Sistema de espectroscopia funcional em infravermelho próximo (fNIRS) para aplicação em interface cérebro-computador (BCI)

Abstract

A Espectroscopia Funcional em Infravermelho Próximo (fNIRS – Functional Near- Infrared Spectroscopy) é uma técnica que permite a medição contínua e não invasiva de oxigenação em tecidos (em especial tecido cerebral), bem como sua hemodinâmica, através da radiação em infravermelho próximo. A fNIRS fornece parâmetros fisiológicos adicionais e pode-se correlacionar a atividade cerebral através da medição dos níveis de oxigenação. Devido ao elevado custo para aquisição de um sistema NIRS comercial, um sistema de medição próprio de 8 canais foi desenvolvido e integrado a uma Interface Cérebro-Computador para analisar estímulos na área do córtex pré-frontal. Com autorização do Comitê de Ética e Pesquisa da UFPE, 23 voluntários sadios e sem histórico de doenças neurológicas participaram da pesquisa. Eles foram submetidos a um protocolo de estímulos onde deveriam realizar determinados tipos de operações aritméticas mentalmente. Para analisar o sistema desenvolvido foram utilizadas ferramentas de aprendizagem de máquinas, como algoritmos de classificação e redução de dimensionalidade. Foi avaliada a capacidade do sistema em detectar diferença entre o estado de repouso e estado de atividade cerebral, onde foi obtida uma acurácia mediana de 87,5%. Além disso, uma análise de 3 classes foi conduzida para decodificar atividade cerebral relacionada a 3 tipos de operações aritméticas de dificuldade crescente, obtendo uma acurácia mediana de 66,7%. O trabalho mostra que operações mais simples exibiram uma sensibilidade maior que os demais tipos de operações. Na literatura não foram detectados trabalhos semelhantes publicados que tenham desenvolvido um equipamento portátil de baixo custo com esse tipo de análise.