NEUROBOX: Suite para control de experimentos EEG.

La electroencefalografía (EEG) permite la comprensión del funcionamiento del cerebro a través de la lectura de las señales eléctricas en el mismo, sin embargo, los componentes empleados para generar marcas temporales (triggers) vitales para tener un registro preciso del momento en el que un sujeto r...

Full description

Autores:
Antequera Rocha, Nicolle Andrea
Flórez Sarmiento, Sebastián Andrés
Trocha Manosalva, Neymer David
Tipo de recurso:
Fecha de publicación:
2023
Institución:
Universidad del Norte
Repositorio:
Repositorio Uninorte
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:manglar.uninorte.edu.co:10584/11543
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/10584/11543
Palabra clave:
EEG, marcas temporales, FPGA, sincronización, bioingeniería, señales, cerebral, cerebro
EEG, triggers, FPGA, synchronization, bioengineering, signals, cerebral, brain
Rights
License
Universidad del Norte
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description La electroencefalografía (EEG) permite la comprensión del funcionamiento del cerebro a través de la lectura de las señales eléctricas en el mismo, sin embargo, los componentes empleados para generar marcas temporales (triggers) vitales para tener un registro preciso del momento en el que un sujeto recibe un estímulo y posteriormente poder relacionar estos con la señal EEG son generalmente de un costo elevado. El proyecto consta de un prototipo de hardware y software que permite llevar el control de flujo de los experimentos EEG, enviando triggers correspondientes a los estímulos presentados lo largo de todas las repeticiones. De acuerdo a los criterios de diseño, el prototipo debía recibir y procesar al menos un estímulo visual, uno auditivo y una interacción háptica mediada por un botón con una latencia constante, por ende, se seleccionaron los componentes y se diseñó el hardware teniendo en cuenta la velocidad de procesamiento, la longitud de onda de la luz visible y la sensibilidad relativa para recibir esta, y al combinar estas señales enviar dicha información al equipo de grabación, para ello, se debía codificar un código de 8 bits, reservando 2 de estos para iniciar y finalizar el experimento. Además, se debía dejar notas e instrucciones que permiten hacer flexible la configuración del experimento al poder manipular a criterio del investigador los estímulos a presentar. Para el desarrollo nivel de descripción de hardware, se empleó; una FPGA Altera DE2-115, dada las características inherentes de las FPGA como son velocidad y arquitectura. Fotodiodos, amplificadores operacionales, botones y resistores, se usaron para captar estímulos visuales, auditivos y hápticos. Para la validación y como requerimiento se usó el Biosemi, el cual es un equipo de EEG de uso investigativo. El software desarrollado para generar los estímulos está basado en PsychoPy.
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De acuerdo a los criterios de diseño, el prototipo debía recibir y procesar al menos un estímulo visual, uno auditivo y una interacción háptica mediada por un botón con una latencia constante, por ende, se seleccionaron los componentes y se diseñó el hardware teniendo en cuenta la velocidad de procesamiento, la longitud de onda de la luz visible y la sensibilidad relativa para recibir esta, y al combinar estas señales enviar dicha información al equipo de grabación, para ello, se debía codificar un código de 8 bits, reservando 2 de estos