generator 20a-d and a particular electrical device 50a-d is naturally communicated to the user depending on the location or position of the visual stimulus generator relative to the electrical device 50a-d. More specifically, the visual stimulus generators 20a-d may install or place the visual stimulus generators 20a-d on, next to, or close to the particular electrical device 50a-d. d can be related conceptually or visually. As a result, when the user gazes at the visual stimulus generator 20a-d, both the specific visual stimulus generator 20a-d and its associated electrical device 50a-d enter the user's field of view. In another embodiment, it is not necessary to associate a particular visual stimulus generator 20a-d with a particular electrical device 50a-d by the position of the visual stimulus generator relative to the electrical device 50a-d; rather, such conceptual The association can be learned or memorized by the user.

多くの実施形態では、各視覚刺激発生器20a−dは、関連する固有または弁別的なSSVEP生成周波数および/またはユーザーの脳の一部におけるSSVEP生成パターンを引き起こすまたは生じさせる、区別されるまたは区別され得る提示周波数または周期に従って視覚的または光学的刺激または信号を出力する。実施例では、第1の視覚刺激発生器20aはおよそ6Hzの提示周波数で光学信号を出力するように駆動され、第2の視覚刺激発生器20bはおよそ7Hzの提示周波数で光学信号を出力するように駆動され、第3の視覚刺激発生器20cはおよそ8Hzの提示周波数で光学信号を出力するように駆動され、第4の視覚刺激発生器20dはおよそ13Hzの提示周波数で光学信号を出力するように駆動される。   In many embodiments, each visual stimulus generator 20a-d is distinct or distinct that causes or causes an associated unique or distinct SSVEP generation frequency and / or SSVEP generation pattern in a portion of the user's brain. Output visual or optical stimuli or signals according to the presentation frequency or period that can be done. In an embodiment, the first visual stimulus generator 20a is driven to output an optical signal at a presentation frequency of approximately 6 Hz, and the second visual stimulus generator 20b is configured to output an optical signal at a presentation frequency of approximately 7 Hz. The third visual stimulus generator 20c is driven to output an optical signal at a presentation frequency of approximately 8 Hz, and the fourth visual stimulus generator 20d is configured to output an optical signal at a presentation frequency of approximately 13 Hz. Driven by.

ユーザーが活性状態の特定の視覚刺激発生器20a−dを注視すると、その視覚刺激発生器により出力される光学信号は、視覚刺激発生器20a−dが駆動される提示周波数に関連する基本周波数および一式の高調波倍数を含むパワースペクトルを有するSSVEP信号を引き起こし得る。したがって、特定の視覚刺激発生器20a−dは、視覚刺激発生器20a−dが駆動される提示周波数に相関するようにSSVEPを誘発し得る。   When the user gazes at a particular active visual stimulus generator 20a-d, the optical signal output by that visual stimulus generator is the fundamental frequency associated with the presentation frequency at which the visual stimulus generator 20a-d is driven and An SSVEP signal having a power spectrum including a set of harmonic multiples may be generated. Thus, a particular visual stimulus generator 20a-d may trigger SSVEP to correlate with the presentation frequency at which the visual stimulus generator 20a-d is driven.

EEG信号取得ユニット100は、SSVEP信号に関連するEEG信号を検知する。ある実施形態では、EEG信号取得ユニット100は、複数の電極120a−dからEEG信号を受信する信号増幅ユニット110を備えている。電極120a−dはユーザー装着型ヘッドギア130により運ぶことができ、または電極120a−dはユーザーの頭皮により直接配置することができる。詳細には、電極120a−dは湿式電極または乾式電極であり得る。例えば、電極120a−dは湿式電極または乾式電極であり得る。電極120a−dは、国際EEG10−20モンタージュにより定義された特定の頭皮位置に関連するであろう所定位置にヘッドギア130により運ばれ、または支持され、または搭載され得る。   The EEG signal acquisition unit 100 detects an EEG signal related to the SSVEP signal. In one embodiment, the EEG signal acquisition unit 100 includes a signal amplification unit 110 that receives EEG signals from the plurality of electrodes 120a-d. Electrodes 120a-d can be carried by user wearable headgear 130, or electrodes 120a-d can be placed directly by the user's scalp. Specifically, the electrodes 120a-d can be wet electrodes or dry electrodes. For example, the electrodes 120a-d can be wet electrodes or dry electrodes. Electrodes 120a-d may be carried, supported or mounted by headgear 130 in place that would be associated with a particular scalp position defined by the International EEG 10-20 montage.

図2は、本開示の実施形態に係るEEG10−20モンタージュ規格に関連する電極構成の概略図である。ある実施形態では、第1および第2の電極120a,bは、視覚野の部分に関連する後頭部頭皮位置であるO1およびO2に関連するまたは関連するであろう位置にヘッドギア130により運ばれる。第3の電極120cはFzに関連するであろう位置にヘッドギア130により運ばれ、第4の電極120dはCzに関連するであろう位置にヘッドギア130により運ばれる。後述するように、ある実施形態では、O1,O2,およびFzに配置された電極120a−cを有する電極構造によりEEG情報を補足することで、ユーザーが制御しようとする特定の電気デバイス50a−dの同定を、信頼性があり、正確で、計算効率のよいものにすることができる。   FIG. 2 is a schematic diagram of an electrode configuration related to the EEG 10-20 montage standard according to an embodiment of the present disclosure. In one embodiment, the first and second electrodes 120a, b are carried by the headgear 130 to a position associated with or likely to be associated with the occipital scalp positions O1 and O2 associated with portions of the visual cortex. The third electrode 120c is carried by the headgear 130 to a position that would be related to Fz, and the fourth electrode 120d is carried by the headgear 130 to a position that would be related to Cz. As described below, in one embodiment, the particular electrical device 50a-d that the user wishes to control by supplementing the EEG information with an electrode structure having electrodes 120a-c disposed at O1, O2, and Fz. Can be made reliable, accurate and computationally efficient.

ある実施形態では、最大数の電極120a−dがいつでもEEG信号を検出する。例えば、この最大数の電極120a−dは3つ(例えば、O1およびO2の少なくとも一つとFzおよびCzとに関連するEEG信号の捕捉に関連する)または4つ(例えば、O1,O2,Fz,およびCzのそれぞれに関連するEEG信号の捕捉に関連する)である。別の実施形態では、3つまたは4つよりも多い電極120a−dによりEEG信号を捕捉することができる。   In some embodiments, the maximum number of electrodes 120a-d detects an EEG signal at any time. For example, this maximum number of electrodes 120a-d can be three (eg, associated with capturing EEG signals associated with at least one of O1 and O2 and Fz and Cz) or four (eg, O1, O2, Fz, And Ez signal acquisition associated with each of Cz). In another embodiment, EEG signals can be captured by three or more than four electrodes 120a-d.

図1に戻り、信号増幅ユニット110は各電極120a−dに接続され、それから関連するEEG信号を受信する。信号増幅ユニット110は、増幅され、場合によりフィルタリング(例えば、50Hzのノッチフィルタ、および場合により5−30Hzのバンドパスフィルタ)され、さもなくば処理されたEEG信号をシステム制御および通信ユニット200に供給する。ある実施形態では、信号増幅ユニット110は第1のEEG信号および第2のEEG信号をシステム制御および通信ユニット200に供給する。第1のEEG信号は第1および第3の電極120a,c間の信号差により定義され、第2のEEG信号は第2のおよび第3の電極120b、c間の信号差により定義される。すなわち、信号増幅ユニット110は二つのチャンネルにEEG信号を出力する。第1のチャンネルはO1−Fzにより定義されるEEG信号を伝送し、第2のチャンネルはO2−Fzにより定義されるEEG信号を伝送する。信号増幅ユニット110は、Czに関連する第4の電極120dにより供給される信号を基準信号として使用することができる。   Returning to FIG. 1, a signal amplification unit 110 is connected to each electrode 120a-d and then receives an associated EEG signal. The signal amplifying unit 110 provides the amplified and optionally filtered (eg, 50 Hz notch filter, and optionally 5-30 Hz bandpass filter) or otherwise processed EEG signal to the system control and communication unit 200. To do. In some embodiments, the signal amplification unit 110 provides a first EEG signal and a second EEG signal to the system control and communication unit 200. The first EEG signal is defined by the signal difference between the first and third electrodes 120a, c, and the second EEG signal is defined by the signal difference between the second and third electrodes 120b, c. That is, the signal amplification unit 110 outputs EEG signals to the two channels. The first channel transmits an EEG signal defined by O1-Fz, and the second channel transmits an EEG signal defined by O2-Fz. The signal amplification unit 110 can use the signal supplied by the fourth electrode 120d related to Cz as a reference signal.

視覚刺激発生器20a−dが活性化しているとき、システム制御および通信ユニット200は信号増幅ユニット110から受信したEEG信号に関連するデジタルEEGデータを捕捉またはサンプリングする。システム制御および通信ユニット200は、a)第1のEEG信号を信号差O1−Fzに関連する第1のEEGデータとして、b)第2のEEG信号を信号差O2−Fzに関連する第2のEEGデータとして、保存することができる。システム制御および通信ユニット200はそのようなEEGデータを解析のためにデバイス同定ユニット300に送信する。   When the visual stimulus generators 20a-d are activated, the system control and communication unit 200 captures or samples digital EEG data associated with the EEG signal received from the signal amplification unit 110. The system control and communication unit 200 may use a) a first EEG signal as first EEG data related to the signal difference O1-Fz, and b) a second EEG signal related to the signal difference O2-Fz. It can be saved as EEG data. The system control and communication unit 200 sends such EEG data to the device identification unit 300 for analysis.

デバイス同定ユニット300は、システム制御および通信ユニット200により捕捉されたEEGデータを受信し、獲得し、または取得し、視覚刺激発生器および/またはデバイス同定動作に応じてそのようなデータの特徴を解析または特徴化する。多くの実施形態では、デバイス同定ユニット300はEEGパワースペクトルに関連するデータを解析する。例えば、デバイス同定ユニット300はパワースペクトル密度データを生成し、そのようなデータに特定の操作をして、後述するようにパワースペクトル密度データを引き起こした視覚刺激発生器20a−dをリアルタイムまたはほぼリアルタイムで判定または同定することができる。   The device identification unit 300 receives, acquires, or acquires EEG data captured by the system control and communication unit 200, and analyzes the characteristics of such data in response to a visual stimulus generator and / or device identification operation. Or characterize. In many embodiments, device identification unit 300 analyzes data associated with the EEG power spectrum. For example, the device identification unit 300 generates power spectral density data and performs specific operations on such data to cause the visual stimulus generators 20a-d that caused the power spectral density data to be real-time or near real-time, as described below. Can be determined or identified.

リアルタイムまたはほぼリアルタイムのデバイス同定動作に先だって、システム10は、ユーザーからの一つ以上のタイプの基準EEGデータの捕捉および解析を含む校正動作を行う。校正動作は、ユーザーが視覚刺激発生器の提示周波数に関連するまたは関連付けられる視覚刺激のない周囲環境の一部に視野を向けているときに両目が開いた基準EEGデータを捕捉する両目開眼校正動作を含む。より詳細には、両目が開いた基準EEGデータは、ユーザーが基準環境、景色、または画像を注視しているときに捕捉することができる。基準環境または景色は、視覚刺激発生器の提示周波数またはそれら提示周波数の高調波周波数またはそれに近い周波数で視覚刺激を提供する光学信号源がないまたは排除された周囲環境の一部であり得る。例えば、ユーザーが周囲照明下で標準環境を見ており、ユーザーの視界内または近傍のどの視覚刺激発生器20a−dおよび関連する電気デバイス50a−dもオフ状態にあるときに、両目が開いた基準EEGデータを捕捉することができる。ある実施形態では、同一または実質的に同一の配色で、広域スペクトルの光学信号源で均一にまたは実質的に均一に照明された壁(例えば、普通の室内照明で照明された白い壁)のような中性の基準の景色をユーザーが見ているときに、両目が開いた基準EEGデータを捕捉することができる。   Prior to a real-time or near real-time device identification operation, the system 10 performs a calibration operation that includes capturing and analyzing one or more types of reference EEG data from the user. The calibration operation is a binocular open eye calibration operation that captures the reference EEG data when both eyes are open when the user is looking at a part of the surrounding environment without or associated with the visual stimulus generator presentation frequency. including. More specifically, reference EEG data with both eyes open can be captured when the user is gazing at the reference environment, landscape, or image. The reference environment or scene may be part of an ambient environment that lacks or has no optical signal source providing visual stimuli at or near the presentation frequencies of the visual stimulus generators or their higher harmonic frequencies. For example, both eyes are open when the user is viewing a standard environment under ambient lighting and any visual stimulus generator 20a-d and associated electrical device 50a-d in or near the user's field of view is in an off state. Reference EEG data can be captured. In some embodiments, such as a wall that is illuminated uniformly or substantially uniformly with a broad spectrum optical signal source in the same or substantially the same color scheme (eg, a white wall illuminated with normal room lighting). Reference EEG data with both eyes open can be captured when the user is looking at a neutral neutral landscape.

さらに、校正動作は、ユーザーが両目を閉じた状態を所定時間維持しているときに両目が閉じた基準EEGデータを捕捉する両目閉眼校正動作を含み得る。多くの実施形態では、校正動作の一部として、デバイス同定ユニット300は、基準パワースペクトル密度データ、一式の基準パラメータまたは値、および閾パラメータまたは値を生成して、a)ユーザーが注視していた視覚刺激発生器20a−dをリアルタイムまたはほぼリアルタイムで同定することができ、b)後述するように、視覚刺激発生器20a−dによる視覚刺激提示を自力で自動的に活性化または非活性化させることができる。   Further, the calibration operation may include a both-eye closed eye calibration operation that captures reference EEG data in which both eyes are closed when the user holds the eyes closed for a predetermined time. In many embodiments, as part of the calibration operation, the device identification unit 300 generates reference power spectral density data, a set of reference parameters or values, and threshold parameters or values, a) being watched by the user The visual stimulus generators 20a-d can be identified in real time or near real time, and b) automatically activate or deactivate the visual stimulus presentation by the visual stimulus generators 20a-d by itself as described below. be able to.

代表的なシステム制御および通信ユニットの特徴
図3は、本開示の実施形態に係るシステム制御および通信ユニット200のブロック図である。実施形態において、システム制御および通信ユニット200は、制御器210と、データ取得またはサンプリングユニット220と、メモリ225と、第1の通信モジュール230と、一式の視覚刺激ドライバ240と、第2の通信モジュール250とを備えている。ある実施形態はさらに中継器255を備えている。システム制御および通信ユニット200の特定の要素は、データバス290および/または制御バス292などの一式の共有または共通の信号経路により接続されてデータおよび/または信号を伝送できるようになっている。
Exemplary System Control and Communication Unit Features FIG. 3 is a block diagram of a system control and communication unit 200 according to an embodiment of the present disclosure. In an embodiment, the system control and communication unit 200 includes a controller 210, a data acquisition or sampling unit 220, a memory 225, a first communication module 230, a set of visual stimulus drivers 240, and a second communication module. 250. Certain embodiments further include a repeater 255. Certain elements of system control and communication unit 200 are connected by a set of shared or common signal paths, such as data bus 290 and / or control bus 292, to transmit data and / or signals.

