Publicação: Examining brain and eye-tracking signals integration during exergame session: a case study with a post-stroke patient
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
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Resumo
Considerando os efeitos do AVC no tecido cerebral e o comprometimento motor correlato, o emprego da reabilitação com realidade virtual (RV) pode ser um aliado na ativação neuroplástica. Uma nova abordagem RV para a detecção de atenção e imersão, através de biopotenciais é apresentada com base nas características dos sinais elétricos cerebrais e sinais eye-tracking neste estudo. Com vista à demanda competitiva de atenção em nosso cotidiano e a identificação de processos neurais nos sinais de EEG associados a ela, além da disponibilidade de dispositivos portáteis baseados em biopotenciais, torna-se possível interpretações por métricas na caracterização da atenção, imersão e concentração do usuário baseadas em parâmetros extraídos do sinal de EEG e monitoramento eye-tracking (ET). Dados de ET foram
monitorados como potenciais relacionados à fixação do olhar. Em relação às bandas de frequência do EEG relacionadas com a atenção nas formas de imersão e concentração, como métricas da rede cerebral por meio de densidade espectral de potência, as áreas frontal e parieto-occipital foram ativadas nas bandas θ, α e β. A assimetria frontal alfa foi investigada, resultando em mudanças significativas nos estados de imersão, em comparação com o estado de relaxamento. Áreas específicas do cérebro e bandas de frequência foram analisadas: análise frontal de EEG, bem como índices relacionando razão entre bandas de frequência de muitos canais de EEG foram usados para investigação de concentração em duas tarefas de atenção
diferentes. Um maior nível de atenção reflete um aumento no potencial teta (θ) nos eletrodos frontais e, nos eletrodos parietais, um aumento no potencial em relação ao ritmo alfa (α). Como direções futuras, indicamos um maior número de pacientes na investigação, uso de novas características de resposta do sinal cerebral, como tempo de reação e investigações em tempo real através das métricas estabelecidas neste trabalho.
Abstract
Considering the effects of stroke on brain tissue and related motor impairment, the use of rehabilitation with virtual reality (VR) can be an ally in neuroplastic activation. A new VR approach for detecting attention and emotion through biopotentials is presented based on the characteristics of brain electrical signals and eye-tracking signals in this study. With a view to the competitive demand for attention in our daily lives and the identification of neural processes in the EEG signals associated with it, in addition to the availability of portable devices based on biopotentials, it becomes possible to capture by attraction in the characterization of attention,
immersion, and concentration of the user tracked on parameters extracted from the EEG signal and eye-tracking (ET) monitoring. ET data were monitored as potentially related to gaze fixation. Regarding the EEG frequency bands related to attention in the forms of effort and concentration, as metrics of the brain network through power spectral density, the frontal and parieto-occipital areas were activated in the θ, α, and β bands. The alpha frontal asymmetry was investigated, it had significant changes in the immersion states, compared to the relaxed state. Specific brain areas and frequency bands were surveyed: frontal analysis of EEG as well as
indices relating ratios between frequency bands of many EEG channels were used to investigate concentration in two different attentional tasks. A higher level of attention reflects an increase in theta potential (θ) in the frontal electrodes and, in the parietal electrodes, an increase in potential relative to the alpha rhythm (α). As future considerations, we indicate a greater number of patients in the investigation, and use of new brain signal response characteristics, such as reaction time and real-time thinking through resistances in this work.
Palavras-chave
EEG,, imersão, atenção, concentração, realidade virtual, immersion, attention, concentration, virtual reality
Citação
SOUZA, Rhaíra Helena Caetano e. Examining brain and eye-tracking signals integration during exergame session: a case study with a post-stroke patient. 2023. 92 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.461.