Mathematische monotsukuri: Addieren einer Konstanten kann helfen, zu erkennen, synchronisiert die Aktivität des Gehirns

Wissenschaftler am Tokyo Institute of Technology fand eine einfache, aber effektive, Art und Weise zu verbessern, wie die Synchronisation ist gemessen in chaotischen Systemen. Die Technik besteht im hinzufügen der parameter eine Konstante, die „Analyse-Signale“ in einer Weise betont, dass bestimmte Aspekte von Ihr timing. Dies könnte dazu beitragen, Gehirn-computer-Schnittstellen, die gemeint sind, um die Beihilfen für Behinderte Menschen.

Die Menschen sind gut bei der Erkennung, ob verschiedene Dinge gleichzeitig passieren, zum Beispiel, wenn zwei Lichter blinken zusammen oder nicht. Wenn zwei Schaukeln bewegen sich mit einer regelmäßigen Bewegung, es ist leicht zu sagen, ob es eine zeitliche Beziehung oder „Synchronisation.“ Aber die Flugbahn von Objekten, wie z.B. Drachen steigen lassen, kann sehr kompliziert sein, aber immer noch zeigen einige Muster, auch wenn unsere Augen können nicht Folgen; solche Systeme werden als „chaotisch.“ In der Physik, chaos bedeutet nicht Mangel an Ordnung; es zeigt das Vorhandensein von einer sehr komplizierten Art der Bestellung. Solche Situationen können gefunden werden über sehr unterschiedliche Szenarien, einschließlich der Aktivität der Neuronen.

Wenn die Trajektorien, die entsprechen nicht unbedingt körperliche Bewegung und kann stattdessen repräsentieren elektrische Signale, sind hinreichend kompliziert, wird es schwierig zu bestimmen, wenn Sie synchronisiert sind. In vielen Fällen, nur einige Aspekte der Bewegung werden könnten, miteinander verknüpft. Daher Messen die Synchronisation ist schwierig und ist Gegenstand der Forschung seit Jahrzehnten.

In der Regel, wenn eine Trajektorie in etwa wiederholt sich in einer Schleife, ist es sinnvoll zu überlegen, an welchem Punkt in diesem Zyklus das system, das wir beobachten ist, zu einer bestimmten Zeit; wir nennen das seine „phase“. Unterdessen, wenn eine Trajektorie ist unregelmäßig, die Größe der Schleife ändert sich auch, und jeder Zyklus kann größer oder kleiner sein als die Vorherige; dies nennt man die „amplitude.“ Diese beiden Aspekte sind unabhängig voneinander und können extrahiert werden, die von jedem signal über einen mathematischen trick namens „analytic signal.“

Messung, ob die Phasen der beiden Systeme verbunden sind („phase locked“) ist von entscheidender Bedeutung in vielen Bereichen. Erhalt der Grad der phase locking, zwischen allen möglichen Elektroden-Kombinationen stellt eine gute Möglichkeit zu erraten, was jemand denkt über die Spannungen gemessen, die auf Ihre Kopfhaut ein Elektroenzephalogramm. Solche Techniken sind noch nicht sehr detailliert sein, aber die erkennen können einige Formen des imaginären Bewegungen zu helfen-Laufwerk-Geräte, die Körperbehinderte Menschen.

Jedoch, diese Gehirn-computer-Schnittstellen sind in der Regel langsam und nicht präzise genug. Jetzt haben Forscher in Japan, Polen und Italien schlagen einen neuen Ansatz zur Messung der Synchronisation zwischen Elektroenzephalogramm-Signalen. Diese Forschung war das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlern aus Tokyo Institute of Technology, teilweise finanziert von der World Research Hub-Initiative, der polnischen Akademie der Wissenschaften in Krakau, Polen, und der Universität von Catania, Italien.

Die Idee ist einfach und besteht in der addition einer Konstante nach der Berechnung der „analytischen signal“; diesem effektiv hat ein warping-Effekt. Eine Folge ist, dass die Synchronisierung zwischen den Phasen und den Amplituden der beiden Signale erfasst, die gemeinsam in einer Weise, hängt der Wert dieser zusätzlichen konstant.

Die Forschung Mannschaft, die zuerst analysiert, die Auswirkungen der addition dieser Konstanten in einfache theoretische Systeme, bevor Sie sich auf mehr repräsentative Fälle, wie z.B. einen Netzwerk-transistor-Oszillatoren. Dann wendeten Sie Ihre Herangehensweise an ein dataset von Elektroenzephalogramm-Signalen, bei denen die Benutzer wurden aufgefordert, entweder rest oder stellen Sie sich vor, Ihre linke oder Rechte hand. Die hinzugefügte Konstante eindeutig half dem team, das Maß der Synchronisation zwischen den Elektroden, so dass Sie letztlich zur Erhöhung der klassifikationsgenauigkeit für diesen imaginären Handlungen.

Obwohl einfach, ist der Ansatz führte zu deutlichen Verbesserungen in die Fälle analysiert, die durch das team. In Zukunft funktioniert, werden Sie auch weiterhin zu untersuchen, diese Methode, so dass es hoffentlich hat Auswirkungen in praktischen Anwendungen.