制御器210は、マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサの一部のような命令プロセッサを含み得る。制御器210は、本開示の実施形態に従ったSSVEPに基づく電気デバイス制御処理の一部を定義および/または実施するプログラム命令列に従って動作することができる。そのようなプログラム命令はメモリ225に存在する。   The controller 210 may include an instruction processor such as a microcontroller or part of a microprocessor. The controller 210 may operate according to a program instruction sequence that defines and / or implements part of an SSVEP-based electrical device control process according to an embodiment of the present disclosure. Such program instructions reside in memory 225.

データ取得ユニット220は信号増幅ユニット110から受信したEEG信号をサンプリングし、サンプリングデータをメモリ225に保存する。ある実施形態では、データ取得ユニット220はマイクロコントローラにより与えられるオンチップ要素であり得る。メモリ225は、バッファ、ランダムアクセスメモリ(RAM)、およびリードオンリーメモリ(ROM)のような一つ以上の揮発性および/または不揮発性データ格納要素を含み得る。マイクロコントローラに基づいた実施形態では、メモリ225はオンチップメモリおよび/またはオフチップメモリを含み得る。   The data acquisition unit 220 samples the EEG signal received from the signal amplification unit 110 and stores the sampling data in the memory 225. In some embodiments, the data acquisition unit 220 can be an on-chip element provided by a microcontroller. The memory 225 may include one or more volatile and / or nonvolatile data storage elements such as buffers, random access memory (RAM), and read only memory (ROM). In a microcontroller based embodiment, the memory 225 may include on-chip memory and / or off-chip memory.

第1の通信モジュール230はデバイス同定ユニット300とデータ転送する。より詳細には、第1の通信モジュール230はサンプリングされたEEGEEGデータをデバイス同定ユニット300へ送信する。第1の通信モジュール230は、さらに電源インタフェースID、視覚刺激発生器ID、および/または電気デバイスまたはアプライアンスIDなどのデータをデバイス同定ユニット300から受信することができる。概して、第1の通信モジュール230は、シリアルインタフェース(例えば、RS−232またはユニバーサルシリアルバス(USB)インタフェース)などの標準的なデータ転送インタフェースを含み得る。   The first communication module 230 transfers data with the device identification unit 300. More specifically, the first communication module 230 sends the sampled EEGEEEG data to the device identification unit 300. The first communication module 230 may further receive data from the device identification unit 300, such as a power interface ID, a visual stimulus generator ID, and / or an electrical device or appliance ID. In general, the first communication module 230 may include a standard data transfer interface, such as a serial interface (eg, an RS-232 or universal serial bus (USB) interface).

第2の通信モジュール250はマルチデバイス電源インタフェースユニット400と選択的に通信する。例えば、第2の通信モジュール250は電源インタフェースIDまたは電気デバイスIDをマルチデバイス電源インタフェースユニット400へ送信することができる。多くの実施形態では、第2の通信モジュール250無線信号通信を行う。第2の通信モジュール250は中継器255に接続可能である。マルチデバイス電源インタフェースユニット400への信号伝送が必要な場合、制御器210は選択的に中継器255を活性化して第2の通信モジュール250に電力を供給することができる。   The second communication module 250 selectively communicates with the multi-device power interface unit 400. For example, the second communication module 250 can transmit a power interface ID or an electrical device ID to the multi-device power interface unit 400. In many embodiments, the second communication module 250 performs wireless signal communication. The second communication module 250 can be connected to the repeater 255. When signal transmission to the multi-device power supply interface unit 400 is necessary, the controller 210 can selectively activate the repeater 255 to supply power to the second communication module 250.

最後に、一式の視覚刺激ドライバ240は視覚刺激発生器20a−dに選択的に一式のドライブ信号を供給する。実施例では、一式のドライブ信号は矩形波信号を含み得る。所定の矩形波信号はLED列のような関連する視覚刺激発生器20a−dを駆動することができる。   Finally, the set of visual stimulus drivers 240 selectively provides a set of drive signals to the visual stimulus generators 20a-d. In an embodiment, the set of drive signals may include a square wave signal. The predetermined square wave signal can drive an associated visual stimulus generator 20a-d, such as an LED string.

代表的なデバイス同定ユニットの特徴
図4は、本開示の実施形態に係るデバイス同定ユニット300のブロック図である。実施形態において、デバイス同定ユニット300は、処理ユニット302と、少なくとも一つのデータ格納ユニット304と、表示デバイス308に接続されたグラフィックユニット306と、一式の入力デバイス312に接続されたI/Oユニット310と、メモリ320とを備えている。ある実施形態では、デバイス同定ユニット300は、さらに、ローカルエリアネットワーク(LAN)、ワイドエリアネットワーク(WAN)、またはインターネット316のようなネットワークに接続され得るネットワークインタフェースユニット314を備えている。デバイス同定ユニット300の要素は共通の一式のバス390により接続され得る。
Exemplary Device Identification Unit Features FIG. 4 is a block diagram of a device identification unit 300 according to an embodiment of the present disclosure. In an embodiment, the device identification unit 300 includes a processing unit 302, at least one data storage unit 304, a graphics unit 306 connected to a display device 308, and an I / O unit 310 connected to a set of input devices 312. And a memory 320. In some embodiments, the device identification unit 300 further comprises a network interface unit 314 that may be connected to a network such as a local area network (LAN), a wide area network (WAN), or the Internet 316. The elements of device identification unit 300 may be connected by a common set of buses 390.

処理ユニット302は、格納されたプログラム命令列を実行する命令プロセッサを含み得る。I/Oユニット310は、システム制御および通信ユニット200を含むデータ転送を可能にするシリアルインタフェース(例えば、RS−232および/またはUSBインタフェース)などの一つ以上のタイプのI/Oインタフェースを含み得る。例えば、I/Oユニット310はシステム制御および通信ユニット200からサンプリングされたEEGデータを受信し、そのデータをメモリ320に保存することができる。I/Oユニット310は、さらに、一つ以上のコンピュータマウス、キーボード、タッチ画面、および/または他のタイプのユーザー入力インタフェースを含み得る一式の入力デバイス312から入力を受信する。表示デバイス308はコンピュータモニターを含み得る。データ格納ユニット304は、ハードディスクドライブおよび/または固定のまたはリムーバブルのコンピュータ読み取り可能媒体によりプログラム命令列またはデータを読み書きする他のタイプのデバイスを含み得る。   The processing unit 302 may include an instruction processor that executes a stored program instruction sequence. The I / O unit 310 may include one or more types of I / O interfaces, such as a serial interface (eg, RS-232 and / or USB interface) that enables data transfer including system control and communication unit 200. . For example, the I / O unit 310 can receive sampled EEG data from the system control and communication unit 200 and store the data in the memory 320. The I / O unit 310 further receives input from a set of input devices 312 that may include one or more computer mice, keyboards, touch screens, and / or other types of user input interfaces. Display device 308 may include a computer monitor. Data storage unit 304 may include hard disk drives and / or other types of devices that read and write program instruction sequences or data by way of fixed or removable computer-readable media.

メモリ320は、揮発性(例えば、RAM)および/または不揮発性(例えば、ROM)メモリのような一つ以上のタイプのコンピュータ読み取り可能媒体を含み得る。そのような媒体には、オペレーティングシステム322(例えば、マイクロソフトウィンドウズ(登録商標)ベースのオペレーティングシステム)、機器構成モジュール330、校正モジュール332、ユーザー状態検出モジュール334、デバイス同定モジュール336、EEG信号解析ライブラリ338、機器構成メモリ340、サンプリングデータメモリ342、および同定メモリ344が存在する。多くの実施形態では、機器構成モジュール330、校正モジュール332、ユーザー状態検出モジュール334、デバイス同定モジュール336、およびEEG信号解析ライブラリ338は、本開示の実施形態に従ったSSVEPベースのデバイス制御処理の一部を可能にする、定義するおよび/または実施するプログラム命令列を含む。機器構成メモリ340は、特定の視覚刺激発生器20a−dと特定の電気デバイス50a−dおよび/または電源インタフェース420a−dとの間の関連または関係を定義するまたは示すデータを含み得る機器構成データを保持し得る。機器構成メモリ340は、さらに、サンプリングレートおよびデバイス同定動作において考慮すべきサンプル数などのEEGデータ解析パラメータを含み得る。サンプリングデータメモリ342はデータ取得ユニット220から受信したサンプリングされたEEGデータを格納することができ、同定メモリ344は、本開示の実施形態に従った電気デバイス50a−dの同定および制御のための処理データを格納することができる。そのような処理データは、例えば、後述するパワースペクトルデータに相当し得る。機器構成モジュール330、校正モジュール332、ユーザー状態検出モジュール334、およびデバイス同定モジュール336の一つ以上は、機器構成メモリ340、サンプリングデータメモリ342、同定メモリ344、および/またはEEG信号解析ライブラリ338の一つ以上にアクセスして本開示の特徴に従ったSSVEPに基づく電気デバイス制御動作を円滑化することができる。   The memory 320 may include one or more types of computer readable media such as volatile (eg, RAM) and / or non-volatile (eg, ROM) memory. Such media include an operating system 322 (eg, Microsoft Windows®-based operating system), device configuration module 330, calibration module 332, user status detection module 334, device identification module 336, EEG signal analysis library 338. , A device configuration memory 340, a sampling data memory 342, and an identification memory 344 exist. In many embodiments, the instrument configuration module 330, the calibration module 332, the user condition detection module 334, the device identification module 336, and the EEG signal analysis library 338 are part of an SSVEP-based device control process according to embodiments of the present disclosure. Includes a sequence of program instructions that enable, define and / or implement a section. The instrument configuration memory 340 may include instrument configuration data that may define or indicate an association or relationship between a particular visual stimulus generator 20a-d and a particular electrical device 50a-d and / or power interface 420a-d. Can hold. The instrument configuration memory 340 may further include EEG data analysis parameters such as sampling rate and number of samples to consider in device identification operations. The sampling data memory 342 can store sampled EEG data received from the data acquisition unit 220, and the identification memory 344 is a process for identification and control of the electrical devices 50a-d according to embodiments of the present disclosure. Data can be stored. Such processing data may correspond to, for example, power spectrum data described later. One or more of the device configuration module 330, the calibration module 332, the user status detection module 334, and the device identification module 336 may be part of the device configuration memory 340, the sampling data memory 342, the identification memory 344, and / or the EEG signal analysis library 338. One or more can be accessed to facilitate electrical device control operations based on SSVEP in accordance with features of the present disclosure.

実施例では、デバイス同定ユニット300はデスクトップまたはラップトップコンピュータシステムなどのパーソナルコンピュータを含む。機器構成モジュール330、校正モジュール332、ユーザー状態検出モジュール334、デバイス同定モジュール336、およびEEG信号解析ライブラリ338の一つ以上の部分は、LabVIEW(www.ni.com/labview/, National Instruments Corporation, Austin, TX USA)などの視覚プログラミング、計測、データ解析、テスト、および/または制御環境によってまたは関連して実施することができる。さらにまたは代替的に、そのようなモジュール330−338の一つ以上の部分は、C,C++,C#,またはJavaなどのプログラミング言語に従って記述されたプログラム命令列により実施することができる。   In an embodiment, device identification unit 300 includes a personal computer such as a desktop or laptop computer system. One or more portions of the instrument configuration module 330, the calibration module 332, the user state detection module 334, the device identification module 336, and the EEG signal analysis library 338 are LabVIEW (www.ni.com/labview/, National Instruments Corporation, Austin) , TX USA), etc., or can be performed by or in conjunction with a visual programming, measurement, data analysis, testing, and / or control environment. Additionally or alternatively, one or more portions of such modules 330-338 can be implemented by a sequence of program instructions written according to a programming language such as C, C ++, C #, or Java.

代表的なSSVEPに基づくデバイス制御処理の特徴
概して、本開示に従ったSSVEPに基づくデバイス制御処理は、システム構成処理と、校正処理と、ユーザー状態検出処理と、デバイス同定処理とを備えている。そのような処理の一部は、機器構成モジュール330、校正モジュール332、ユーザー状態検出モジュール334、およびデバイス同定モジュール336に関連するプログラム命令実行に関連してそれぞれ生じる。多くの実施形態では、EEG信号解析ライブラリ338は、SSVEPに基づくデバイス制御処理の部分的に校正モジュール332、ユーザー状態検出モジュール334、および/またはデバイス同定モジュール336がアクセスし、呼び出し、または起動することができる標準および/またはカスタマイズされたEEG信号解析ルーチンまたは関数(例えば、標準信号解析ルーチン、関数、または操作に基づくもの)に関するプログラム命令列を有する。以下、実施形態に係るSSVEPに基づくデバイス制御処理の特徴について詳細に説明する。
Characteristics of Exemplary SSVEP-Based Device Control Process In general, the SSVEP-based device control process according to the present disclosure includes a system configuration process, a calibration process, a user status detection process, and a device identification process. Some of such processing occurs in connection with execution of program instructions associated with the instrument configuration module 330, calibration module 332, user state detection module 334, and device identification module 336, respectively. In many embodiments, the EEG signal analysis library 338 is accessed, invoked, or activated by the calibration module 332, the user state detection module 334, and / or the device identification module 336 in part of the SSVEP-based device control process. A program instruction sequence for standard and / or customized EEG signal analysis routines or functions (eg, based on standard signal analysis routines, functions, or operations). Hereinafter, features of device control processing based on SSVEP according to the embodiment will be described in detail.

代表的なシステム構成およびデバイス関連付け処理の特徴
多くの実施形態では、システム構成またはセットアップ動作は、視覚刺激発生器20a−dと電気デバイス50a−dおよび/または電気デバイス50a−dが接続される電源インタフェース420a−dとの間の一つ以上の関連または関係を設定することを含み得る。システム構成またはセットアップ動作は、さらに、EEGデータ獲得パラメータ、例えば、サンプリングレートおよび/またはデバイス同定のために考慮すべきサンプル数(またはそれに応じて考慮すべき期間)を定義または特定することを含む。上述したように、システム構成動作はGUIにより実施され得る。
Exemplary System Configuration and Device Association Processing Features In many embodiments, the system configuration or set-up operation includes a power source to which visual stimulus generators 20a-d and electrical devices 50a-d and / or electrical devices 50a-d are connected. Setting up one or more associations or relationships with the interfaces 420a-d may be included. The system configuration or set-up operation further includes defining or identifying EEG data acquisition parameters, eg, sampling rate and / or number of samples to be considered for device identification (or time period to be considered accordingly). As described above, the system configuration operation can be performed by the GUI.

