Nové specializované pracoviště pro výzkum biosignálů.
Na Fakultě aplikovaných věd Západočeské univerzity v Plzni se od roku 2003 formuje pracoviště specializované na provádění experimentů a následné zpracování experimentálních dat v oblasti biosignálů, zejména pak EEG signálu (http://neuroinformatics. kiv.zcu.cz/). V současné době disponuje vědecký tým laboratoří vybavenou zařízením k realizaci a záznamu široké škály experimentů, včetně experimentů zaměřených na tzv. evokované potenciály (event-related potentials – ERP). Tyto specifické neuronální odpovědi spojené s konkrétními smyslovými, kognitivními nebo motorickými událostmi jsou součástí EEG aktivity a mohou být z této celkové aktivity extrahovány. V porovnání s behaviorálními přístupy má metoda evokovaných potenciálů výhody v tom, že poskytuje souvislý záznam mozkové aktivity během celé doby zpracování události a umožňuje online monitorování zpracování události v mozku i v případě, že u testovaného subjektu nelze vysledovat žádnou behaviorální odpověď. Jelikož změna potenciálu je snímána přímo na povrchu hlavy, tedy neinvazivně, nejsme omezeni, stejně jako u sběru dalších biosignálů, množstvím dat, která můžeme získat od jednoho subjektu. Vybavení laboratoře Základem laboratoře, která je v posledních letech rozvíjena i v rámci projektu NTIS (Nové technologie pro informační společnost), je profesionální snímací zařízení firmy BrainProducts (EEG, ERP a další biosignály) včetně nahrávacího a analytického softwaru, zvukově a elektricky stíněná komora a podpůrný hardware a software jak pro stimulaci testovaných subjektů, tak pro dlouhodobé uchovávaní a analýzu naměřených dat. Součástí vybavení laboratoře je také automobilový simulátor (přední část vozu Škoda Octavia) a zařízení pro BCI (Brain Computer Interface) aplikace. Část vybavení laboratoře je mobilní, některé typy experimentů včetně měření evokovaných potenciálů lze úspěšně provádět i mimo laboratoř. V současné době pracuje tým na několika větších projektech. V mezinárodním měřítku, jako koordinátor českého národního uzlu pro neuroinformatiku, se podílí na definici a realizaci strategických činností mezinárodní organizace INCF (International Neuroinformatics Coordinating Facility). Tým tak přispívá např. ke standardizaci datového formátu pro elektrofyziologii či vytváření ontologie popisující neurofyziologické experimenty. V rámci ČR se tým podílí na aktivitách Národního telemedicínského centra, spolupracuje s Dopravní fakultou ČVUT, Fakultou pedagogickou ZČU, LF UK v Plzni a Fakultní nemocnicí Plzeň. V laboratoři probíhají experimenty zkoumající vývojovou poruchu koordinace u dětí mladšího školního věku a experimenty zkoumající pozornost řidiče při jízdě (schematicky na obrázku). Na rozdíl od tradičních metod na rozpoznání únavy, které sledují změny chování řidiče, se tým zaměřuje na změny v charakteristice evokovaných potenciálů. Snažíme se vyvinout algoritmus, který bude schopen s vysokou pravděpodobností určit, zda je pozornost řidiče příliš nízká na to, aby mohl bezpečně pokračovat v jízdě. Webový portál pro sdílení metadat K celosvětovým snahám o vytváření dlouhodobě udržitelných databází pro elektrofyziologické experimenty tým přispěl návrhem a implementací vlastního softwarového řešení – EEG/ERP portálu. Tento robustní webový systém zajišťuje autorizovaný přístup k datům, usnadňuje ukládání, správu, zpracování a sdílení experimentálních dat a metadat a jejich interpretaci. Metadata jsou z vnitřního modelu transformována do podoby ontologie, reprezentované v jazycích sémantického webu (RDF, OWL). Registrace portálu v systému Neuroscience Information Framework pak umožňuje snadné vyhledání uložených experimentů prostřednictvím tohoto celosvětového rozcestníku zdrojů z oblasti neurověd. Protože se v praxi během experimentů stále používají papírové formuláře, které jsou posléze přepisovány do počítače, vytvořili jsme i verzi portálu určeného pro mobilní telefony či tablety. Tento systém umožňuje plně elektronický sběr dat synchronizovaných se serverem. Tím se minimalizuje chybovost při přepisu; data jsou navíc okamžitě přístupná uživatelům. Na portál navazuje projekt osobní zdravotní elektronické dokumentace (Personal eHealth Record – PEHR) cílené přímo na „pacienty“, nikoli na lékaře či konkrétní ordinace. PEHR systémy obecně dovolují uživatelům uchovávat a spravovat jejich lékařské záznamy a je na uživateli, zdali si svélékařské zprávy do systému zanese či nikoliv, případně s kým a jak své osobní údaje bude sdílet. Rozhraní mezi mozkem a počítačem I na poli BCI aplikací, které se dají zcela nebo částečně ovládat mozkovými signály, se zaměřujeme především na ty, které využívají princip evokovaných potenciálů. Hlavním cílem je jednak zvýšení úspěšnosti detekce samotných evokovaných potenciálů, a tím zlepšení spolehlivosti aplikace a zvýšení uživatelského komfortu, pojednak nahrazení fáze trénování detekčních algoritmů krátkou fází adaptace, která není pro uživatele časově a mentálně náročná. Velkou pozornost věnujeme umělým neuronovým sítím. Vhodně natrénovaná neuronová síť úspěšně detekuje evokované potenciály a je schopna adaptace na různé uživatele. Na základě přítomnosti evokovaných potenciálů v EEG signálu nebo jejich charakteristiky lze usuzovat na rozhodnutí uživatele a vyslat příkaz externímu zařízení. V oblasti podpůrného hardwaru se tým soustředí na ověření a dopracování prototypu univerzálního hw stimulátoru, jehož koncepce umožňuje vytvářet různorodé experimenty a využívat kombinované akustické a vizuální stimulace. Stimulátor je mobilní a připojitelný k běžným zařízením. Dalším řešeným projektem je pak rozvoj a aplikace biosenzorických sítí v oblasti asistivních technologií. Pracoviště pro výzkum biosignálů centra NTIS Projekt NTIS je financován z Evropského fondu pro regionální rozvoj, č. projektu: CZ.1.05/1.1.00/02.0090.