Sviluppo di un sistema Brain-Computer Interface per il controllo ambientale

A Brain-computer Interface (BCI) is a system that allow non muscular communication between man and machine, based on the acquisition (not-invasive) and the real time elaboration of the cerebral activity. The BCIs are predominantly based on the electroencephalography signal (EEG), in which some characteristics (e.g. frequency components, response to sensory stimuli) correlate with the user’s trials cognitive specifying his intentions, also in absence of a motor behavior. BCI systems constitute in perspective a aid to the communication and control for people with serious motor disability or for people that temporarily are in situations or environment that reduce which their mobility, for example the astronauts. From 90s BCI system are object of scientific investigation (more than 500 jobs were published only in the 2009), but studies on the usability of BCI system for daily life activities still miss. The developed job is finalized to the translation of the available knowledge in BCI field, with the purpose of bring it out from the research laboratory. This work starts from a survey of the available knowledge in literature, with particular attention to the neurological mechanisms for the not-muscular communication. Then we as passed to the development and validation of non visual user interface, directed to favor the portability and the use in competition with actions that would interfere with the visual attention. Furthermore we developed and validated a system for the domotic control usable through a BCI. Finally we passed to the planning and realization of embedded devices for the implementation of a BCI.

Una Brain-Computer Interface (BCI) è un sistema per la comunicazione non muscolare tra uomo e macchina, basata sull’acquisizione (non-invasiva) e l’elaborazione in tempo reale dell’attività cerebrale. Le BCI sono prevalentemente basate sul segnale elettroencefalografico (EEG), nel quale alcune caratteristiche (e.g. componenti in frequenza, risposte a stimoli sensoriali) correlano con processi cognitivi dell’utente che ne specificano l’intenzione, anche in assenza di un comportamento motorio. Esse costituiscono in prospettiva un sistema di ausilio alla comunicazione e controllo per persone con gravi disabilità motorie o per persone che solo temporaneamente si trovano in situazione o ambienti in cui la loro mobilità risulta ridotta, si pensi ad esempio agli astronauti. Dagli anni ‘90 sono oggetto d’indagine scientifica (più di 500 lavori pubblicati solo nel 2009), ma mancano ancora studi sull’utilizzabilità di sistemi basati sul BCI per le attività della vita quotidiana. Il lavoro svolto è stato finalizzato alla traslazione delle conoscenze disponibili in campo BCI, al fine di favorirne l’utilizzo al di fuori del laboratorio di ricerca Si è partiti da un survey delle conoscenze disponibili in letteratura, con particolare attenzione ai meccanismi neurologici per la comunicazione non-muscolare. E si è poi passati allo sviluppo e validazione di interfacce utente non visive, volte a favorire la portabilità e l’utilizzo in concorrenza con azioni che interferirebbero con l’attenzione visiva. Inoltre si è sviluppato e validato un sistema per il controllo domotico utilizzabile tramite un BCI. Infine si è passati alla progettazione e realizzazione di dispositivi embedded per l’implementazione di un BCI.