図5は、本開示の実施形態に係る代表的な機器構成GUI500の概略図である。実施形態において、機器構成GUI500は、ユーザー入力に応じて機器構成データまたはパラメータの生成を支援するグラフィカルウィンドウ502を備えている。グラフィカルウィンドウ502は多数のグラフィカルコントロールを含み得る。例えば、グラフィカルウィンドウ502は、検討中の多数の電気デバイス50a−dを定義するためのユーザー入力に関連する一式のボタン510a−dとしてのいくつかと、EEGサンプリングレートを特定するユーザー入力を受けるテキストボックスまたはリストボックス520と、デバイス同定動作において解析すべきEEGサンプル数を特定するユーザー入力を受けるテキストボックスまたはリストボックス522と、同定タイムアウト期間を特定するユーザー入力を受けるテキストボックスまたはリストボックス524と、両目を閉じた活性期間を特定するユーザー入力を受けるテキストボックスまたはリストボックス526と、校正開始ボタン528とを含み得る。ある実施形態では、グラフィカルウィンドウ502はEEG信号表示ウィンドウ530およびパワースペクトル表示ウィンドウ532も含み得る。   FIG. 5 is a schematic diagram of a typical device configuration GUI 500 according to an embodiment of the present disclosure. In an embodiment, the device configuration GUI 500 includes a graphical window 502 that assists in generating device configuration data or parameters in response to user input. The graphical window 502 can include a number of graphical controls. For example, the graphical window 502 is a text box that receives a user input specifying a EEG sampling rate and some as a set of buttons 510a-d associated with the user input to define a number of electrical devices 50a-d under consideration. Or a list box 520, a text box or list box 522 that receives user input specifying the number of EEG samples to be analyzed in the device identification operation, a text box or list box 524 that receives user input specifying the identification timeout period, May include a text box or list box 526 that receives user input specifying the active period that closed and a calibration start button 528. In certain embodiments, graphical window 502 may also include an EEG signal display window 530 and a power spectrum display window 532.

多くの実施形態では、グラフィカルウィンドウ502は、各視覚刺激発生器20a−dに関連する視覚刺激発生器アイコンまたはシンボル22a−dと、各電気デバイスまたはアプライアンス50a−dに関連する電気デバイスまたはアプライアンスアイコン52a−dと、場合によってはマルチデバイス電源インタフェースユニット400により制御される各電源インタフェース420a−dに関連する電源インタフェースアイコン422a−dとを有する。視覚刺激発生器アイコン22a−d、電気デバイスアイコン52a−d、および電源インタフェースアイコン422a−dは空間的に表示されまたは互いに関連して向けられて、各視覚刺激発生器20a−d、各電気デバイス50a−d、および各電源インタフェース420a−dが物理的および概念的に互いに関連することを表すようになっている。ある実施形態では、上記アイコンは、最新の物理的および概念的関連を反映するように互いに関連した位置にグラフィカルに(再)配置または再整列され得る。   In many embodiments, the graphical window 502 includes a visual stimulus generator icon or symbol 22a-d associated with each visual stimulus generator 20a-d and an electrical device or appliance icon associated with each electrical device or appliance 50a-d. 52a-d and, optionally, power interface icons 422a-d associated with each power interface 420a-d controlled by the multi-device power interface unit 400. Visual stimulus generator icons 22a-d, electrical device icons 52a-d, and power interface icons 422a-d are spatially displayed or oriented relative to each other to provide each visual stimulus generator 20a-d, each electrical device. 50a-d and each power supply interface 420a-d is shown to be physically and conceptually related to each other. In certain embodiments, the icons can be graphically (re) positioned or rearranged in positions relative to each other to reflect the latest physical and conceptual relationships.

多くの実施形態では、機器構成モジュール330が機器構成GUI500を生成するまたは生成の管理をする。機器構成モジュール330はさらに、機器構成GUI500により受けたユーザー入力に応じて機器構成メモリ340に機器構成データまたはパラメータを格納する。身体障害者ユーザーについては、システム機器構成動作は介護人や身内などの補助者により起動することができる。   In many embodiments, the device configuration module 330 generates or manages the generation of the device configuration GUI 500. The device configuration module 330 further stores device configuration data or parameters in the device configuration memory 340 in response to user input received by the device configuration GUI 500. For physically handicapped users, system equipment configuration operations can be activated by an assistant such as a caregiver or relative.

代表的な校正処理の特徴
校正動作は、機器構成メモリ340に格納可能な校正データまたはパラメータを(例えば、ユーザーによる校正ボタン528の選択に応じて)校正モジュールが生成することを含む。多くの実施形態では、校正動作は、視覚刺激発生器20a−d、デバイス50a−d、および/または電源インタフェース420a−dの同定を行う両目開眼校正動作を含む。ある実施形態では、校正動作は、さらに、ユーザーの挙動に応じて視覚刺激発生器20a−dを非活性状態から活性状態へ選択的かつ自動的に遷移させる両目閉眼校正動作を含む。概して、校正動作は、(例えば、神経学的状態または脳の機能が安定または長期に亘って概して安定しているユーザーには)1度だけ、またはシステムパフォーマンスの観点から必要に応じて実行され得る。
Exemplary Calibration Process Features The calibration operation includes the calibration module generating calibration data or parameters that can be stored in the instrument configuration memory 340 (eg, in response to a user selecting the calibration button 528). In many embodiments, the calibration operation includes a binocular open eye calibration operation that identifies the visual stimulus generators 20a-d, devices 50a-d, and / or power interface 420a-d. In some embodiments, the calibration operation further includes a binocular closed eye calibration operation that selectively and automatically transitions the visual stimulus generators 20a-d from the inactive state to the active state in response to user behavior. In general, the calibration operation can be performed only once (eg, for a user whose neurological state or brain function is stable or generally stable over time) or as needed from a system performance perspective. .

A)代表的な両目閉眼校正処理の特徴
両目閉眼校正動作は、覚醒したユーザーが両目を閉じている間または間中の一つ以上の両目閉眼校正期間において両目が閉じた基準EEGデータをデータ取得ユニットが捕捉することを含む。両目閉眼構成期間は、所定のまたはプログラムで特定される期間であり、例えば、およそ1−10秒(例えば、およそ2−8秒、またはおよそ2−6秒、またはおよそ1−4または2−4秒)、または、実施形態の詳細に依存した別の期間であり得る。ある実施形態では、校正モジュール332は、校正GUI500へのテキスト表示および/または一式の可聴音または音声メッセージなどにより、ユーザーに目を閉じるよう指示を出すことができる。両目閉眼期間におけるEEGデータの取得に続いて、校正モジュール332は、さらに、一つ以上の可聴音または音声メッセージによりユーザーに目を再び開けるように指示を出すことができる。
A) Characteristics of typical eye-closed eye calibration process The eye-closed eye calibration operation acquires reference EEG data in which both eyes are closed during one or more eye-closed eye calibration periods when an awake user is closing or closing both eyes. Including capturing the unit. The closed eye configuration period is a predetermined or program specified period, for example, approximately 1-10 seconds (eg, approximately 2-8 seconds, or approximately 2-6 seconds, or approximately 1-4 or 2-4). Seconds), or another period depending on the details of the embodiment. In some embodiments, the calibration module 332 may instruct the user to close his eyes, such as by a text display on the calibration GUI 500 and / or a set of audible sounds or voice messages. Following the acquisition of EEG data during the bi-eyes closed period, the calibration module 332 may further instruct the user to reopen the eyes with one or more audible sounds or voice messages.

覚醒したユーザーの両目が閉じたEEGデータの捕捉中または後に、データ取得ユニット220または校正モジュール332は、捕捉した両目が閉じた基準EEGデータを所定のEEG周波数帯域でフィルタリングすることができる。例えば、校正モジュール332は、両目が閉じた基準EEGデータについてバンドパスフィルタリングを施して、およそ8−12Hzの周波数範囲または帯域外の周波数を持つEEGデータを排除するおよび/または大幅に減衰させることができる。そのような実施形態では、バンドパスフィルタリングされたEEGデータはアルファ帯域データを含み、より低い周波数(シータおよびデルタ)およびより高い周波数(ベータおよびガンマ)帯域を排除または実質的に排除している。   During or after acquisition of EEG data with the eyes of the awake user closed, the data acquisition unit 220 or calibration module 332 may filter the reference EEG data with the eyes closed with a predetermined EEG frequency band. For example, the calibration module 332 may perform bandpass filtering on the reference EEG data with both eyes closed to eliminate and / or significantly attenuate EEG data having a frequency range of approximately 8-12 Hz or out-of-band frequencies. it can. In such an embodiment, the bandpass filtered EEG data includes alpha band data and excludes or substantially excludes lower frequency (theta and delta) and higher frequency (beta and gamma) bands.

概して、人が両目を閉じたとき、アルファ帯域のEEG信号の振幅は大きく増大し、ベータ帯域のEEG信号は大きく減少する。同様に、人の両目が開いているとき、アルファ帯域のEEG信号の振幅はベータ帯域の信号の振幅に対して大きく減少する。したがって、区別されるまたは区別され得るアルファおよび/またはベータ帯域の信号の振幅を単独または互いに関連して考慮して用いて、a)覚醒したユーザーが両目を閉じたまたは開けたかどうか、および/またはb)ユーザーが両目を長期間閉じたままにしそうな状態に遷移したかどうかを判定することができる。   In general, when a person closes both eyes, the amplitude of the EEG signal in the alpha band is greatly increased and the EEG signal in the beta band is greatly decreased. Similarly, when the human eyes are open, the amplitude of the EEG signal in the alpha band is greatly reduced relative to the amplitude of the signal in the beta band. Thus, using the amplitudes of alpha and / or beta band signals, which are or can be distinguished, alone or in conjunction with each other, a) whether the awake user has closed or opened both eyes and / or b) It can be determined whether or not the user has transitioned to a state in which both eyes are likely to remain closed for a long time.

校正モジュール332は、一つ以上の覚醒したユーザーの両目が閉じた状態、例えば、所定のまたはプログラムで特定される期間に亘って存在または存続する覚醒したユーザーの両目が閉じた状態に関連するEEG信号エネルギーの一つ以上の基準量を判定または生成することができる。ある実施形態では、校正モジュール332は、次式のようなおよそ1−4秒(例えば、および1,2,または3秒)の最小活性化指令期間に関連する覚醒したユーザーの両目が閉じたEEG信号エネルギーの基準量を生成する。   The calibration module 332 may be associated with a state in which one or more awake user's eyes are closed, eg, an awake user's eyes that are present or exist for a predetermined or program-specified period of time. One or more reference quantities of signal energy can be determined or generated. In some embodiments, the calibration module 332 may close the EEG with the eyes of the awake user closed associated with a minimum activation command period of approximately 1-4 seconds (eg, and 1, 2, or 3 seconds) as follows: Generate a reference amount of signal energy.

ただし、X はフィルタリングされた両目が閉じた基準EEG信号の平均値のi番目のサンプル、Nは最小活性化指令期間に亘って考慮した総サンプル数である(例えば、EEGサンプリングレートが125Hzで最小活性化指令期間が2秒のときNは250である)。校正モジュール332はTを、ユーザーが視覚刺激発生器の活性化指令を発したかを判定するための活性化指令の閾エネルギーとして定義することができる。後述するように、後校正システム動作において、ユーザー状態検出モジュール334は、Tに対して捕捉したEEGデータをリアルタイム、ほぼリアルタイム、または定期的に解析して、覚醒したユーザーが視覚刺激発生器の活性化指令を発したかを判定することができる。例えば、ユーザー状態検出モジュール334は、Tに対して捕捉したEEGデータを解析して、両目が開いた状態から最小活性化指令期間に亘って持続する両目が閉じた状態へ遷移し、続いて最大活性化指令期間(例えば、およそ3−5秒、またはおよそ4秒)の満了前に両目が開いた状態へ遷移することを検知することができる。 Where X i 2 is the i-th sample of the average value of the filtered reference EEG signal with both eyes closed, and N A is the total number of samples considered over the minimum activation command period (eg, EEG sampling rate is N a when minimum active command period is 2 seconds 125Hz is 250). Calibration module 332 to T A, the user can be defined as the threshold energy of activation instructions to determine issued the activation command of the visual stimulus generator. As described later, in the post-calibration system operation, user state detection module 334, the EEG data acquisition with respect to T A real-time, near real time or periodically analyzed, enlightened user visual stimulus generator It can be determined whether an activation command has been issued. For example, the user state detection module 334 analyzes the EEG data acquisition with respect to T A, transitions from both eyes opened state to a state where both eyes are closed to persist over the minimum active command period, followed by It can be detected that both eyes have transitioned to the open state before the expiration of the maximum activation command period (eg, approximately 3-5 seconds, or approximately 4 seconds).

ある実施形態では、校正モジュール332は、さらにまたは代替的に、ユーザーが睡眠状態のような両目を実質的または長期的な期間に亘り閉じたままにしそうなまたはする状態に遷移したかを示し得るEEG信号エネルギーの基準量を判定または生成することができる。例えば、校正モジュール332は、次式のような所定のまたはプログラムで特定されるおよそ5−30秒(例えば、およそ6−20秒、またはおよそ6,8,または10棒)の睡眠兆候期間に関連する覚醒したユーザーの両目が閉じたEEG信号エネルギーの基準量を判定または生成することができる。   In certain embodiments, the calibration module 332 may additionally or alternatively indicate whether the user has transitioned to a state that is likely or likely to keep both eyes closed for a substantial or long-term period, such as a sleep state. A reference amount of EEG signal energy can be determined or generated. For example, the calibration module 332 may be associated with a sleep indication period of approximately 5-30 seconds (eg, approximately 6-20 seconds, or approximately 6, 8, or 10 bars) specified or programmed as follows: A reference amount of EEG signal energy that is closed by both eyes of an awake user can be determined or generated.

ただし、X はフィルタリングされた両目が閉じた基準EEG信号の平均値のi番目のサンプル、Nは睡眠兆候期間に亘って考慮した総サンプル数である(例えば、EEGサンプリングレートが125Hzで睡眠兆候期間が6秒のときNは750である)。校正モジュール332はTを、ユーザーが睡眠状態のような両目を長期間閉じる状態に陥るまたは陥りそうかを判定するための覚醒状態/睡眠状態の閾値として定義することができる。 Where, i th sample of the average value of X i 2 is the reference EEG signal is both eyes, which is filtered closed, N S is the total number of samples taken into consideration over the sleep indications period (e.g., EEG sampling rate at 125Hz N s when the sleep indication period is 6 seconds is 750). Calibration module 332 to T S, the user can be defined as a threshold for arousal / sleep state for determining the eyes whether long-term close fall into state or fall likely as sleep state.

ある実施形態では、Tは、Tのある倍数のような、最小および/または最大活性化指令期間に対する睡眠兆候期間の長さに依存してTに数学的な相関を持つものとして定義され得る。後述するように、
後校正システム動作において、ユーザー状態検出モジュール334は、Tに対して捕捉したEEGデータをリアルタイム、ほぼリアルタイム、または定期的に解析して、ユーザーが寝ている、寝そうな、または両目を長期間閉じたままにしそうな可能性を判定することができる。
In some embodiments, T S is defined as having a mathematical correlation T A, depending on the length of sleep symptoms period for such, minimum and / or maximum activation command period multiples with T A Can be done. As described below,
In post-calibration system operation, user state detection module 334, real time EEG data acquisition with respect to T S, and near real-time or periodically analyzed, the user is sleeping, sleeping likely, or hold the both eyes The likelihood of remaining closed for a period of time can be determined.

