Error-related potential in electroencephalograph signals as brain-computer interface tool for robotic rehabilitation

We introduce in this work a system based on a Brain-Computer Interface and on a robotic device. This work is aimed to acquire the subject's EEG during the execution of simle motor tasks, in order to elicit and acquire a signal called Error-related Potential (ErrP). This signal is associated to the error processing at the neural level. We try to elicit this signal delivering some disturbances during the execution of the motor task. The occurence of a disturbance triggers an attempt of real-time classification of the ErrP by the BCI. The goal of this work are: to evaluate the ability of the device to elicit the ErrP, to investigate about different way to evoke the ErrP, and the implementation of a procedure for the real-time classification of the signal. This work is intended as an early step of a wider project, whose final goal is to use the same apparatus to design a rehabilitative robotic device. This device will implement the paradigm defined as "assistance-as-needed", basing on the detection of the intent of movement by means of the ErrP acquisition. In the final product, the acquisition of an ErrP is used to trigger the assistive action of the robot. The results of this work show that the sistem is suitable for elicit the ErrP, and provide insights about how t improve the performance of the real-time classification.

Si presenta in questo lavoro un sistema, basato sulla Brain Computer Interface e su un dispositivo robotico, volto ad acquisire l'EEG di un soggetto durante l'esecuzioni di semplici task motore e all'induzione ed individuazione di un segnale denominato Error-related Potential, associato al processing degli errori a livello neurale. Tale segnale viene indotto inviando all'utilizzatore dei disturbi durante l'esecuzione della task motoria. L'occorrenza di un disturbo innesca da parte della BCI un tentativo di classificazione del segnale ErrP in tempo reale. Gi obbiettivi del lavoro sono la validazione del dispositivo nell'indurre l'insorgere dell'ErrP, un'investigazione sull'ErrP e su vari modi per evocarlo, e l'implementazione di una procedura per il riconoscimento in tempo reale del segnale. Il lavoro va inserito all'interno di un progetto più grande, il cui scopo finale è impiegare la stessa strumentazione per progettare un dispositivo robotico riabilitativo, che implementi il paradigma definito "assistance-as-needed" basandosi sulla rilevazione dell'intenzione di movimento tramite l'acquisizione dell'ErrP. Nel prodotto finale, il riconoscimento di un ErrP viene impiegato come trigger per erogare l'azione assistiva del robot. I risultati di questo lavoro mostrano come il sistema sia adatto ad indurre l'ErrP, e forniscono indicazioni su come migliorare la performance della classificazione in tempo reale.