Probabilistic Graphical Models for ERP-Based Brain Computer Interfaces

An event related potential (ERP) is an electrical potential recorded from the nervous system of humans or other animals. An ERP is observed after the presentation of a stimulus. Some examples of the ERPs are P300, N400, among others. Although ERPs are used very often in neuroscience, its generation is not yet well understood and different theories have been proposed to explain the phenomena. ERPs could be generated due to changes in the alpha rhythm, an internal neural control that reset the ongoing oscillations in the brain, or separate and distinct additive neuronal phenomena. When different repetitions of the same stimuli are averaged, a coherence addition of the oscillations is obtained which explain the increase in amplitude in the signals. Two ERPs are mostly studied: N400 and P300. N400 signals arise when a subject tries to make semantic operations that support neural circuits for explicit memory. N400 potentials have been observed mostly in the rhinal cortex. P300 signals are related to attention and memory operations. When a new stimulus appears, a P300 ERP (named P3a) is generated in the frontal lobe. In contrast, when a subject perceives an expected stimulus, a P300 ERP (named P3b) is generated in the temporal – parietal areas. This implicates P3a and P3b are related, suggesting a circuit pathway between the frontal and temporal–parietal regions, whose existence has not been verified. Un potencial relacionado con un evento (ERP) es un potencial eléctrico registrado en el sistema nervioso de los seres humanos u otros animales. Un ERP se observa tras la presentación de un estímulo. Aunque los ERPs se utilizan muy a menudo en neurociencia, su generación aún no se entiende bien y se han propuesto diferentes teorías para explicar el fenómeno. Una interfaz cerebro-computador (BCI) es un sistema de comunicación en el que los mensajes o las órdenes que un sujeto envía al mundo exterior proceden de algunas señales cerebrales en lugar de los nervios y músculos periféricos. La BCI utiliza ritmos sensorimotores o señales ERP, por lo que se necesita un clasificador para distinguir entre los estímulos correctos y los incorrectos. En este trabajo, proponemos utilizar modelos probabilísticos gráficos para el modelado de la dinámica temporal y espacial de las señales cerebrales con aplicaciones a las BCIs. Los modelos gráficos han sido seleccionados por su flexibilidad y capacidad de incorporar información previa. Esta flexibilidad se ha utilizado anteriormente para modelar únicamente la dinámica temporal. Esperamos que el modelo refleje algunos aspectos del funcionamiento del cerebro relacionados con los ERPs, al incluir información espacial y temporal.

• Autores: Cristancho Cuervo, Jorge Humberto
• Tipo de recurso: Doctoral thesis
• Fecha de publicación: 2022
• Institución: Universidad del Norte
• Repositorio: Repositorio Uninorte
• Idioma: eng
• OAI Identifier: oai:manglar.uninorte.edu.co:10584/11409
• Acceso en línea: http://hdl.handle.net/10584/11409
• Palabra clave: Receptores sensoriales; Probabilidades; Sistema nervioso; Electroencefalograma
• Rights: openAccess
• License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/