B)代表的な両目開眼校正処理の特徴
両目開眼校正動作は、両目開眼校正期間においてデータ取得ユニットがユーザーから両目が開いた基準EEGデータを捕捉することを含む。両目開眼校正期間では、ユーザーは、視覚刺激発生器20a−dが周期的に視覚刺激を提示するレートに関して視覚刺激または光学信号が一定または基本的に一定のままである環境の一部を注視している間、両目を開けたままにする。多くの実施形態では、両目開眼校正動作中に、システム制御および通信ユニット200は視覚刺激発生器20a−dを利用不可または非活性化し、ユーザーは視覚刺激発生器の提示周波数および少なくともある程度のその高調波倍数(例えば、2−5次高調波近傍)とほぼ同じ周波数で光学信号が循環的または周期的に提示または表示される環境の一部を見なくて済む。
B) Typical Binocular Open Eye Calibration Processing Features The binocular open eye calibration operation involves the data acquisition unit capturing the reference EEG data with both eyes open from the user during the binocular open eye calibration period. During the binocular open eye calibration period, the user watches the part of the environment where the visual stimulus or optical signal remains constant or essentially constant with respect to the rate at which the visual stimulus generators 20a-d periodically present the visual stimulus. Keep your eyes open while you are. In many embodiments, during the binocular open eye calibration operation, the system control and communication unit 200 disables or deactivates the visual stimulus generators 20a-d, and the user can provide the visual stimulus generator presentation frequency and at least some of its harmonics. There is no need to look at a part of the environment where the optical signal is presented or displayed cyclically or periodically at the same frequency as the wave multiple (for example, near the 2-5 th harmonic).

両目開眼校正期間はおよそ1−8秒(例えば、およそ2−6秒、またはおよそ2,3,および4秒)、または、実施形態の詳細に依存した別の期間であり得る。ある実施形態では、システム10はユーザーに壁または何もないまたは実質的に光学的に均一である表面を注視して、両目を所定の期間(例えば、少なくともおよそ2−4秒)開けたままにする指示を出すことができる。校正GUI500上へのテキスト表示および/または一式の可聴音または音声メッセージでそのようなユーザー指令を出すことができる。両目開眼校正期間におけるEEGデータの取得に続いて、システム10は、ユーザーに両目開眼校正動作が完了したことを一つ以上の可聴音または音声メッセージにより通報することができる。これにより、システム10が本開示のある実施形態に従って視覚刺激発生器20a−d、電気デバイス50a−d、および/または電源インタフェース420a−dを同定および/または制御する準備ができたことをユーザーに伝えることができる。   The binocular open eye calibration period can be approximately 1-8 seconds (eg, approximately 2-6 seconds, or approximately 2, 3, and 4 seconds) or another period depending on the details of the embodiment. In some embodiments, the system 10 keeps both eyes open for a predetermined period of time (eg, at least about 2-4 seconds) by gazing at the user or a wall or surface that is empty or substantially optically uniform. You can give instructions. Such user commands can be issued with a text display on the calibration GUI 500 and / or a set of audible sounds or voice messages. Following acquisition of EEG data during the binocular open eye calibration period, the system 10 can inform the user that the binocular open eye calibration operation is complete with one or more audible sounds or voice messages. This allows the user that system 10 is ready to identify and / or control visual stimulus generators 20a-d, electrical devices 50a-d, and / or power interface 420a-d in accordance with certain embodiments of the present disclosure. I can tell you.

システム制御および通信ユニット200の第1の通信モジュール230は両目が開いた基準EEGデータをサンプリングデータメモリ342に転送することができ、以下に詳述するように、校正モジュール332はそのようなEEGデータに関連する一式の基準同定値またはパラメータおよびデバイス同定閾値またはパラメータを生成または判定することができる。   The first communication module 230 of the system control and communication unit 200 can transfer the reference EEG data with both eyes open to the sampling data memory 342, and the calibration module 332 can provide such EEG data, as will be described in detail below. A set of reference identification values or parameters and device identification thresholds or parameters associated with can be generated or determined.

多くの実施形態では、校正モジュール332は、視覚刺激発生器20a−dの動作に係る各提示周波数fに関連する複数の基準パワースペクトル密度振幅値(以下、基準パワースペクトル密度振幅基関数b)を、そのような提示周波数に関連する基準パワースペクトル密度パラメータを判定するために、生成する。 In many embodiments, calibration module 332 includes a plurality of reference power spectral density amplitude values (hereinafter referred to as reference power spectral density amplitude basis b) associated with each presentation frequency f k associated with the operation of visual stimulus generators 20a-d. Are generated to determine a reference power spectral density parameter associated with such a presentation frequency.

わかり易くするために、以下では、4つの提示周波数f,f,f,およびfを想定する。上記のように、ユーザーが提示周波数fで視覚刺激を出力するある視覚刺激発生器20a−dを注視したとき、そのような視覚刺激は実質的に同じ周波数を呈するSSVEPを生じさせるまたは生じさせると期待される。それゆえ、視覚刺激発生器20a−dが活性化すると、捕捉されたEEGから生成されたパワースペクトル密度データは基本周波数fおよびfの高調波を有する成分を含むまたは含むと期待される。 For the sake of clarity, four presentation frequencies f 1 , f 2 , f 3 , and f 4 are assumed below. As described above, when a user gazes at certain visual stimulus generators 20a-d that output visual stimuli at the presentation frequency fk , such visual stimuli produce or cause SSVEPs that exhibit substantially the same frequency. It is expected. Therefore, when the visual stimulus generators 20a-d are activated, the power spectral density data generated from the captured EEG is expected to include or include components having harmonics of the fundamental frequencies fk and fk .

基本周波数fごとに、fおよびfの特定の高調波について基準パワースペクトル密度振幅基関数bが生成され得る。高調波は、例えば、fの1次高調波およびfの2次高調波であり、ここではそれぞれ2fおよび3fと参照する。より詳細には、実施例では、f,f,f,およびfならびにそれらの1次および2次高調波のそれぞれに関連する基準パワースペクトル密度振幅基関数bは次の通りである。 For each fundamental frequency fk , a reference power spectral density amplitude basis b can be generated for a particular harmonic of fk and fk . Harmonics, for example, a second harmonic of the first harmonic and f k of f k, Referred to herein respectively 2f k and 3f k. More particularly, in the example, the reference power spectral density amplitude basis b associated with each of f 1 , f 2 , f 3 , and f 4 and their first and second harmonics is as follows: .

上記式において、δはおよそ0.1−1.0Hz(例えば、0.25Hz、または0.5Hz)の周波数オフセットである。周波数オフセットδは所定値であり、ある実施形態ではサンプリング期間に対するサンプリングレートの比率に関連し得る。例えば、EEGデータサンプリングレートがおよそ125Hzの場合、デバイス同定動作はおよそ2秒の現在または最新のデバイス同定期間または時期に捕捉されるEEGサンプルを考慮して、δは125/250つまりδ=0.5となり得る。 In the above equation, δ is a frequency offset of approximately 0.1-1.0 Hz (eg, 0.25 Hz or 0.5 Hz). The frequency offset δ is a predetermined value and in some embodiments may be related to the ratio of the sampling rate to the sampling period. For example, if the EEG data sampling rate is approximately 125 Hz, the device identification operation takes into account the EEG samples captured in the current or latest device identification period or time of approximately 2 seconds, and δ is 125/250 or δ = 0. May be 5.

校正モジュール332は、さらに、各基本周波数fに関連する複数の代表または平均基準パワースペクトル密度振幅基関数bnkを生成し得る。bnkという表記に関して、n=1は基本周波数fに関連し、n=2は基本周波数の1次高調波2fに関連し、n=3は基本周波数の2次高調波3fに関連する。ある実施形態では、各代表基準パワースペクトル密度振幅基関数bnkは特定の基準パワースペクトル密度振幅基関数bの正規形に関連し得る。例えば、複数の平均基準パワースペクトル密度振幅基関数bnkは次の通り生成され得る。 Calibration module 332 may further generate a plurality of representative or average reference power spectral density amplitude basis b nk associated with each fundamental frequency f k . With regard to the notation b nk , n = 1 is related to the fundamental frequency f k , n = 2 is related to the first harmonic 2f k of the fundamental frequency, and n = 3 is related to the second harmonic 3f k of the fundamental frequency. To do. In some embodiments, each representative reference power spectral density amplitude basis function b nk may be related to the normal form of a particular reference power spectral density amplitude basis function b. For example, a plurality of average reference power spectral density amplitude basis functions b nk can be generated as follows.

校正モジュール332は、さらに、各基本周波数fに関連する合成基準パワースペクトル密度振幅値BLを生成し得る。合成基準パワースペクトル密度振幅値BLは平均基準パワースペクトル密度振幅基関数bnkを用いて、例えば、次式に従って生成され得る。 The calibration module 332 may further generate a composite reference power spectral density amplitude value BL k associated with each fundamental frequency f k . The combined reference power spectral density amplitude value BL k can be generated using the average reference power spectral density amplitude base function b nk according to the following equation, for example.

したがって、基本周波数fからfについて次式が成り立つ。 Therefore, the following equation holds for the fundamental frequencies f 1 to f 4 .

最終的に、デバイス同定閾値Tが次式のように生成され得る。 Finally, the device identification threshold T I may be produced as follows.

ただし、M=1,2,3,4は各基本周波数f,f,f,およびfに関連する。 However, M = 1 , 2 , 3 , 4 is associated with each fundamental frequency f 1 , f 2 , f 3 , and f 4 .

校正モジュール332は、合成基準パワースペクトル密度振幅値BLおよびデバイス同定閾値Tを機器構成メモリ340に格納することができる。後述するように、デバイス同定動作は特定の合成基準パワースペクトル密度振幅値BLおよびデバイス同定閾値Tを含み得る。 Calibration module 332 may store the synthesized reference power spectral density amplitude value BL k and device identification threshold T I in the device configuration memory 340. As described later, the device identification operation may include specific synthetic reference power spectral density amplitude value BL k and device identification threshold T I.

代表的なユーザー状態検出処理の特徴
校正動作に続いて、システム10は、デバイス同定動作を実行して本開示の多くの実施形態に従って視覚刺激発生器20a−d、電気デバイス50a−d、および/または電源インタフェース420a−dを同定することができる。多くの実施形態では、校正動作が終了すると、システム制御および通信ユニット200は視覚刺激発生器20a−dを非活性または休止状態に遷移させる。さらに、校正動作が終了すると、データ取得ユニット220は、継続的に、基本的に継続的に、周期的に、または定期的にEEGデータを捕捉し、第1の通信モジュール230はそのようなEEGデータをデバイス同定ユニットのサンプリングデータメモリ342に転送する。ユーザー状態検出モジュール334は捕捉されたリアルタイムまたはほぼリアルタイムのEEGデータを解析して、視覚刺激発生器の指令または電気デバイスの制御指令といったシステム10への指令をユーザーが発したことを表す、関連する、または伝える一式の自力または自律のユーザーの挙動を同定することができる。多くの実施形態では、ユーザー状態検出モジュール334はEEGデータを解析して、ユーザーがa)起きているか眠りに落ちているか、およびb)もし起きていれば視覚刺激発生器の活性化または電気デバイスの制御信号を発したかを判定することができる。
Exemplary User State Detection Processing Features Following the calibration operation, the system 10 performs a device identification operation to perform visual stimulus generators 20a-d, electrical devices 50a-d, and / or in accordance with many embodiments of the present disclosure. Alternatively, the power supply interfaces 420a-d can be identified. In many embodiments, upon completion of the calibration operation, the system control and communication unit 200 transitions the visual stimulus generators 20a-d to the inactive or hibernate state. Further, when the calibration operation is completed, the data acquisition unit 220 captures EEG data continuously, basically continuously, periodically, or periodically, and the first communication module 230 captures such EEG. Data is transferred to the sampling data memory 342 of the device identification unit. User condition detection module 334 analyzes the captured real-time or near real-time EEG data to indicate that the user has issued a command to system 10, such as a visual stimulus generator command or an electrical device control command. A set of self-powered or autonomous user behavior can be identified. In many embodiments, the user state detection module 334 analyzes the EEG data to determine whether the user is a) awake or asleep, and b) the visual stimulus generator activation or electrical device if awake. It can be determined whether the control signal is issued.

長期間両目が閉じた状態の検出
ある実施形態では、ユーザーが両目を長時間閉じたままにしそうまたはするであろう(例えば、ユーザーが眠りそう、または眠ってしまった)状態になったかを判定するために、ユーザー状態検出モジュール334は、バンドパスフィルタリングされたリアルタイムまたはほぼリアルタイムの周期的に、例えば、およそ1−10秒ごと(例えば、およそ4−8秒ごと、またはおよそ6秒ごと)にサンプリングされたEEGデータ(例えば、アルファ帯域の周波数に関連またはほぼ関連してバンドパスフィルタリングされたEEGデータ)の正規化エネルギーを判定することができる。もしそのようなEEGデータの正規化エネルギーが覚醒状態/睡眠状態の閾値Tよりも大きければ、ユーザー状態検出モジュール334は、ユーザーの両目が少なくとも睡眠兆候期間は閉じており、長期間閉じたままになりそうであると判定する。もしユーザー状態検出モジュール334が、ユーザーが両目を長期間閉じたままにしそうまたはするであろうと判定した場合、ユーザー状態検出モジュール334はシステム制御および通信ユニット200に睡眠の通知をすることができ、それに応じてシステム制御および通信ユニット200は視覚刺激発生器20a−dを非活性状態のままにする。もし現在または最新のEEGサンプル系列の正規化エネルギーがT以下であれば、ユーザー状態検出モジュール334はユーザーが両目を長期間閉じなかったと判定し、ユーザーが起きていることが示される。
Detection of Eyes Closed for a Long Time In one embodiment, a determination is made whether a user has entered a state where he / she is likely to keep his eyes closed for a long time (eg, the user is likely to sleep or have fallen asleep). In order to do this, the user condition detection module 334 may periodically perform a bandpass filtered real-time or near real-time, eg, approximately every 1-10 seconds (eg, approximately every 4-8 seconds, or approximately every 6 seconds). The normalized energy of sampled EEG data (eg, EEG data that has been bandpass filtered in relation to or substantially related to the frequency in the alpha band) can be determined. Greater than threshold T S in the normalized energy of such EEG data arousal / sleep state if the user state detection module 334, while the user's eyes are closed at least sleep signs period, closed long term It is determined that it is likely to become. If the user status detection module 334 determines that the user will or will keep both eyes closed for a long time, the user status detection module 334 can notify the system control and communication unit 200 of sleep; In response, the system control and communication unit 200 leaves the visual stimulus generators 20a-d in an inactive state. If the current or latest EEG samples normalized energy of sequence is less than T S, the user condition detection module 334 determines that the user did not close a long period of time eyes, it indicates that the user is awake.

