¿Existen aplicaciones útiles para el EEG de consumo de tres canales?

Punto por punto:

La diadema Melon tiene tres electrodos. Nuestro electrodo principal está en la región de la frente conocida como FP1, donde Melon puede monitorear la actividad de las ondas cerebrales desde la corteza prefrontal.

El problema con esto es que la electricidad no funciona así. La corriente siempre fluye entre dos puntos y nuestros electrodos miden el potencial entre dos ubicaciones. Después de su descubrimiento por Tönnies en algún lugar de 1938, la mayoría de los amplificadores EEG han tenido un diseño de amplificador diferencial. Eso significa que cada registro de electrodo se compone de 3 sitios diferentes: el electrodo de tierra, la referencia y el sitio objetivo. Lo que se informa como actividad en FPz es verdaderamente ((FPz-Ground) - (Reference-Ground)).
Lo que esto implica es que nuestra medición en el llamado electrodo activo no es una medida aislada de la actividad directamente debajo de ese electrodo, sino una combinación de la actividad subyacente en múltiples sitios. Entonces, lo que observe en una configuración de este tipo depende en gran medida de dónde se encuentre su Referencia. No pude encontrar dónde se encuentra la referencia de Melon, pero tiene que estar en algún lugar de la banda para la cabeza. La banda para la cabeza rodea el cráneo y todas las posiciones permitidas por la banda para la cabeza son sobre áreas corticales.
Las ubicaciones típicas para Reference son Cz, Nose o el promedio, ninguno de los cuales es posible o significativo en un contexto de diadema de 3 electrodos. Posiblemente, la referencia se ubica sobre los lóbulos temporal u occipital.

Entonces, lo que Melon informará como actividad en FPz será en realidad una mezcla entre la actividad en FPz y la actividad en algún otro sitio también por encima de la corteza. (Es posible que colocaran su Terreno muy cerca de la Referencia, lo cual es una configuración muy inusual...)

Además, los electrodos individuales nunca detectan sitios cerebrales aislados. Los campos eléctricos, como los proyectados por los cúmulos corticales disparados en sincronía, se propagan como un campo. Por lo tanto, cada sitio de grabación recoge una mezcla distinta de todo el cerebro. La actividad de los sitios más cercanos al electrodo será algo más fuerte ya que la intensidad del campo disminuye con el cuadrado de la distancia, pero la parte de la corteza directamente debajo del electrodo seguirá siendo abrumada por la actividad sumada de todo lo que está al lado y debajo de él.
Tanto más cuanto que los patrones de actividad más fuertes de la corteza provienen de los lóbulos occipitales, el llamado ritmo alfa. Alpha suele dominar la actividad cortical, ya que es un simple disparo sincronizado.

Además, lo más probable es que alfa se refuerce artificialmente en Melon por el sitio de referencia, ya que dependiendo de dónde se coloque la referencia, necesariamente estará más cerca del lóbulo occipital que FPz, FPz recibe alfa con la polaridad invertida de la mayoría de los cuero cabelludo, y restando del alfa invertido residual en FPz el alfa de la referencia conducirá a efectos alfa sustanciales.

Ambos problemas son bien conocidos básicamente desde los inicios del EEG, ya que el propio Hans Berger, descubridor del EEG, ya se topó con el fenómeno de que independientemente de dónde pusiera sus dos electrodos (Berger nunca llegó a apreciar realmente la propuesta de Tönnies ), vería una actividad muy similar. La interpretación de Berger fue que todo el cerebro parcialmente hace básicamente lo mismo, todo en el cerebro está parcialmente unido por un enorme patrón oscilatorio común compartido: alfa.
La actividad asociada específicamente con los sitios frontales, especialmente el ritmo theta, es mucho más débil. Extraer solo la actividad theta prefrontal puede ser una tarea muy difícil, como se puede deducir de los métodos elaborados empleados por los artículos que intentan aislar solo eso, como este y este.

Sin embargo, lo que le mostrará especialmente el segundo artículo es la actividad más dominante en FPz: los parpadeos. Aquí les muestro la actividad de FPz en un experimento mío.

Lo que más ve en la imagen superior derecha son los puntos rojos. Cada uno de estos es un parpadeo de nuestro sujeto. Ves que los puntos abruman totalmente la actividad general. El siguiente espectro brinda la misma información: es un espectro de ley de potencia simple con casi toda la potencia en frecuencias muy bajas, sin un pico específico en un rango de frecuencia como theta o alfa.