para iniciar y finalizar el experimento. Además, se debía dejar notas e instrucciones que permiten hacer flexible la configuración del experimento al poder manipular a criterio del investigador los estímulos a presentar. Para el desarrollo nivel de descripción de hardware, se empleó; una FPGA Altera DE2-115, dada las características inherentes de las FPGA como son velocidad y arquitectura. Fotodiodos, amplificadores operacionales, botones y resistores, se usaron para captar estímulos visuales, auditivos y hápticos. Para la validación y como requerimiento se usó el Biosemi, el cual es un equipo de EEG de uso investigativo. El software desarrollado para generar los estímulos está basado en PsychoPy.Electroencephalography (EEG) allows the understanding of the brain functioning through the record of electrical signals on it, however, the components used to generate temporal marks (triggers) which are vital to get an accurate timestamp about the moment at the time when a subject receives a stimulus and subsequently be able to relate these to the EEG signal are usually of a high cost. The project consists in a hardware and software prototype that allows us to carry out the flow control of the EEG experiments, sending triggers corresponding to the stimuli presented in each experiment repetition. According to the design requirements, the prototype must be able to receive and process at least one visual stimulus, one auditory and a haptic interaction mediated by a button with a deterministic latency, therefore, the components were selected and the hardware was designed taking into account the speed processing, the wavelength of the visible light and the relative sensitivity to receive it, in order to combine these signals into a single one to send that information to the recording equipment, To do this, an 8-bit code had to be defined, reserving 2 of these to start and end the experiment. In addition, technical notes and instructions were created that show how to change the experiment software setup allowing to be flexible by being able to manipulate the experiment behavior at the discretion of the researcher. For the hardware description development, an Altera FPGA DE2-115 was used, given the inherent FPGA features such as speed and hardware architecture. Photodiodes, operational amplifiers, buttons, and resistors were used to capture visual, auditory, and haptic stimuli. For validation and as a requirement, the Biosemi was used, which is EEG equipment for research purposes. The software developed to generate stimuli is based on PsychoPy.spaBarranquilla, Universidad del Norte, 2023Universidad del Nortehttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2EEG, marcas temporales, FPGA, sincronización, bioingeniería, señales, cerebral, cerebroEEG, triggers, FPGA, synchronization, bioengineering, signals, cerebral, brainNEUROBOX: Suite para control de experimentos EEG.NEUROBOX: Suite for EEG experiments controlarticlehttp://purl.org/coar/resource_type/c_6501LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748https://manglar.uninorte.edu.co/bitstream/10584/11543/7/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD57ORIGINALNeurobox - Diagrama de bloques - español.pngNeurobox - Diagrama de bloques - español.pngimage/png72129https://manglar.uninorte.edu.co/bitstream/10584/11543/1/Neurobox%20-%20Diagrama%20de%20bloques%20-%20espa%c3%b1ol.pngcd45a24c23d2b6d0ffc7b2d0624a4961MD51Neurobox - Diagrama de bloques - español.pdfNeurobox - Diagrama de bloques - español.pdfapplication/pdf47347https://manglar.uninorte.edu.co/bitstream/10584/11543/2/Neurobox%20-%20Diagrama%20de%20bloques%20-%20espa%c3%b1ol.pdf14111bb13b9b09d8271225bc0dd95b45MD52Prototipo_Neurobox.jpegPrototipo_Neurobox.jpegimage/jpeg168170https://manglar.uninorte.edu.co/bitstream/10584/11543/3/Prototipo_Neurobox.jpeg93d67eced27bed74f88b3410bbf51c0fMD53Prototipo_Neurobox.pdfPrototipo_Neurobox.pdfapplication/pdf146482https://manglar.uninorte.edu.co/bitstream/10584/11543/4/Prototipo_Neurobox.pdf1605bf837de18a6359c1ff60989f6be1MD54Neurobox - Diagrama de bloques - ingles.pngNeurobox - Diagrama de bloques - ingles.pngimage/png69242https://manglar.uninorte.edu.co/bitstream/10584/11543/5/Neurobox%20-%20Diagrama%20de%20bloques%20-%20ingles.png81034c8f54565face03a524f26c5b0a3MD55Neurobox - Diagrama de bloques - ingles.pdfNeurobox - Diagrama de bloques - ingles.pdfapplication/pdf45399https://manglar.uninorte.edu.co/bitstream/10584/11543/6/Neurobox%20-%20Diagrama%20de%20bloques%20-%20ingles.pdfe42d506776ba16166344b9182e516bdfMD5610584/11543oai:manglar.uninorte.edu.co:10584/115432023-06-02 15:47:49.819Repositorio Digital de la Universidad del Nortemauribe@uninorte.edu.coTk9URTogUExBQ0UgWU9VUiBPV04gTElDRU5TRSBIRVJFClRoaXMgc2FtcGxlIGxpY2Vuc2UgaXMgcHJvdmlkZWQgZm9yIGluZm9ybWF0aW9uYWwgcHVycG9zZXMgb25seS4KCk5PTi1FWENMVVNJVkUgRElTVFJJQlVUSU9OIExJQ0VOU0UKCkJ5IHNpZ25pbmcgYW5kIHN1Ym1pdHRpbmcgdGhpcyBsaWNlbnNlLCB5b3UgKHRoZSBhdXRob3Iocykgb3IgY29weXJpZ2h0Cm93bmVyKSBncmFudHMgdG8gRFNwYWNlIFVuaXZlcnNpdHkgKERTVSkgdGhlIG5vbi1leGNsdXNpdmUgcmlnaHQgdG8gcmVwcm9kdWNlLAp0cmFuc2xhdGUgKGFzIGRlZmluZWQgYmVsb3cpLCBhbmQvb3IgZGlzdHJpYnV0ZSB5b3VyIHN1Ym1pc3Npb24gKGluY2x1ZGluZwp0aGUgYWJzdHJhY3QpIHdvcmxkd2lkZSBpbiBwcmludCBhbmQgZWxlY3Ryb25pYyBmb3JtYXQgYW5kIGluIGFueSBtZWRpdW0sCmluY2x1ZGluZyBidXQgbm90IGxpbWl0ZWQgdG8gYXVkaW8gb3IgdmlkZW8uCgpZb3UgYWdyZWUgdGhhdCBEU1UgbWF5LCB3aXRob3V0IGNoYW5naW5nIHRoZSBjb250ZW50LCB0cmFuc2xhdGUgdGhlCnN1Ym1pc3Npb24gdG8gYW55IG1lZGl1bSBvciBmb3JtYXQgZm9yIHRoZSBwdXJwb3NlIG9mIHByZXNlcnZhdGlvbi4KCllvdSBhbHNvIGFncmVlIHRoYXQgRFNVIG1heSBrZWVwIG1vcmUgdGhhbiBvbmUgY29weSBvZiB0aGlzIHN1Ym1pc3Npb24gZm9yCnB1cnBvc2VzIG9mIHNlY3VyaXR5LCBiYWNrLXVwIGFuZCBwcmVzZXJ2YXRpb24uCgpZb3UgcmVwcmVzZW50IHRoYXQgdGhlIHN1Ym1pc3Npb24gaXMgeW91ciBvcmlnaW5hbCB3b3JrLCBhbmQgdGhhdCB5b3UgaGF2ZQp0aGUgcmlnaHQgdG8gZ3JhbnQgdGhlIHJpZ2h0cyBjb250YWluZWQgaW4gdGhpcyBsaWNlbnNlLiBZb3UgYWxzbyByZXByZXNlbnQKdGhhdCB5b3VyIHN1Ym1pc3Npb24gZG9lcyBub3QsIHRvIHRoZSBiZXN0IG9mIHlvdXIga25vd2xlZGdlLCBpbmZyaW5nZSB1cG9uCmFueW9uZSdzIGNvcHlyaWdodC4KCklmIHRoZSBzdWJtaXNzaW9uIGNvbnRhaW5zIG1hdGVyaWFsIGZvciB3aGljaCB5b3UgZG8gbm90IGhvbGQgY29weXJpZ2h0LAp5b3UgcmVwcmVzZW50IHRoYXQgeW91IGhhdmUgb2J0YWluZWQgdGhlIHVucmVzdHJpY3RlZCBwZXJtaXNzaW9uIG9mIHRoZQpjb3B5cmlnaHQgb3duZXIgdG8gZ3JhbnQgRFNVIHRoZSByaWdodHMgcmVxdWlyZWQgYnkgdGhpcyBsaWNlbnNlLCBhbmQgdGhhdApzdWNoIHRoaXJkLXBhcnR5IG93bmVkIG1hdGVyaWFsIGlzIGNsZWFybHkgaWRlbnRpZmllZCBhbmQgYWNrbm93bGVkZ2VkCndpdGhpbiB0aGUgdGV4dCBvciBjb250ZW50IG9mIHRoZSBzdWJtaXNzaW9uLgoKSUYgVEhFIFNVQk1JU1NJT04gSVMgQkFTRUQgVVBPTiBXT1JLIFRIQVQgSEFTIEJFRU4gU1BPTlNPUkVEIE9SIFNVUFBPUlRFRApCWSBBTiBBR0VOQ1kgT1IgT1JHQU5JWkFUSU9OIE9USEVSIFRIQU4gRFNVLCBZT1UgUkVQUkVTRU5UIFRIQVQgWU9VIEhBVkUKRlVMRklMTEVEIEFOWSBSSUdIVCBPRiBSRVZJRVcgT1IgT1RIRVIgT0JMSUdBVElPTlMgUkVRVUlSRUQgQlkgU1VDSApDT05UUkFDVCBPUiBBR1JFRU1FTlQuCgpEU1Ugd2lsbCBjbGVhcmx5IGlkZW50aWZ5IHlvdXIgbmFtZShzKSBhcyB0aGUgYXV0aG9yKHMpIG9yIG93bmVyKHMpIG9mIHRoZQpzdWJtaXNzaW9uLCBhbmQgd2lsbCBub3QgbWFrZSBhbnkgYWx0ZXJhdGlvbiwgb3RoZXIgdGhhbiBhcyBhbGxvd2VkIGJ5IHRoaXMKbGljZW5zZSwgdG8geW91ciBzdWJtaXNzaW9uLgo=