Нейропривод⁠⁠

Хаюшки всем! 

Лень побеждена и готова новая (полу)научная простыня с описанием сборки новой вундервафли!
А теперь пришло время нейропривода. Не то чтобы прям такой как мы хотим, но такой какой мы пока заслуживаем.

По сути это 2 канальный «читатель» ЭЭГ и 8 канальный аппарат для тдкс т.е. устройство работает на оба направления, ибо происходит как чтение сигналов так и изменение состояний отдельных областей. Сие устройство является побочным результатом моих исследований биотоков.

Мне неизвестно чтобы кто-то делал подобные устройства, так что получилось как получилось. Пока это очень черновой прототип.

Начинаем мы, само собой, с корпуса. Каркас должен быть прочным, удобно одеваться и обеспечивать возможность расположения нужно количества электродов. Тут каркас представляется собой систему из 3 элементов: основная дуга с резиновой затяжкой, ветки для правого полушария и ветки для левого полушария. Ветки закреплены на мелкой петле и могут свободно подниматься же изменять градус расположения. Прижимаются к голове они с помощью резинового жгута, тянущего вниз и обеспечивающего постоянный контакт с кожей. Всё это сделано из 2 мм алюминия. Ширина основы примерно 5 см, веток по 4 см. Соединено болтами на 5 мм.

И вот

Для работы с биотоками я использую вот такую схему. Именно эта, с этими номиналами подходит только для снятия миосигналов т.е. нейросигналов с мышц. Датчик состоит из 2 инструментальных усилителей с разным коэфф. усиления разделенных фильтром. Первый имеет усилитель обеспечивает усиление всего чернового сигнала, фильтр же режет 50Гц и не пропускает постоянную составляющую. Далее идет основной усилитель с большим коэффициентом усиления.

Питаются они от двухполярного источника.

Схема ловит большое количество помех, но это скорее качество сборки и вопрос опыта. Для снятия ЭЭГ нужно подобрать сопротивление переменного резистора на 100 ом чтобы общее усиление 2 ОУ было порядка 20000-22000, т.е. подстроить резистор под сопротивление в 25-20 Ом. Также измена структура электрода. На схеме он пассивный, но для наших нужд нужно иное решение — активный электрод. Ниже будет схема. Нулевой электрод в нашем случае — мочка уха. Нам нужно 2 таких датчика.

Вот видео с небольшим тестом. Мелкий сервопривод вращается от миосигнала руки.

Сами датчики представляют собой мелкие платы примерно 2*2 см. Желательно использовать смд детали, но можно обойтись и тем что есть. Величина помех очень сильно коррелирует с качеством сборки. Так что нужно стараться. Но не стоит забывать, что схему скорее всего придется переделывать многие разы, до того как она станет работать как надо.

Собирается все на макетке дабы можно было быстро менять детальки.

Сами электроды также бывают разные. Есть мокрые электроды — это когда мы смачиваем их каким нибудь раствором для улучшения снятия сигнала и сухие которые работают и так. Первые, само собой, снимают лучше, но их нужно постоянно смачивать т.к. при пересыхании они становятся хуже сухих.

Кроме того, как было написано выше есть пассивные и активные электроды. Пассивные электроды это просто контакт, сигнал от которого сразу идет в датчик. Активные электроды же имею внутренний предусилитель сразу (даже можно сказать совмещенный) после контакта снятия сигнала. Предусилитель имеет вот такое строение. Расположен он как можно ближе к контакту снятия и должен быть хорошо экранирован.

Сами же контакты сухих электродов можно сделать 2-х видов: игольчатые и наклонные. Первые, хоть и имеют лучший контакт и сигнал, несколько неудобны и могут больно впиваться в кожу. Выглядят они вот так.

Для реализации ЭЭГ все эти особенности важны, но для тдкс нужно просто обеспечить нужный ток. Напомню что представляет собой самая простая схема для тдкс.

Было решено остановиться на наклонных электродах. Было установлено 8 электродов по 4 на каждое полушарие. Выбраны следующие области: лобная доля, первичный двигательный центра, префронтальная кора, теменная доля (хотя может даже затылочная). Благо уже наработано достаточно и можно пробовать разные области.

С мозга можно снять несколько разных ритмов. Вид сигнала ритма зависит от состояния и места установки электродов. Основных ритмов мозга пять: альфа, бета, гамма, дельта, тета.

Эти сигналы в сотни раз слабее мышечных, но это только полбеды. Основная проблема в том что мышечный сигнал это четко выраженная пика которую легко выделить и использовать. А тут слабые сигналы и без выраженных пик. Различить можно только по частотам и по виду волны т.к. амплитуда скачет в зависимости от качество электрода, а пока оно оставляет желать лучшего.

Но вернемся к электродам.

Вот так они располагаются уже на самом устройстве. Само собой всё заизолировано от корпуса слоем резины.

Тут уже сбоку можно увидеть ардуино уно.

Также как и в устройстве с миоуправлением в качестве контролера используется ардуино. Используем цифровых 8 портов для тдкс и 2 аналоговых для чтение сигнала с датчика.

С другого бока устанавливаем датчики. Черный толстый провод это экранированный провод от электродов лобной доли. Другие это питание и выходной сигнал к ардуино. Желательно, конечно же, все провода поместить в экран.

Вот так выглядит уже собранный нейропривод.

Для нормального управления ардуиной и наблюдением за выходными параметрами нужен компьютер.

Смысла привязывать себя к ноутбуку или стационару нет ибо тут не требуются большие вычислительные возможности или же хороший экран. Поэтому я пошел иным путем и воспользовался микрокомпьютером Raspberry pi 3B+ . Также был подключен сенсорный TFT экран для полной автономии от внешних интерфейсов. В общем то получился очень неплохой ручной планшет с 4 усб, сетевым выходом и много чем другим.

Подключаем, настраиваем, ставим IDE ардуины для мониторинга ЭЭГ через построения графика с данных порта, нужный софт/стол.

В общем всё. Теперь через IDE ардуино можно программировать тдкс и читать ЭЭГ. Одновременно это делать, конечно же, нельзя т.к. при тдкс происходит ручное изменение потенциалов

Тут на другой стороне от ардуино можно увидеть диоды, сигнализирующие что двуполярное питание идет нормально

Можно ещё, как я, скорее всего, и сделаю, сделать крепление к руке. Что-то типа такого.

За сим всё. Первый шаг к полноценному двунаправленному нейроприводу положен.
Спасибо за внимание.

Предыдущие простыни.
Сверхпростой экзоскелет.
1 часть
https://pikabu.ru/story/instruktsiya_po_sborke_prostogo_yekz...
2 часть
https://pikabu.ru/story/instruktsiya_po_sborke_prostogo_yekz...

Силовой тяжелый экзоскелет

1 часть

https://pikabu.ru/story/tyazhyolyiy_silovoy_yekzoskelet_chas...

2 часть

https://pikabu.ru/story/tyazhyolyiy_silovoy_yekzoskelet_chas...

Самый похожий на мышцу привод- пневмомускула
https://pikabu.ru/story/delaem_pnevmomuskulu_5984305