Me pregunto: ¿Qué puedo medir con tal EEG? ¿Qué aplicaciones serían improbables? ¿Cómo se puede cuantificar el "enfoque"?

Curiosamente, esto podría incluso ser posible, ya que uno de los mejores predictores de enfoque de EEG es la amplitud alfa. Sin embargo, las distintas señales de la corteza prefrontal no son muy importantes aquí. Más bien, la señal alfa es.
Alfa es un indicador muy aproximado de atención, y siempre obtendrá menos información de un solo sensor que por simple introspección ("¿Me siento caído?"). Pero puede obtener una correlación aproximada de la conciencia actual al observar el poder alfa, suponiendo que coloque la cosa de modo que obtenga la mayor cantidad posible de alfa (es decir, no más de FPz). La investigación a este respecto aún se encuentra en la etapa exploratoria, mucho antes de que confíe en los sistemas. Vea algunos ejemplos: un sistema de tres canales como el Melon ; un sistema de 4 canales ; 14 electrodos.
Cuando digo "es posible" hacerlo usando un sistema de 3 canales, no quiero decir que sea posible en este momento . Nadie tiene esa tecnología todavía. Más bien, podría ser posible en el futuro. Aunque incluso entonces prefiero esperar una matriz de sensores más grande. Tenga en cuenta también que estas siguen siendo conjeturas muy aproximadas: pueden decirle si está somnoliento o no, si actualmente se está quedando dormido o no. No podrán distinguir estados más sutiles.

¿Sería posible identificar (diferentes) estados de sueño?

Tendré que pasar de este. No soy un experto en sueño. Sin embargo, creo que la ubicación del Melon es incorrecta.

¿Sería posible controlar un cursor/juego (movimientos izquierda/derecha)?

Posiblemente, si lo coloca de modo que sus movimientos oculares reflejen fuertes corrientes positivas y negativas. ¿De la actividad cerebral? No. La decodificación de movimiento requiere muchos más sensores en sitios muy diferentes. Las áreas motoras están más cerca de la mitad del cerebro, en términos generales, y ahí es donde necesitarías una cobertura de electrodos muy densa para ver algo.

Edición de posdata: algunas referencias para decodificar las intenciones de movimiento usando EEG (multicanal). Como puede ver, incluso con EEG multicanal de alta calidad, el rendimiento no es especialmente bueno. http://journal.frontiersin.org/Journal/10.3389/fnins.2014.00222/abstract http://journal.frontiersin.org/Journal/10.3389/fnhum.2013.00124/full

Este tipo de sensor es poco revolucionario, parece que la integración y la miniaturización son las diferencias clave entre digamos Melon, o este , o un sensor de 7 puntos como Muse , que supuestamente monitorea ondas alfa y beta, y ya está en producción. Tenga en cuenta que el Sistema 10/20 es tan antiguo como yo: más de 30 años. Además, es un dispositivo analógico, mudo, sin interpretación ni algoritmos adaptativos.

La aplicación no listada más obvia para este dispositivo es entrenarse para ser un mejor jugador de videojuegos. En serio, la corteza prefrontal, la función ejecutiva en tiempo real y un "estado concentrado" tendrían todo tipo de aplicaciones útiles, especialmente para actividades en tiempo real que involucran la función ejecutiva: videojuegos, conducción de autos de carrera, pilotaje en condiciones climáticas extremas o Deportes 1 contra 1 como el tenis. Esto puede considerarse el "futuro" en algún libro de texto de neurociencia como el copiado y pegado arriba. Sin embargo, esta es una gran realidad, ya que el ejército, el MIT y otras instituciones de investigación serias han estado utilizando esta tecnología durante muchos años con ese propósito exacto.

No soy neurocientífico; Tengo experiencia en informática y artes liberales/investigación. Sin embargo, según: http://www.brainm.com/help/Positions_and_brain_function.htm Controles Fp1:

• Atención lógica
• orquestar la red
• Planificación de interacciones
• Toma de decisiones
• La terminación de la tarea
• memoria de trabajo

Parece que están intentando integrar un sensor de inclinación, que podría usarse para controlar el eje izquierdo-derecho, como en un videojuego. La documentación y las especificaciones faltan o son vagas.