ユーザー指令の検出
ユーザー状態検出モジュール334は、ユーザーが選択的にシステム10に視覚刺激発生器20a−dを活性化させるおよび/または一つ以上の自力または自律のユーザーの挙動の結果として電気デバイスの制御動作を実行させることができる視覚刺激発生器の活性化指令または電気デバイスの制御指令をユーザーが発したかを判定することができる。
User Command Detection The user status detection module 334 allows the user to selectively activate the visual stimulus generators 20a-d in the system 10 and / or as a result of one or more self-powered or autonomous user behaviors. It can be determined whether the user has issued a visual stimulus generator activation command or an electrical device control command that can cause the control action to be performed.

ある実施形態では、視覚刺激発生器の活性化指令または電気デバイスの制御指令は、所定のまたはプログラムで特定される期間、時間間隔、または窓に亘って覚醒したユーザーが両目を閉じた状況に関連する。例えば、視覚刺激発生器の活性化指令は、第1の期間に亘って覚醒したユーザーが両目を閉じた状況に関連し得るものであり、第2の期間内に発生する。ある実施形態では、視覚刺激発生器の活性化指令は、最小活性化指令期間(例えば、およそ1−3秒)などの所定の期間に亘って両目が閉じた状況への遷移に関連し得るものであり、最小活性化指令期間に少なくとも等しく、典型的には少なくともわずかにそれよりも長い最大活性化指令期間(例えば、およそ3−4秒)などのある期間内に終了する。したがって、最小活性化指令期間は最大活性化指令期間に含まれ得る。さらに、最大活性化指令期間は、典型的には、睡眠兆候期間よりも短いまたはかなり短い。最大活性化指令期間内での両目が閉じた状況の終了は、ユーザーが起きているまたは起きたままになりそうであり、ユーザーが両目を長期間閉じたままにしそうまたはするであろう状態(例えば、睡眠に関する状態)になったことを表す。   In some embodiments, the visual stimulus generator activation command or the electrical device control command is related to a predetermined or program-specified period, time interval, or situation where a user who has awakened over a window has closed both eyes. To do. For example, the activation instruction of the visual stimulus generator may be related to a situation in which a user who has been awake for the first period closes both eyes and is generated within the second period. In some embodiments, the visual stimulus generator activation command may relate to a transition to a situation where both eyes are closed for a predetermined period, such as a minimum activation command period (eg, approximately 1-3 seconds). And ends within a period of time, such as a maximum activation command period (eg, approximately 3-4 seconds) that is at least equal to the minimum activation command period and typically at least slightly longer. Therefore, the minimum activation command period can be included in the maximum activation command period. Furthermore, the maximum activation command period is typically shorter or much shorter than the sleep sign period. The end of the situation where both eyes are closed within the maximum activation command period is a state where the user is likely to remain awake or remain awake, and the user is likely to remain closed for a long time ( For example, it represents that the state related to sleep).

上記を考慮して、ユーザー状態検出モジュール334は、Tに対して継続的または反復的に捕捉したEEGデータを解析して、両目が開いた状態から両目が閉じた状態へ遷移したこと、および両目が閉じた状態が最小活性化指令期間に亘って持続することを確認することができる。ユーザー状態検出モジュール334は、さらに、継続的に捕捉したEEGデータを解析して、最大活性化指令期間に先だって両目が閉じた状態から両目が開いた状態へ戻る遷移を確認することができる。もしそうであれば、ユーザー状態検出モジュール334は、ユーザーが視覚刺激発生器の活性化指令を発したと判定する。 In view of the above, the user state detection module 334 that analyzes the EEG data continuously or repeatedly captures with respect to T A, transitions from both eyes opened state to a state where both eyes are closed, and It can be confirmed that the closed state of both eyes lasts for the minimum activation command period. The user state detection module 334 can further analyze the continuously captured EEG data to confirm a transition from a state where both eyes are closed to a state where both eyes are opened prior to the maximum activation command period. If so, the user status detection module 334 determines that the user has issued a visual stimulus generator activation command.

ユーザー状態検出モジュール334がユーザーが視覚刺激発生器の活性化指令を発したと判断すると、ユーザー状態検出モジュール334はシステム制御および通信ユニット200およびデバイス同定ユニット300に活性化を通知する。視覚刺激発生器の活性化指令が検出されるまで、つまり、システム制御および通信ユニット200が活性化の通知を受けるまで、システム制御および通信ユニット200は視覚刺激発生器20a−dを非活性状態のままにする。   When the user state detection module 334 determines that the user has issued a visual stimulus generator activation command, the user state detection module 334 notifies the system control and communication unit 200 and the device identification unit 300 of the activation. Until the activation command of the visual stimulus generator is detected, that is, until the system control and communication unit 200 receives the activation notification, the system control and communication unit 200 keeps the visual stimulus generators 20a-d in the inactive state. Leave.

代表的なデバイス同定処理の特徴
システム活性化の通知に応じて、システム制御および通信ユニット200は、各視覚刺激発生器20a−dが特定の基本周波数fで光学信号を提示または出力するように視覚刺激発生器20a−dを活性化または駆動する。さらに、デバイス同定モジュール336は、ユーザーが注視した特定の視覚刺激発生器20a−dを同定するために、リアルタイム、ほぼリアルタイム、または最新の捕捉されたEEGデータを解析する。
Exemplary Device Identification Processing Features In response to notification of system activation, the system control and communication unit 200 causes each visual stimulus generator 20a-d to present or output an optical signal at a specific fundamental frequency fk. Activate or drive the visual stimulus generators 20a-d. In addition, the device identification module 336 analyzes real-time, near real-time, or current captured EEG data to identify the specific visual stimulus generator 20a-d that the user has watched.

より詳細には、多くの実施形態では、デバイス同定モジュール336は、視覚刺激発生器20a−dが活性化していたときにおよそ1−8秒(例えば、およそ2,3,または4秒)などの現在または最新のデバイス同定期間または時期において捕捉されたEEGデータに関連する複数の最初の、起源の、または原始のパワースペクトル密度振幅値を生成する。そのようなパワースペクトル密度振幅値は以下では活性パワースペクトル密度振幅基関数gとして参照する。   More particularly, in many embodiments, the device identification module 336 may be such as approximately 1-8 seconds (eg, approximately 2, 3, or 4 seconds) when the visual stimulus generators 20a-d are activated. A plurality of first, origin, or primitive power spectral density amplitude values associated with EEG data captured at the current or latest device identification period or time are generated. Such power spectral density amplitude values are referred to below as the active power spectral density amplitude basis g.

基本周波数fごとに、fおよびfの特定の高調波、例えば2fおよび3fについて活性パワースペクトル密度振幅基関数gが生成され得る。より詳細には、基本周波数f,f,f,およびfを含む実施例では、 各基本周波数fおよびその1次および2次高調波のそれぞれに関連する活性パワースペクトル密度振幅基関数gは次の通りである。 For each fundamental frequency f k , an active power spectral density amplitude basis g can be generated for specific harmonics of f k and f k , eg 2f k and 3f k . More specifically, in an embodiment that includes fundamental frequencies f 1 , f 2 , f 3 , and f 4 , an active power spectral density amplitude group associated with each fundamental frequency f k and each of its first and second harmonics. The function g is as follows.

上記式において、δはおよそ0.1−1.0Hz(例えば、0.25Hz、または0.5Hz)の周波数オフセットである。 In the above equation, δ is a frequency offset of approximately 0.1-1.0 Hz (eg, 0.25 Hz or 0.5 Hz).

デバイス同定モジュール336は、各基本周波数fに関連する複数の基準参照代表または平均活性パワースペクトル密度振幅基関数gnkも生成し得る。ある実施形態では、各基準参照代表活性パワースペクトル密度振幅基関数gnkは特定の活性パワースペクトル密度振幅基関数gに関連し得るものであり、BLに対するその値に応じて選択的にスケーリング、フィルタリング、または重み付けされる。実施例では、複数の基準参照平均活性パワースペクトル密度振幅基関数gnkは次のように生成され得る。ただし、n=1は基本周波数f(つまり1f)に関連し、n=2は基本周波数の1次高調波2fに関連し、n=3は基本周波数の2次高調波3fに関連する。 Device identification module 336 may also generate a plurality of reference reference representatives or average active power spectral density amplitude basis functions g nk associated with each fundamental frequency f k . In some embodiments, each reference reference representative active power spectral density amplitude basis g nk can be associated with a particular active power spectral density amplitude basis g, and selectively scaled according to its value for BL k , Filtered or weighted. In an embodiment, a plurality of reference reference average active power spectral density amplitude basis functions g nk may be generated as follows. However, n = 1 is related to the fundamental frequency f k (ie, 1f k ), n = 2 is related to the first harmonic 2f k of the fundamental frequency, and n = 3 is related to the second harmonic 3f k of the fundamental frequency. Related.

A)基本周波数fに関連 A) related to the fundamental frequency f 1

B)基本周波数fに関連 B) Related to fundamental frequency f 2

C)基本周波数fに関連 C) related to the fundamental frequency f 3

D)基本周波数fに関連 D) related to the fundamental frequency f 4

デバイス同定モジュール336は、さらに、各基本周波数fに関連する合成活性パワースペクトル密度振幅値gを生成し得る。ある実施形態では、gは特定の基準参照平均活性パワースペクトル密度振幅基関数gnkを用いて生成され、例えば次式に従う。 Device identification module 336 may further generate a combined active power spectral density amplitude value g k associated with each fundamental frequency f k . In some embodiments, g k is generated using a particular baseline reference average active power spectral density amplitude basis function g nk , eg, according to:

したがって、基本周波数fからfについて次式が成り立つ。 Therefore, the following equation holds for the fundamental frequencies f 1 to f 4 .

デバイス同定モジュール336は、さらに、各基本周波数fに関連する閾値活性パワースペクトル密度振幅値gTkを生成し得る。閾値活性パワースペクトル密度振幅値gTkは関連する合成基準パワースペクトル密度振幅値BLおよびデバイス同定閾値Tに対して判定され、例えば次式に従う。 Device identification module 336 may further generate a threshold active power spectral density amplitude value g Tk associated with each fundamental frequency f k . The threshold active power spectral density amplitude value g Tk is determined against the associated composite reference power spectral density amplitude value BL k and the device identification threshold T I , for example according to:

したがって、基本周波数fからfについて次式が成り立つ。 Therefore, the following equation holds for the fundamental frequencies f 1 to f 4 .

次に、デバイス同定モジュール336は、閾値活性パワースペクトル密度振幅値gTkに基づいて、主たる、主要な、または最大の活性パワースペクトル密度振幅値Gを生成または判定することができる。例えば、最大活性パワースペクトル密度振幅値Gは次式に従って定義することができる。 The device identification module 336 can then generate or determine a primary, primary, or maximum active power spectral density amplitude value G based on the threshold active power spectral density amplitude value g Tk . For example, the maximum active power spectral density amplitude value G can be defined according to the following equation:

最大活性パワースペクトル密度振幅値Gは、考慮中のパワースペクトル密度データ内の主要周波数fに関連または表し得る。各視覚刺激発生器20a−dはf,f,f,またはfの一つに等しいまたは基本的に等しい提示周波数で駆動されるため、主要または最大活性パワースペクトル密度振幅値Gは基本周波数f,f,f,またはfのいずれが特に主要周波数fであるかに関連するまたは表す。これにより、視覚刺激発生器20a−dのいずれが、活性パワースペクトル密度振幅基関数が生成されたEEGサンプルの生成を特に引き起こし、誘発し、または影響を及ぼしたかが示される。 Maximum activity power spectral density amplitude values G are related or may represent the primary frequency f D of the power spectral density data under consideration. For each visual stimulus generator 20a-d is driven by f 1, f 2, f 3 or one equal to or essentially equal presentation frequency f 4,, major or maximum activity power spectral density amplitude values G It relates to or represents which of the fundamental frequencies f 1 , f 2 , f 3 or f 4 is in particular the main frequency f D. This indicates which of the visual stimulus generators 20a-d specifically caused, induced or affected the generation of an EEG sample from which the active power spectral density amplitude basis was generated.

最大活性パワースペクトル密度振幅値Gの生成後、デバイス同定モジュール336は主要提示周波数fを判定し、主要提示周波数fに関連する視覚刺激発生器ID、電気デバイスID、および電源インタフェースIDの少なくとも一つを判定する。続いてデバイス同定モジュール336は、視覚刺激発生器ID、電気デバイスID、および電源インタフェースIDの一つ以上をシステム制御および通信ユニット200に送信して、ユーザーが注視していた視覚刺激発生器20a−dに関連するデバイス50a−dの制御(例えば、活性化または非活性化)を行わせる。 After generation of the maximum activity power spectral density amplitude value G, the device identification module 336 determines the main presentation frequency f D, at least the major presentation frequency f D to associated visual stimulus generator ID, the electrical device ID, and power supply interface ID Judge one. Subsequently, the device identification module 336 transmits one or more of the visual stimulus generator ID, the electric device ID, and the power supply interface ID to the system control and communication unit 200 so that the visual stimulus generator 20a- Control (eg, activation or deactivation) of devices 50a-d associated with d is performed.

上記の校正およびデバイス同定処理に関する理解を深めるために、第1から第4の視覚刺激提示周波数f,f,f,およびfがおよそ6Hz,7Hz,8Hz,および13Hzにそれぞれ等しい実施例において、デバイス同定ユニット300は、表1に示したような基本周波数および関連する1次および2次高調波周波数を考慮する。 To better understand the calibration and device identification process described above, the first to fourth visual stimulus presentation frequencies f 1 , f 2 , f 3 , and f 4 are approximately equal to 6 Hz, 7 Hz, 8 Hz, and 13 Hz, respectively. In the example, device identification unit 300 considers the fundamental frequencies and associated first and second harmonic frequencies as shown in Table 1.

上記式を考慮すると、もしも各合成活性パワースペクトル密度振幅値gがデバイス同定閾値Tよりも小さいことがあれば、関連する各閾値活性パワースペクトル密度振幅値gTkはゼロになり、最大活性パワースペクトル密度振幅値Gはそれに応じてゼロに等しくなる。そのような状況では、主要提示周波数fおよびユーザーが注視していた特定の視覚刺激発生器20a−dを正しく判定できなくなる。 Considering the above equation, if each composite active power spectral density amplitude value g k is smaller than the device identification threshold value T I , each associated threshold active power spectral density amplitude value g Tk will be zero and the maximum active The power spectral density amplitude value G is accordingly equal to zero. In such a situation, it can not be correctly determined key presentation frequency f D and the specific visual stimulus generator 20a-d the user has watched.

