Assessment of electrophysiological responses during an embodied brain-computer interface training task in a virtual reality environment

Georgaras, Evangelos; Γεωργάρας, Ευάγγελος

dc.contributor.author	Georgaras, Evangelos	en
dc.contributor.author	Γεωργάρας, Ευάγγελος	el
dc.date.accessioned	2025-01-15T12:11:20Z
dc.date.available	2025-01-15T12:11:20Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/60746
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.28442
dc.rights	Default License
dc.subject	Brain-computer interfaces	en
dc.subject	Stroke rehabilitation	en
dc.subject	Motor imagery	en
dc.subject	Virtual reality	en
dc.subject	Haptic feedback	en
dc.subject	Διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή	el
dc.subject	Αποκατάσταση εγκεφαλικού	el
dc.subject	Κινητική απεικόνιση	el
dc.subject	Εικονική πραγματικότητα	el
dc.subject	Απτική ανάδραση	el
dc.title	Assessment of electrophysiological responses during an embodied brain-computer interface training task in a virtual reality environment	en
dc.title	Αξιολόγηση των Ηλεκτροφυσιολογικών Αποκρίσεων κατά τη διάρκεια μιας ενσώματης εκπαίδευσης Διεπαφής Εγκεφάλου-Υπολογιστή σε περιβάλλον Εικονικής Πραγματικότητας	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Brain-computer interfaces	en
heal.classification	Διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή	el
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-07-09
heal.abstract	Brain-Computer Interfaces (BCIs) provide a non-muscular channel to stroke patients for assistive or restorative use. Motor Imagery (MI)-based BCIs can be complemented with Virtual Reality (VR) and haptic feedback to provide new, personalized rehabilitation protocols that may be suitable even for patients with severe motor impairments. The influence of those candidate protocols on human physiology has not yet been thoroughly examined. Thus, these candidate protocols are treated as experimental conditions. Two questions are addressed in this thesis: (1) How do physiological signals (Electroencephalography (EEG), Electrocardiography (ECG), Photoplethysmography (PPG), and respiration) vary across different experimental conditions? and (2) What underlying factors account for the observed variations in these physiological signals across different experimental conditions? To address these questions we analyzed the electrophysiological responses of 19 healthy subjects recruited to perform MI training through five different experimental conditions. These conditions incorporated various combinations of abstract vs. realistic feedback through the “NeuRow” virtual environment, Head-Mounted Display (HMD) vs. monitor, and with or without haptic feedback. The conditions were compared with actual motor execution data extracted from the same subjects. The results showed that all conditions require higher neurocognitive effort and may be more mentally demanding than motor execution. The condition of combined VR and haptics provides the highest brain activation and was chosen as the most suitable for a new, highly successful rehabilitation protocol.	en
heal.abstract	Οι Διεπαφές Εγκεφάλου-Υπολογιστή (ΔΕΥ) παρέχουν στους ασθενείς με εγκεφαλικό ένα δίαυλο που δεν περιλαμβάνει τους μύες για χρήση βοηθητική ή για αποκατάσταση. Οι ΔΕΥ που βασίζονται στις κινητικές εικόνες μπορούν να συμπληρωθούν με εικονική πραγματικότητα και απτική ανάδραση ώστε να προσφέρουν νέα, προσωποποιημένα πρωτόκολλα αποκατάστασης που ίσως να είναι κατάλληλα ακόμη και για ασθενείς με σοβαρές κινητικές βλάβες. Η επίδραση αυτών των υποψήφιων πρωτοκόλλων στην ανθρώπινη φυσιολογία δεν έχει μελετηθεί διεξοδικά ακόμη. Γι’ αυτό το λόγο, τα υποψήφια αυτά πρωτόκολλα αντιμετωπίζονται ως πειραματικές συνθήκες. Δύο ερωτήσεις εξετάζονται στην παρούσα εργασία: (1) Πώς μεταβάλλονται τα φυσιολογικά σήματα (Ηλεκτροεγκεφαλογράφημα (ΗΕΓ), Ηλεκτροκαρδιογράφημα (ΗΚΓ), Φωτοπληθυσμογραφία (ΦΠΓ), και αναπνοή) σε διαφορετικές πειραματικές συνθήκες; και (2) Ποίοι είναι οι παράγοντες που εξηγούν τις παρατηρούμενες μεταβολές των φυσιολογικών σημάτων στις διαφορετικές πειραματικές συνθήκες; Για να απαντήσουμε σε αυτές τις ερωτήσεις αναλύσαμε τις ηλεκτροφυσιολογικές αποκρίσεις 19 υγειών συμμετεχόντων στους οποίους ζητήθηκε να πραγματοποιήσουν κινητική απεικόνιση υπό πέντε διαφορετικές πειραματικές συνθήκες. Αυτές οι συνθήκες περιελάμβαναν διαφορετικούς συνδυασμούς αφηρημένης έναντι ρεαλιστικής ανατροφοδότησης μέσω του εικονικού περιβάλλοντος «NeuRow», κάσκας εικονικής πραγματικότητας έναντι απλής οθόνης, και με ή χωρίς απτική ανατροφοδότηση. Οι συνθήκες συγκρίθηκαν με δεδομένα πραγματικής κινητικής εκτέλεσης που εξήχθησαν από τους συμμετέχοντες. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι όλες οι συνθήκες απαιτούν αυξημένη νευρογνωστική προσπάθεια από την κινητική εκτέλεση και ενδέχεται να είναι περισσότερο απαιτητικές πνευματικά από αυτή. Η συνθήκη που παρέχει συνδυασμό εικονικής πραγματικότητας και απτικής ανάδρασης παρουσιάζει την υψηλότερη εγκεφαλική ενεργοποίηση και επιλέχθηκε ως πιο κατάλληλη για ένα νέο, εξαιρετικά επιτυχημένο πρωτόκολλο αποκατάστασης.	el
heal.advisorName	Νικήτα, Κωνσταντίνα	el
heal.committeeMemberName	Στάμου, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Βουλόδημος, Αθανάσιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Συστημάτων Μετάδοσης Πληροφορίας και Τεχνολογίας Υλικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	150 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false
heal.fullTextAvailability	false