Soluzione matematica a un problema percettivo

 

 

ROBERTO COLONNA

 

 

 

NOTE E NOTIZIE - Anno XVI – 30 marzo 2019.

Testi pubblicati sul sito www.brainmindlife.org della Società Nazionale di Neuroscienze “Brain, Mind & Life - Italia” (BM&L-Italia). Oltre a notizie o commenti relativi a fatti ed eventi rilevanti per la Società, la sezione “note e notizie” presenta settimanalmente lavori neuroscientifici selezionati fra quelli pubblicati o in corso di pubblicazione sulle maggiori riviste e il cui argomento è oggetto di studio dei soci componenti lo staff dei recensori della Commissione Scientifica della Società.

 

 

[Tipologia del testo: DISCUSSIONE/AGGIORNAMENTO]

 

I problemi posti dalla realizzazione di interfacce cervello/computer contribuiscono spesso alla precisa definizione di aspetti dell’elaborazione cerebrale dell’informazione ancora poco noti in termini di meccanismi neurobiologici, aiutando i ricercatori a individuare e circoscrivere obiettivi di studio. Per questa ragione, la soluzione di tali problemi tecnici va oltre il miglioramento dell’applicazione, suscitando interesse in altre branche della ricerca neuroscientifica.

Saidi, Vosoughi e Atia della University of Central Florida a Orlando (USA) hanno impiegato un nuovo approccio basato sulla trasformazione periodica ramanujana, ottenendo un notevole miglioramento nella rilevazione di stimoli cerebrali.

(Saidi P., et al. Detection of brain stimuli using Ramanujan periodicity transforms. Journal of Neural Engineering - Epub ahead of print doi: 10.1088/1741-2552/ab123a, 2019).

La provenienza degli autori è la seguente: University of Central Florida College of Engineering and Computer Science, Orlando, FL (USA); Electrical and Computer Engineering, University of Central Florida College of Engineering and Computer Science, Orlando, FL (USA).

La capacità di rendere efficientemente la frequenza delle risposte del cervello a stimoli visivi ripetitivi in tempo reale è la base di un’affidabile SSVEP-based BCI (Brain-Computer-Interfacing). La rilevazione di differenti stimoli è posta come un test di ipotesi composita[1], dove si assume che le SSVEP ammettano una rappresentazione sparsa in un dizionario RPT (Ramanujan Periodicity Transform). Per il caso binario, Saidi, Vosoughi e Atia hanno sviluppato e analizzato la prestazione di un rilevatore RPT basato su un test del rapporto di verosimiglianza generalizzata derivata (derived generalized likelihood ratio test).

L’approccio impiegato dai tre ricercatori è esteso a setting multi-ipotesi e multi-elettrodo, nei quali hanno colto la correlazione spaziale tra gli elettrodi, usando dati che precedono lo stimolo.

In questo studio è stato anche introdotto un nuovo parametro per la valutazione degli schemi di rilevazione SSVEP, basato su due criteri: efficienza realizzabile e tasso di discriminazione compromesso per le risorse di un dato sistema.

I risultati registrati sono molto significativi. I ricercatori hanno ottenuto distribuzioni esatte del test statistico in termini di funzioni ipergeometriche confluenti. I risultati basati su stimolazioni estese, sia con dati reali sia con dati di sintesi, indicano che il rilevatore RPT sostanzialmente supera i metodi a base spettrale. La sua prestazione è anche significativamente superiore a quella del metodo CCA (calibration-free state-of-the-art Canonical Correlation Analysis) e del metodo FBCCA (filter bank CCA), per ciò che concerne la precisione e la complessità del campione in regimi di lunghezza ridotta dei dati, condizione cruciale per le applicazioni in tempo reale.

L’approccio dei tre ricercatori della Florida può considerarsi asintoticamente ottimale in quanto colma il gap, tendendo al limite di una misurazione perfetta, al crescere della lunghezza dei dati.

Si deve anche rilevare che, a differenza dei metodi controllati attualmente in uso che sono altamente dipendenti dai dati, il rilevatore RPT usa solo dati “pre-stimolo” per stimare la correlazione spaziale per soggetto, in tal modo dispensando da spese considerevoli associate alla raccolta di dati per un grande numero di soggetti e stimoli.

Concludendo, questo studio costituisce un progresso per le BCI real-time emergenti e propone un nuovo ambiente per la comparazione degli schemi di rilevazione SSVEP attraverso uno spettro più ampio di regimi operativi.

 

L’autore della nota ringrazia la dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza e invita alla lettura delle recensioni di argomento connesso che appaiono nella sezione “NOTE E NOTIZIE” del sito (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA”).

 

Roberto Colonna

BM&L-30 marzo 2019

www.brainmindlife.org

 

 

 

 

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[1] Un’ipotesi composita nella statistica matematica può essere individuata dalla definizione di Wackerly, Mendenhall e Scheaffer: dato un campione probabilistico estratto da una distribuzione con parametro θ, un’ipotesi viene definita semplice se essa specifica in modo univoco la popolazione da cui viene prelevato il campione. Qualsiasi ipotesi che non sia un’ipotesi semplice è detta ipotesi composita.