デバイス同定モジュール336が主要提示周波数fを判定できない場合、デバイス同定モジュール336は次の(例えば、直近に解析したEEGデータサンプル系列にオーバーラップする、直後に続く、または別途続く)EEGサンプル系列を解析して、主要提示周波数fをうまく識別しようと(再び)試みることができる。多くの実施形態では、デバイス同定モジュール336が所定の期間内または所定回数の同定の試みの後に主要提示周波数fを判定できない場合、デバイス同定モジュール336はシステム制御および通信ユニット200に同定失敗を通知することができる。そして、システム制御および通信ユニット200は視覚刺激発生器20a−dを非活性化することができる。ユーザー状態検出モジュールが(例えば、覚醒したユーザーが両目をおよそ2秒間閉じたことに応じて)別の視覚刺激発生器の活性化指令を検出した後、システム制御および通信ユニット200は視覚刺激発生器20a−dを再活性化することができ、デバイス同定モジュール336は上記と同じまたは類似の方法で主要提示周波数fを判定しようと(再び)試みることができる。 If the device identification module 336 is unable to determine the main presentation frequency f D, device identification module 336 for the next (e.g., overlapping the EEG data sample sequence analyzed most recently, immediately following, or otherwise followed) EEG sample sequence and analysis, trying to successfully identify key presentation frequency f D can be (again) try. In many embodiments, when the device identification module 336 is unable to determine the main presentation frequency f D after attempting identification of a predetermined period of time or within a predetermined number of times, the device identification module 336 notifies the identified failure to the system control and communication unit 200 can do. The system control and communication unit 200 can then deactivate the visual stimulus generators 20a-d. After the user state detection module detects another visual stimulus generator activation command (eg, in response to the awake user closing both eyes for approximately 2 seconds), the system control and communication unit 200 may receive the visual stimulus generator. can reactivate 20a-d, the device identification module 336 attempts to determine the main presentation frequency f D with the same or similar method as in (again) can try.

代表的なデバイス制御処理の特徴
視覚刺激発生器ID、デバイスID、および電源インタフェースIDの少なくとも一つを受けると、システム制御および通信ユニット200は第2の通信モジュール250を活性化し、関連するデバイス制御指令をマルチデバイス電源インタフェースユニット400に送信することができる。例えば、システム制御および通信ユニット200は、デバイスIDおよび/または電源インタフェースIDなどのIDを含むデバイス制御指令をマルチデバイス電源インタフェースユニット400に送信することができる。それに応じて、マルチデバイス電源インタフェースユニット400は、中継モジュール460に適当な電源インタフェースの制御指令を発することで、受信した電源インタフェースIDまたはデバイスIDに関連する特定の電源インタフェース420a−dの動作状態を設定または調整すること(例えば、活性化または非活性化、または電源状態の切り替え)ができる。その結果、同定された電源インタフェース420a−dに接続された電気デバイス50a−dを制御することができる。考慮している電気デバイス50a−dがオフされていたら、それをオン状態に遷移させることができる。さもなくば、考慮している電気デバイス50a−dをオン状態からオフ状態へ遷移させることができる。
Exemplary Device Control Processing Features Upon receiving at least one of a visual stimulus generator ID, device ID, and power interface ID, the system control and communication unit 200 activates the second communication module 250 and associated device control. Commands can be sent to the multi-device power interface unit 400. For example, the system control and communication unit 200 can send a device control command including an ID such as a device ID and / or a power interface ID to the multi-device power interface unit 400. In response to this, the multi-device power interface unit 400 issues an appropriate power interface control command to the relay module 460, thereby determining the operation status of the specific power interface 420a-d related to the received power interface ID or device ID. Can be set or adjusted (eg, activated or deactivated, or switched power state). As a result, the electrical devices 50a-d connected to the identified power supply interfaces 420a-d can be controlled. If the electrical device 50a-d under consideration is turned off, it can be transitioned to the on state. Otherwise, the electrical devices 50a-d under consideration can be transitioned from the on state to the off state.

ある実施形態では、マルチデバイス電源インタフェース400への電源インタフェースIDの送信後にシステム制御および通信ユニット200は視覚刺激発生器20a−dを非活性化することができる。ユーザー状態検知モジュール334により検出され得る視覚刺激発生器の活性化指令に関連する覚醒したユーザーの目が閉じた状態の検出といった特定のユーザー挙動の検出に応じて、視覚刺激発生器20a−dは再活性化され得る。   In some embodiments, the system control and communication unit 200 can deactivate the visual stimulus generators 20a-d after sending the power interface ID to the multi-device power interface 400. In response to detecting a specific user behavior, such as detecting a closed state of the awake user's eyes associated with a visual stimulus generator activation command that can be detected by the user state detection module 334, the visual stimulus generators 20a-d Can be reactivated.

図6は、本開示の実施形態に係る代表的なSSVEPに基づく電気デバイスまたはアプライアンス制御処理600のフローチャートである。実施形態に係る処理600において、第1の処理部分602において、システム機器構成パラメータが設定される。システム機器構成パラメータは、考慮すべき電気デバイス50a−dの数、EEGサンプリングパラメータ(例えば、サンプリングレートおよび/またはデバイス同定の試行中に考慮すべきサンプル数)、同定タイムアウト期間または同定試行数、視覚刺激発生器の活性化指令を表し得る両目が閉じた活性期間、および/または視覚刺激発生器アイコン22a−dまたはIDと電気デバイスアイコン52a−dまたはIDおよび電源インタフェースアイコン422a−dまたはIDの一方または両方との間の一式の関連性を含み得る。多くの実施形態において、機器構成パラメータは機器構成GUI500により設定され得る。機器構成パラメータはデバイス同定ユニットの機器構成メモリ340に格納され得る。   FIG. 6 is a flowchart of an exemplary SSVEP-based electrical device or appliance control process 600 according to an embodiment of the present disclosure. In the processing 600 according to the embodiment, in the first processing portion 602, system device configuration parameters are set. The system equipment configuration parameters include the number of electrical devices 50a-d to consider, EEG sampling parameters (eg, sampling rate and / or number of samples to consider during device identification trial), identification timeout period or number of identification trials, visual Active period in which both eyes are closed, which may represent a stimulus generator activation command, and / or one of visual stimulus generator icon 22a-d or ID and electrical device icon 52a-d or ID and power interface icon 422a-d or ID Or a set of associations between both. In many embodiments, device configuration parameters may be set by the device configuration GUI 500. Device configuration parameters may be stored in device configuration memory 340 of the device identification unit.

第2の処理部分604において、ユーザーに関連する校正データまたはパラメータが取得、生成、または取り込まれる。校正データは、機器構成メモリ340に格納され得る両目閉眼校正データおよび両目開眼校正データを含み得る。第3の処理部分606において、視覚刺激発生器20a−dが活性状態に遷移され、第4の処理部分608において、ユーザーの自力の挙動に関連する視覚刺激発生器の活性化指令が検出されたかが判定される。活性化指令は、所定の期間、例えば、およそ2秒間存在または継続する覚醒したユーザーが両目を閉じた状況の検出に例えば関連し得る。もし適当な期間に亘って覚醒したユーザーが両目を閉じた状況が検出されなければ、例えば、覚醒したユーザーが意図的に視覚刺激発生器の活性化指令を生成しない、または、ユーザーが眠ってしまうことで、処理600は第4の処理部分608に留まり得る。   In a second processing portion 604, calibration data or parameters associated with the user are acquired, generated, or captured. The calibration data may include both-eye closed eye calibration data and both-eye open eye calibration data that can be stored in the device configuration memory 340. In the third processing portion 606, the visual stimulus generators 20a-d are transitioned to the active state, and in the fourth processing portion 608, whether an activation command of the visual stimulus generator related to the user's own behavior is detected. Determined. The activation command may be related to, for example, detection of a situation where an awake user who has existed or continued for a predetermined period of time, eg, approximately 2 seconds, closed both eyes. If a user who has been awake for a reasonable period of time does not detect a situation where his eyes are closed, for example, the awake user will not intentionally generate a visual stimulus generator activation command or the user will sleep As such, process 600 may remain in fourth process portion 608.

視覚刺激発生器を活性化させるユーザー指令の検出に続いて、第5の処理部分610において、視覚刺激発生器20a−dが活性化され、第6の処理部分612において、視覚刺激発生器20a−dが活性化しているときにSSVEPの生成に関連するEEGデータが捕捉される。第7の処理部分620において、デバイス同定の試行が開始され、その間にデバイス同定動作が行われて特定の視覚刺激発生器20a−d、特定の電気デバイス50a−d、および/または特定の電源インタフェース420a−dが同定され得る。第8の処理部分630において、同定タイムアウト内に特定の視覚刺激発生器20a−d、特定の電気デバイス50a−d、および/または特定の電源インタフェース420a−dの同定が成功したかが判定される。もしそうであれば、第9の処理部分632において、適当な制御指令が発せられ、同定された視覚刺激発生器20a−dに関連する電気デバイス50a−dの動作が制御される。第9の処理部分632において、ユーザーが注視していた視覚刺激発生器20a−dとして自動的に同定された視覚刺激発生器20a−dに関連する特定の電気デバイス50a−dの動作状態が設定または遷移され得る(例えば、電源状態を切り替える)。   Following detection of a user command to activate the visual stimulus generator, in the fifth processing portion 610, the visual stimulus generator 20a-d is activated and in the sixth processing portion 612, the visual stimulus generator 20a- EEG data related to the generation of SSVEP is captured when d is activated. In a seventh processing portion 620, a device identification attempt is initiated, during which device identification operations are performed to identify a particular visual stimulus generator 20a-d, a particular electrical device 50a-d, and / or a particular power interface. 420a-d can be identified. In an eighth processing portion 630, it is determined whether identification of a particular visual stimulus generator 20a-d, a particular electrical device 50a-d, and / or a particular power interface 420a-d is successful within an identification timeout. . If so, in the ninth processing portion 632, appropriate control commands are issued to control the operation of the electrical devices 50a-d associated with the identified visual stimulus generators 20a-d. In a ninth processing portion 632, the operating state of the particular electrical device 50a-d associated with the visual stimulus generator 20a-d that was automatically identified as the visual stimulus generator 20a-d that the user was gazing at is set. Or it can be transitioned (e.g., switch power state).

第10の処理部分634において、一つ以上の視覚刺激発生器が非活性化された状況が発生したかが判定される。そのような状況は最新の成功したデバイス同定の試行、またはタイムアウト期間を過ぎてデバイス同定の試行が失敗したことに関連し得る。不活性化状態が発生した、または、デバイス同定が成功せずに同定タイムアウト期間が過ぎた場合、第11の処理部分640において、視覚刺激発生器20a−dが利用不可能にされ、その後処理600は第3の処理部分606に戻り、視覚刺激発生器が(再)活性化される状況が発生したかが判定される。   In a tenth processing portion 634, it is determined whether a situation has occurred in which one or more visual stimulus generators have been deactivated. Such a situation may be related to the latest successful device identification attempt, or the device identification attempt failed after a timeout period. In the eleventh processing portion 640, the visual stimulus generators 20a-d are disabled and then processed 600 if an inactive state occurs or if the identification timeout period has passed without successful device identification. Returns to the third processing portion 606 to determine if a situation has occurred in which the visual stimulus generator is (re) activated.

図7は、本開示の実施形態に係る代表的な基準パラメータ生成処理700のフローチャートである。実施形態に係る処理700において、第1の処理部分702において、両目が開いた基準EEGデータが捕捉され、複数の視覚刺激発生器の基本周波数、それら基本周波数に対する所定のカスの高調波、および考慮している基本周波数および高調波周波数に対する所定の周波数オフセットに関連する複数の基準パワースペクトル密度振幅プリミティブbが生成される。第2の処理部分704において、考慮している基本周波数および基本周波数の高調波に関連する代表または平均の基準パワースペクトル密度振幅プリミティブbnkが生成され、第3の処理部分706において、考慮している各基本周波数に関連する合成基準パワースペクトル密度振幅値BLが生成される。第4の処理部分708において、合成基準パワースペクトル密度振幅値BLを用いてデバイス同定閾値Tが生成される。 FIG. 7 is a flowchart of an exemplary reference parameter generation process 700 according to an embodiment of the present disclosure. In a process 700 according to an embodiment, in a first process portion 702, reference EEG data with both eyes open is captured, and the fundamental frequencies of a plurality of visual stimulus generators, a predetermined dash harmonic relative to these fundamental frequencies, and considerations A plurality of reference power spectral density amplitude primitives b are generated that are associated with a predetermined frequency offset relative to the fundamental and harmonic frequencies being generated. In the second processing portion 704, representative or average reference power spectral density amplitude primitives b nk associated with the fundamental frequency under consideration and the harmonics of the fundamental frequency are generated, and in the third processing portion 706 A combined reference power spectral density amplitude value BL k associated with each fundamental frequency is generated. In a fourth processing portion 708, the device identification threshold T I is generated using the synthetic reference power spectral density amplitude value BL k.

図8は、本開示の実施形態に係る代表的なデバイス同定処理800のフローチャートである。実施形態に係る処理800において、第1の処理部分802において、ユーザーが一式の活性状態の視覚刺激発生器20a−dにおける特定の活性状態の視覚刺激発生器20a−dを注視している間にEEGデータが捕捉される。第2の処理部分804において、活性状態の視覚刺激発生器20a−dに関連する基本周波数、それら基本周波数の所定数の高調波(例えば、1次および2次高調波)、および考慮している基本周波数および高周波周波数に対する所定の周波数オフセット(例えば、周波数オフセットδに相当)に関連する複数の活性パワースペクトル密度振幅プリミティブgが生成される。第3の処理部分806において、考慮している基本周波数および基本周波数の高調波に関連する基準参照代表または平均活性パワースペクトル密度振幅基関数gnkが生成され、第4の処理部分808において、代表または平均活性パワースペクトル密度振幅基関数を用いて各基本周波数fに関連する合成活性パワースペクトル密度振幅値gが生成される。 FIG. 8 is a flowchart of an exemplary device identification process 800 according to an embodiment of the present disclosure. In process 800 according to an embodiment, during a first process portion 802, while a user is gazing at a particular active visual stimulus generator 20a-d in a set of active visual stimulus generators 20a-d. EEG data is captured. In the second processing portion 804, the fundamental frequencies associated with the active visual stimulus generators 20a-d, a predetermined number of harmonics (eg, first and second harmonics) of those fundamental frequencies, and considerations. A plurality of active power spectral density amplitude primitives g are generated that are associated with a predetermined frequency offset (eg, corresponding to a frequency offset δ) with respect to the fundamental frequency and the high frequency. In a third processing portion 806, a reference reference representative or average active power spectral density amplitude basis function g nk associated with the considered fundamental frequency and harmonics of the fundamental frequency is generated, and in a fourth processing portion 808, a representative Alternatively , a composite active power spectral density amplitude value g k associated with each fundamental frequency f k is generated using an average active power spectral density amplitude basis function.

第5の処理部分810において、各基本周波数に関連する閾値活性パワースペクトル密度振幅値gTkが生成される。ある実施形態では、第5の処理部分において、各合成活性パワースペクトル密度振幅値gとデバイス同定閾値Tとが比較され得る。合成活性パワースペクトル密度振幅値gがデバイス同定閾値T以上であれば、第5の処理部分において、関連する合成基準パワースペクトル密度振幅値BLに対して合成活性パワースペクトル密度振幅値gが参照され、閾値活性パワースペクトル密度振幅値gTkが合成活性パワースペクトル密度振幅値gと合成基準パワースペクトル密度振幅値BLとの差に設定される。もし合成活性パワースペクトル密度振幅値gがデバイス同定閾値Tよりも小さければ、閾値活性パワースペクトル密度振幅値gTkはゼロに設定され得る。 In a fifth processing portion 810, a threshold active power spectral density amplitude value g Tk associated with each fundamental frequency is generated. In an embodiment, in the fifth processing portion, each combined active power spectral density amplitude value g k and the device identification threshold T I can be compared. If synthesis activity power spectral density amplitude g k is the device identification threshold T I above, in the processing portion of the fifth, related synthetic reference power spectral density amplitude value BL k on the combined activity power spectral density amplitude g k And the threshold active power spectral density amplitude value g Tk is set to the difference between the synthetic active power spectral density amplitude value g k and the synthetic reference power spectral density amplitude value BL k . If the combined active power spectral density amplitude value g k is smaller than the device identification threshold value T I , the threshold active power spectral density amplitude value g Tk can be set to zero.

第6の処理部分812において、主要または最大活性パワースペクトル密度振幅値Gを閾値活性パワースペクトル密度振幅値gTkから判定することができるかが判定される。もしそうであれば、第7の処理部分814において、最大活性パワースペクトル密度振幅値Gに関連する主要基本周波数fが同定され、第8の処理部分816において、主要基本周波数fでまたは基本的に主要基本周波数fで駆動された特定の視覚刺激発生器20a−dが同定される。さらに、第9の処理部分818において、視覚刺激発生器ID、電気デバイスID、および電源インタフェースIDの少なくとも一つがシステム制御および通信ユニット200に送信され、同定された視覚刺激発生器20a−dに関連する特定の電気デバイス50a−dの動作状態(例えば、電源状態)が設定、調整、または切り替えられる。 In a sixth processing portion 812, it is determined whether the main or maximum active power spectral density amplitude value G can be determined from the threshold active power spectral density amplitude value gTk . If so, the processing portion 814 of the seventh, major fundamental frequency f D associated with maximum activity power spectral density amplitude values G have been identified, the processing portion 816 of the eighth or the primary fundamental frequency f D Basic major basic frequency f particular visual stimulus generator 20a-d, which are driven by D is identified manner. Further, in a ninth processing portion 818, at least one of the visual stimulus generator ID, electrical device ID, and power interface ID is transmitted to the system control and communication unit 200 and associated with the identified visual stimulus generator 20a-d. The operating state (for example, power state) of the specific electrical device 50a-d to be set is set, adjusted, or switched.

主要活性パワースペクトル密度振幅値が存在しなければ、第10の処理部分820において、同定タイムアウト期間またはデバイス同定試行の最大回数が超えたかが判定される。もしそうでなければ、処理800は第1の処理部分802に戻る。それ以外の場合、第11の処理部分822において、システム制御および通信ユニット200に同定失敗が通知され、それに応じて視覚刺激発生器20a−dが非活性化され得る。   If there is no primary active power spectral density amplitude value, then in a tenth processing portion 820 it is determined whether the identification timeout period or the maximum number of device identification attempts has been exceeded. If not, process 800 returns to first process portion 802. Otherwise, in the eleventh processing portion 822, the system control and communication unit 200 is notified of the identification failure and the visual stimulus generators 20a-d can be deactivated accordingly.

以上のように、本開示のさまざまな実施形態は上記の課題の少なくとも一つの課題を解決するためのものである。これら実施形態は下記の特許請求の範囲に当然含まれるものであり、記述したような特定の形態や要素の配置に限定されず、当業者であれば本開示から下記の特許請求の範囲に当然含まれるさまざまな変形および/または修正を思いつくであろう。   As described above, various embodiments of the present disclosure are for solving at least one of the above-described problems. These embodiments are naturally included in the scope of the following claims, and are not limited to the specific forms and arrangement of elements as described, and those skilled in the art will naturally fall within the scope of the following claims from the present disclosure. Various variations and / or modifications will be conceived which may be included.

Claims (27)

個人の脳により生成されるSSVEPに基づく一式のデバイス制御方法であって、
前記個人が、一式の基本周波数f における基本周波数f にほぼ等しい周波数の視覚刺激がない基準の景色を注視していた間に前記個人の脳により生成されるEEG信号に関連する第1のEEGデータを提供し、
前記第1のEEGデータに関連するとともに前記一式の基本周波数fおよび各基本周波数fの一式の高調波倍数nfに関連する複数の基準パワースペクトル密度振幅値を生成し、
前記複数の基準パワースペクトル密度振幅値を用いてデバイス同定閾値Tを生成し、
各視覚刺激発生器が前記一式の基本周波数fにおける関連する基本周波数fにほぼ等しい固有の提示周波数で視覚刺激を提供する一式の視覚刺激発生器における特定の視覚刺激発生器に前記個人が注視していた間に前記個人の脳により生成されるSSVEPに関連する第2のEEGデータを生成し、
前記第2のEEGデータに関連するとともに前記一式の基本周波数fおよび前記一式の高調波倍数nfに関連する複数の活性パワースペクトル密度振幅値を生成し、
少なくとも一つの基準パワースペクトル密度振幅値および前記デバイス同定閾値T と前記活性パワースペクトル密度振幅値との比較に基づいて前記複数の活性パワースペクトル密度振幅値における各活性パワースペクトル密度振幅値を選択的にスケーリングすることで複数の閾値活性パワースペクトル密度振幅値を生成し、
主要活性パワースペクトル密度振幅値が前記複数の閾値活性パワースペクトル密度振幅値に関連して存在するかを判定する、方法。
A set of device control methods based on SSVEP generated by an individual brain,
The individual, the first relating to EEG signals generated by the individual brain while it was gazing views of the reference there is no visual stimulation frequency approximately equal to the fundamental frequency f k at the fundamental frequency f k of a set Providing EEG data,
Generating a plurality of reference power spectral density amplitude values associated with the harmonic multiples nf k of a set of fundamental frequency f k and the fundamental frequency f k of the set as well as associated with the first EEG data,
Generates device identification threshold T I using the plurality of reference power spectral density amplitude value,
The personal to a particular visual stimulus generator in each visual stimulus generator set of visual stimulus generator to provide a visual stimulus in substantially equal specific presentation frequency associated fundamental frequency f k at the fundamental frequency f k of the set is Generating second EEG data related to SSVEP generated by the individual's brain while gazing,
Generating a plurality of active power spectral density amplitude values related to the second EEG data and related to the set of fundamental frequencies f k and the set of harmonic multiples nf k ;
Selectively at least one reference power spectral density amplitude value and each active power spectral density amplitude values in the plurality of active power spectral density amplitude values based on a comparison between the active power spectral density amplitude value and the device identification threshold T I Generate multiple threshold active power spectral density amplitude values by scaling to
A method of determining whether a primary active power spectral density amplitude value exists in association with the plurality of threshold active power spectral density amplitude values.
主要活性パワースペクトル密度振幅値に関連するとともに前記一式の基本周波数fにおける特定の基本周波数fに等しい優位周波数fを同定し、
前記優位周波数fに関連する提示周波数で視覚刺激を提供する前記一式の視覚刺激発生器における視覚刺激発生器を同定する、請求項の方法。
Identified dominant frequency f D is equal to a specific fundamental frequency f k at the fundamental frequency f k of the set with associated principal active power spectral density amplitude value,
The method of claim 1 , wherein a visual stimulus generator in the set of visual stimulus generators providing a visual stimulus at a presentation frequency associated with the dominant frequency f D is identified.
前記優位周波数fに関連する提示周波数で視覚刺激を提供する前記視覚刺激発生器に関連する電気デバイスを同定し、
前記優位周波数fに関連する提示周波数で視覚刺激を提供する前記視覚刺激発生器に関連する前記電気デバイスの動作状態を設定または調整する、請求項の方法。
The identified electrical device associated with the visual stimulus generator to provide a visual stimulus at asking frequency associated with the dominant frequency f D,
The dominant frequency f D the set or adjust the operating state of the electrical device associated with the visual stimulus generator to provide a visual stimulus at asking frequency associated with the method of claim 2.
前記電気デバイスの動作状態の設定または調整において、デバイス制御指令に応じて前記デバイスの動作状態を自動制御するデバイスインタフェースユニットへデバイス制御指令を発行する、請求項の方法。 4. The method according to claim 3 , wherein, in setting or adjusting an operation state of the electrical device, a device control command is issued to a device interface unit that automatically controls the operation state of the device in response to a device control command. 前記デバイスインタフェースユニットが前記デバイス制御指令に応じて前記デバイスの電源状態を切り替えるものである、請求項の方法。 The method according to claim 4 , wherein the device interface unit switches a power state of the device in response to the device control command. 前記一式の視覚刺激発生器における各視覚刺激発生器が個別の電気デバイスに関連する、請求項の方法。 4. The method of claim 3 , wherein each visual stimulus generator in the set of visual stimulus generators is associated with a separate electrical device. 前記基準の景色が、ユーザーの視界内若しくは近傍のどの視覚刺激発生器及び関連する電気デバイスもオフ状態にあるときの、周囲照明下での標準環境の一部、または、同一若しくは実質的に同一の配色で、広域スペクトルの光学信号源で均一に若しくは実質的に均一に照明された壁の一部を含む、請求項の方法。 Part of the standard environment under ambient lighting, or the same or substantially the same, when the reference scene is in the off state of any visual stimulus generator and associated electrical device in or near the user's field of view in color scheme comprises a portion of uniformly or substantially uniformly illuminated wall optical signal source of a broad spectrum, the method of claim 1. 前記一式の視覚刺激発生器における各視覚刺激発生器を、前記一式の視覚刺激発生器における視覚刺激発生器どうしが区別されるような各視覚刺激発生器による視覚刺激の出力が回避される第1の状態に自動的に遷移させ、Output of visual stimuli by each visual stimulus generator such that each visual stimulus generator in the set of visual stimulus generators is distinguished from each other in the set of visual stimulus generators is avoided. Automatically transition to the state of
(a)前記一式の視覚刺激発生器における各視覚刺激発生器が第1の状態にある、および(b)前記個人が覚醒しているときに所定の期間に亘って両目を閉じた状態にあるとき、前記個人により生成されるEEG信号に関連する第3のEEGデータを提供し、(A) each visual stimulus generator in the set of visual stimulus generators is in a first state; and (b) both eyes are closed for a predetermined period when the individual is awake. Providing third EEG data related to the EEG signal generated by the individual,
前記第3のEEGデータが視覚刺激発生器の活性化指令の発令を表す前記個人による自力の挙動に関連するか判定する、ことをさらに含む請求項1の方法。The method of claim 1, further comprising: determining whether the third EEG data is related to self-behavioral behavior by the individual representing the activation of a visual stimulus generator activation command.
前記視覚刺激発生器の活性化指令の発令に応じて、前記一式の視覚刺激発生器における各視覚刺激発生器を、各視覚刺激発生器が前記一式の視覚刺激発生器における視覚刺激発生器どうしが区別されるような視覚刺激を出力する第2の状態に自動的に遷移させる、ことをさらに含む請求項8に記載の方法。In response to the activation command of the visual stimulus generator, each visual stimulus generator in the set of visual stimulus generators, and each visual stimulus generator in the set of visual stimulus generators is connected to each other. 9. The method of claim 8, further comprising automatically transitioning to a second state that outputs a visual stimulus as distinguished. 個人の脳により生成されるSSVEPに基づく一式のデバイス制御システムであって、
各視覚刺激発生器が視覚刺激を出力する一式の視覚刺激発生器と、
各視覚刺激発生器に接続され、選択的に各視覚刺激発生器に前記一式の視覚刺激発生器における視覚刺激発生器どうしが区別されるような視覚刺激を出力させる視覚刺激発生器制御器と、
ユーザーの脳により生成されるEEGデータを捕捉するEEGデータ取得システムと、
デバイス同定システムとを備え、
前記デバイス同定システムは、
処理装置と、
前記処理装置に接続されたメモリとを備え、
前記メモリは、実行されるとデバイス同定動作により前記一式の視覚刺激発生器における特定の視覚刺激発生器を同定するプログラム命令集合を含み、
前記デバイス同定動作は、
前記個人が前記一式の視覚刺激発生器における前記特定の視覚刺激発生器を注視していた間に取得したEEGデータに関連するとともに一式の基本周波数fおよび一式の高調波倍数nfに関連する複数の活性パワースペクトル密度振幅値を生成し、
少なくとも一つの基準パワースペクトル密度振幅値およびデバイス同定閾値T と前記活性パワースペクトル密度振幅値との比較に基づいて前記複数の活性パワースペクトル密度振幅値における各活性パワースペクトル密度振幅値を選択的にスケーリングすることで複数の閾値活性パワースペクトル密度振幅値を生成し、
主要活性パワースペクトル密度振幅値が前記複数の閾値活性パワースペクトル密度振幅値に関連して存在するかを判定する、システム。
A set of device control systems based on SSVEP generated by an individual's brain,
A set of visual stimulus generators, where each visual stimulus generator outputs a visual stimulus;
A visual stimulus generator controller connected to each visual stimulus generator and selectively outputting to each visual stimulus generator a visual stimulus such that the visual stimulus generators in the set of visual stimulus generators are distinguished from each other;
An EEG data acquisition system that captures EEG data generated by the user's brain;
A device identification system,
The device identification system includes:
A processing device;
A memory connected to the processing device,
The memory includes a set of program instructions that, when executed, identify a particular visual stimulus generator in the set of visual stimulus generators by a device identification operation;
The device identification operation is:
Related to EEG data acquired while the individual was gazing at the specific visual stimulus generator in the set of visual stimulus generators and to a set of fundamental frequencies f k and a set of harmonic multiples nf k Generate multiple active power spectral density amplitude values,
At least one reference power spectral density amplitude value and the device identification threshold T I and selectively each active power spectral density amplitude values in the plurality of active power spectral density amplitude values based on a comparison between the active power spectral density amplitude value Generate multiple threshold active power spectral density amplitude values by scaling,
A system for determining whether a primary active power spectral density amplitude value exists in association with the plurality of threshold active power spectral density amplitude values.
前記デバイス同定動作は、主要活性パワースペクトル密度振幅値に関連するとともに前記一式の基本周波数fにおける特定の基本周波数fに等しい優位周波数fを判定し、
前記優位周波数fに関連する周波数で視覚刺激を出力する前記一式の視覚刺激発生器における視覚刺激発生器を同定する、請求項10のシステム。
The device identification operation determines dominant frequency f D is equal to a specific fundamental frequency f k at the fundamental frequency f k of the set with associated principal active power spectral density amplitude value,
Wherein identifying a visual stimulus generator at the dominant frequency f said set of visual stimuli generator for outputting a visual stimulus in the relevant frequency D, system of claim 10.
前記デバイス同定動作は、前記優位周波数fに関連する周波数で視覚刺激を出力する前記視覚刺激発生器に関連する電気デバイスを同定する、請求項11のシステム。 The device identification operation identifies an electrical device associated with the visual stimulus generator for outputting a visual stimulus at a frequency related to the dominant frequency f D, system of claim 11. 前記デバイス同定動作は、前記優位周波数fに関連する周波数で視覚刺激を出力する前記視覚刺激発生器およびそれに関連する電気デバイスのグループからの少なくとも一つに関連する識別子を出力する、請求項11のシステム。 The device identification operation, outputs at least one related to the identifier from a group of the visual stimulus generator and electrical devices associated therewith for outputting a visual stimulus at a frequency related to the dominant frequency f D, claim 11 System. 前記識別子の受信に応じて、前記優位周波数fに関連する周波数で視覚刺激を出力する前記視覚刺激発生器に関連する前記電気デバイスの動作状態を変化させるシステム制御ユニットを備えている、請求項13のシステム。 Wherein in response to receipt of the identifier includes the dominant frequency f D the system control unit for changing the operating state of the electrical device associated with the visual stimulus generator for outputting a visual stimulus in the relevant frequency, claim 13 systems. 前記システム制御ユニットが前記識別子に基づいて電気デバイス制御指令を出力するものである、請求項14のシステム。 The system of claim 14 , wherein the system control unit outputs an electrical device control command based on the identifier. 前記システム制御ユニットと通信し、前記電気デバイス制御指令に応じて、前記優位周波数fに関連する周波数で視覚刺激を出力する前記視覚刺激発生器に関連する前記電気デバイスの動作状態を設定または調整するデバイス制御インタフェースを備えている、請求項15のシステム。 In communication with the system control unit, in response to the electrical device control command, the dominant frequency f D sets the operating state of the electrical device associated with the visual stimulus generator for outputting a visual stimulus in the relevant frequency or adjust The system of claim 15 comprising a device control interface. 前記デバイス制御インタフェースが、前記電気デバイス制御指令に応じて、前記優位周波数fに関連する周波数で視覚刺激を出力する前記視覚刺激発生器に関連する前記電気デバイスの電源状態を切り替えるものである、請求項16のシステム。 The device control interface in response to said electrical device control command, which switches the power state of the electrical device associated with the visual stimulus generator for outputting a visual stimulus the at frequencies related to the dominant frequency f D, The system of claim 16 . 前記メモリは、実行されると校正動作を行うプログラム命令集合を含む校正ユニットを含み、
前記校正動作は、
前記個人が、一式の基本周波数f における基本周波数f にほぼ等しい周波数の視覚刺激がない基準の景色を注視していた間に前記個人の脳により生成されるEEG信号に関連する基準EEGデータを解析し、
前記基準EEGデータに関連するとともに前記一式の基本周波数fおよび各基本周波数fの前記一式の高調波倍数nfに関連する複数の基準パワースペクトル密度振幅値を生成し、
前記複数の基準パワースペクトル密度振幅値を用いて前記デバイス同定閾値Tを生成する、請求項10のシステム。
The memory includes a calibration unit that includes a set of program instructions that, when executed, perform a calibration operation;
The calibration operation is
The individual, the reference EEG data relating to EEG signals generated by the individual brain while it was gazing views of the reference there is no visual stimulation frequency approximately equal to the fundamental frequency f k at the fundamental frequency f k of a set Analyze
Generating a plurality of reference power spectral density amplitude values associated with the harmonic multiples nf k of the set of fundamental frequency f k and the fundamental frequency f k of the set as well as associated with the reference EEG data,
Generating the device identification threshold T I using the plurality of reference power spectral density amplitude value, according to claim 10 systems.
前記基準の景色が、ユーザーの視界内若しくは近傍のどの視覚刺激発生器及び関連する電気デバイスもオフ状態にあるときの、周囲照明下での標準環境の一部、または、同一若しくは実質的に同一の配色で、広域スペクトルの光学信号源で均一に若しくは実質的に均一に照明された壁の一部を含む、請求項18のシステム。 Part of the standard environment under ambient lighting, or the same or substantially the same, when the reference scene is in the off state of any visual stimulus generator and associated electrical device in or near the user's field of view 19. The system of claim 18 , comprising a portion of a wall that is uniformly or substantially uniformly illuminated by a broad spectrum optical signal source with a color scheme of: 前記処理装置と接続された制御及び通信ユニットをさらに含み、Further comprising a control and communication unit connected to the processing device;
前記制御及び通信ユニットは、前記一式の視覚刺激発生器における各視覚刺激発生器を、前記一式の視覚刺激発生器における視覚刺激発生器どうしが区別されるような各視覚刺激発生器による視覚刺激の出力が回避される第1の状態に自動的に遷移させるように構成され、The control and communication unit is configured to distinguish each visual stimulus generator in the set of visual stimulus generators from visual stimulus by each visual stimulus generator such that the visual stimulus generators in the set of visual stimulus generators are distinguished from each other. Configured to automatically transition to a first state where output is avoided,
前記メモリは、実行されるとユーザー状態検出動作を行うプログラム命令列を有するユーザー状態検出モジュールをさらに含み、The memory further includes a user state detection module having a program instruction sequence that, when executed, performs a user state detection operation;
前記ユーザー状態検出動作は、(a)前記一式の視覚刺激発生器における各視覚刺激発生器が第1の状態にある、および(b)前記個人が覚醒しているときに所定の期間に亘って両目を閉じた状態にあるとき、前記個人により生成されるEEGデータを解析すること、並びに、(a)前記一式の視覚刺激発生器における各視覚刺激発生器が第1の状態にある、および(b)前記個人が覚醒しているときに所定の期間に亘って両目を閉じた状態にあるとき、前記個人により生成されるEEGデータが、視覚刺激発生器の活性化指令の発令を表す前記個人による自力の挙動に関連するか判定することを含む、請求項10に記載のシステム。The user state detection operation includes: (a) each visual stimulus generator in the set of visual stimulus generators is in a first state; and (b) a predetermined period when the individual is awake. Analyzing EEG data generated by the individual when both eyes are closed; and (a) each visual stimulus generator in the set of visual stimulus generators is in a first state; and b) When the individual is awake, when the eyes are closed for a predetermined period of time, the EEG data generated by the individual represents an instruction to activate the visual stimulus generator. 11. The system of claim 10, comprising determining if it relates to self-behavior.
前記制御及び通信ユニットは、前記視覚刺激発生器の活性化指令の発令に応じて、前記一式の視覚刺激発生器における各視覚刺激発生器を、各視覚刺激発生器が前記一式の視覚刺激発生器における視覚刺激発生器どうしが区別されるような視覚刺激を出力する第2の状態に自動的に遷移させるように構成されている、請求項20に記載のシステム。The control and communication unit is configured to output each visual stimulus generator in the set of visual stimulus generators according to an instruction of an activation command of the visual stimulus generator, and each visual stimulus generator includes the set of visual stimulus generators. 21. The system of claim 20, wherein the system is configured to automatically transition to a second state that outputs a visual stimulus such that the visual stimulus generators in the are distinguished. EEG取得ユニットと、各視覚刺激発生器が視覚刺激発生器どうしが区別されるような視覚刺激を出力する一式の視覚刺激発生器と、前記一式の視覚刺激発生器に関連する一式の電気デバイスと、デバイス同定ユニットと、システム制御ユニットとを備え、個人の脳により生成されるSSVEPに基づく一式の電気デバイス制御システムを動作させるためのプログラム命令列であって実行されると前記システムに制御動作を実行させるプログラム命令列を格納しているコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記制御動作は、
前記個人が、一式の基本周波数f における基本周波数f にほぼ等しい周波数の視覚刺激がない基準の景色を注視していた間に前記個人の脳により生成されるEEG信号に関連する第1のEEGデータを取得し、
前記第1のEEGデータに関連するとともに一式の基本周波数fおよび各基本周波数fの一式の高調波倍数nfに関連する複数の基準パワースペクトル密度振幅値を生成し、
前記複数の基準パワースペクトル密度振幅値を用いてデバイス同定閾値Tを生成し、
各視覚刺激発生器が前記一式の基本周波数fにおける関連する基本周波数fにほぼ等しい固有の提示周波数で視覚刺激を提供する一式の視覚刺激発生器における特定の視覚刺激発生器に前記個人が注視していた間に前記個人の脳により生成されるSSVEPに関連する第2のEEGデータを取得し、
前記第2のEEGデータに関連するとともに前記一式の基本周波数fおよび前記一式の高調波倍数nfに関連する複数の活性パワースペクトル密度振幅値を生成し、
少なくとも一つの基準パワースペクトル密度振幅値および前記デバイス同定閾値T と前記活性パワースペクトル密度振幅値との比較に基づいて前記複数の活性パワースペクトル密度振幅値における各活性パワースペクトル密度振幅値を選択的にスケーリングすることで複数の閾値活性パワースペクトル密度振幅値を生成し、
主要活性パワースペクトル密度振幅値が前記複数の閾値活性パワースペクトル密度振幅値に関連して存在するかを判定する、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
An EEG acquisition unit, a set of visual stimulus generators that output visual stimuli such that each visual stimulus generator distinguishes between the visual stimulus generators, and a set of electrical devices associated with the set of visual stimulus generators A sequence of program instructions for operating a set of electrical device control systems based on SSVEP generated by an individual's brain, comprising a device identification unit and a system control unit; A computer-readable recording medium storing a program instruction sequence to be executed,
The control operation is
The individual, the first relating to EEG signals generated by the individual brain while it was gazing views of the reference there is no visual stimulation frequency approximately equal to the fundamental frequency f k at the fundamental frequency f k of a set Get EEG data,
Generating a plurality of reference power spectral density amplitude values associated with the first EEG data and associated with a set of fundamental frequencies f k and a set of harmonic multiples nf k of each fundamental frequency f k ;
Generates device identification threshold T I using the plurality of reference power spectral density amplitude value,
The personal to a particular visual stimulus generator in each visual stimulus generator set of visual stimulus generator to provide a visual stimulus in substantially equal specific presentation frequency associated fundamental frequency f k at the fundamental frequency f k of the set is Obtaining second EEG data related to SSVEP generated by the individual's brain while gazing,
Generating a plurality of active power spectral density amplitude values related to the second EEG data and related to the set of fundamental frequencies f k and the set of harmonic multiples nf k ;
Selectively at least one reference power spectral density amplitude value and each active power spectral density amplitude values in the plurality of active power spectral density amplitude values based on a comparison between the active power spectral density amplitude value and the device identification threshold T I Generate multiple threshold active power spectral density amplitude values by scaling to
A computer readable recording medium for determining whether a primary active power spectral density amplitude value exists in relation to the plurality of threshold active power spectral density amplitude values.
実行されると前記システムに制御動作を実行させるプログラム命令列をさらに含み、
前記制御動作は、
少なくとも一つの基準パワースペクトル密度振幅値および前記デバイス同定閾値Tの比較に基づいて前記複数の活性パワースペクトル密度振幅値における各活性パワースペクトル密度振幅値を選択的にスケーリングすることで複数の閾値活性パワースペクトル密度振幅値を生成し、
主要活性パワースペクトル密度振幅値が前記複数の閾値活性パワースペクトル密度振幅値に関連して存在するかを判定する、請求項22のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
A program instruction sequence that, when executed, causes the system to perform a control action;
The control operation is
At least one reference power spectral density amplitude value and the device identification threshold T I multiple thresholds activity of each active power spectral density amplitude values in the plurality of active power spectral density amplitude value based on the comparison selectively to scaling Generate power spectral density amplitude value,
23. The computer readable recording medium of claim 22, wherein a determination is made as to whether a primary active power spectral density amplitude value exists in association with the plurality of threshold active power spectral density amplitude values.
実行されると前記システムに制御動作を実行させるプログラム命令列をさらに含み、
前記制御動作は、
主要活性パワースペクトル密度振幅値に関連するとともに前記一式の基本周波数fにおける特定の基本周波数fに等しい優位周波数fを同定し、
前記優位周波数fに関連する提示周波数で視覚刺激を提供する前記一式の視覚刺激発生器における視覚刺激発生器を同定する、請求項23のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
A program instruction sequence that, when executed, causes the system to perform a control action;
The control operation is
Identified dominant frequency f D is equal to a specific fundamental frequency f k at the fundamental frequency f k of the set with associated principal active power spectral density amplitude value,
Wherein identifying a visual stimulus generator in the set of visual stimuli generator for providing a visual stimulation presentation frequency associated with the dominant frequency f D, computer-readable medium of claim 23.
実行されると前記システムに制御動作を実行させるプログラム命令列をさらに含み、
前記制御動作は、
前記優位周波数fに関連する提示周波数で視覚刺激を提供する前記視覚刺激発生器に関連する電気デバイスを同定し、
前記優位周波数fに関連する提示周波数で視覚刺激を提供する前記視覚刺激発生器に関連する前記電気デバイスの動作状態を設定または調整する、請求項24のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
A program instruction sequence that, when executed, causes the system to perform a control action;
The control operation is
The identified electrical device associated with the visual stimulus generator to provide a visual stimulus at asking frequency associated with the dominant frequency f D,
The dominant frequency f D wherein the visual stimulus generator set or adjust the operating conditions of the electrical devices associated with providing a visual stimulation presentation frequency associated with, a computer readable recording medium of claim 24.
実行されると前記システムに制御動作を実行させるプログラム命令列をさらに含み、A program instruction sequence that, when executed, causes the system to perform a control action;
前記制御動作は、The control operation is
前記一式の視覚刺激発生器における各視覚刺激発生器を、前記一式の視覚刺激発生器における視覚刺激発生器どうしが区別されるような各視覚刺激発生器による視覚刺激の出力が回避される第1の状態に自動的に遷移させることと、Output of visual stimuli by each visual stimulus generator such that each visual stimulus generator in the set of visual stimulus generators is distinguished from each other in the set of visual stimulus generators is avoided. Automatically transition to the state of
(a)前記一式の視覚刺激発生器における各視覚刺激発生器が第1の状態にある、および(b)前記個人が覚醒しているときに所定の期間に亘って両目を閉じた状態にあるとき、前記個人により生成されるEEGデータを解析することと、(A) each visual stimulus generator in the set of visual stimulus generators is in a first state; and (b) both eyes are closed for a predetermined period when the individual is awake. Analyzing the EEG data generated by the individual,
(a)前記一式の視覚刺激発生器における各視覚刺激発生器が第1の状態にある、および(b)前記個人が覚醒しているときに所定の期間に亘って両目を閉じた状態にあるとき、前記個人により生成されるEEGデータが、視覚刺激発生器の活性化指令の発令を表す前記個人による自力の挙動に関連するか判定することとを含む、請求項22のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。(A) each visual stimulus generator in the set of visual stimulus generators is in a first state; and (b) both eyes are closed for a predetermined period when the individual is awake. And determining whether the EEG data generated by the individual is related to self-behavioral behavior by the individual representing the activation of a visual stimulus generator activation command. Medium.
実行されると、前記視覚刺激発生器の活性化指令の発令に応じて、前記一式の視覚刺激発生器における各視覚刺激発生器を、各視覚刺激発生器が前記一式の視覚刺激発生器における視覚刺激発生器どうしが区別されるような視覚刺激を出力する第2の状態に自動的に遷移させることをさらに含む制御動作を実行させるプログラム命令列をさらに含む、請求項26のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。When executed, each visual stimulus generator in the set of visual stimulus generators and each visual stimulus generator in the set of visual stimulus generators are activated in response to the activation command of the visual stimulus generator. 27. The computer readable record of claim 26, further comprising a program instruction sequence for performing a control action further comprising automatically transitioning to a second state that outputs a visual stimulus such that the stimulus generators are distinguished from each other. Medium.
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