A system on chip based electroencephalogram acquisition system

Abstract

La mayoría de las implementaciones actuales de interfaces cerebro computadora (BCI) consisten en una etapa de adquisición de biopotenciales y una PC, donde se realiza el procesamiento de las señales. Como estas han demostrado su potencialidad para mejorar la calidad de vida de personas con movilidad reducida y pérdida del habla se plantea la necesidad de migrar a un dispositivo de tamaño reducido, eliminando la PC del esquema. Los estrictos requerimientos de procesamiento en tiempo real de las BCI justifican la elección de un sistema embebido heterogéneo para este propósito. En este trabajo se presenta un adquisidor de señales de electroencefalograma (EEG) basado en un sistema SoC (System on Chip) DE10-nano de bajo costo, provisto por Altera. Se describe el sistema por completo y se muestran registros de EEG de un ritmo alfa, correspondientes a un usuario durante un periodo de relajación. Mediante el procesamiento off line de la señal se obtiene su espectro de frecuencias, el cual tiene un máximo de amplitud en 12,8 Hz, característico de una señal de este tipo. La validación del sistema de adquisición implementado constituye un punto de partida sólido para el desarrollo de una BCI completamente funcional en el futuro, así como otro tipo de aplicaciones con restricciones temporales más demandantes.

Current Brain computer interfaces (BCI) are usually implemented by a biopotential acquisition board and a computer (PC), where the signal processing is performed. Since these have demonstrated their potential to improve the quality of life of people with reduced mobility and speech losses, it is time to migrate to smaller devices, eliminating the PC from the scheme. The strict real time processing requirements of BCI justify the use of a System on Chip (SoC) for this propose. This work presents an electroencephalogram (EEG) acquisition system based on a low-cost DE10-nano SoC provided by Altera. The complete system is described and EEG records of an alpha rhythm, corresponding to a user during a period of relaxation, are shown. Through offline processing of the signal, its frequency spectrum is obtained, which has a maximum amplitude at 12.8 Hz, characteristic for a signal of this type. The validation of the acquisition system constitutes a solid starting point for the development of a fully functional BCI in the future, as well as other applications with more demanding time constraints.an electroencephalogram (EEG) acquisition system based on a low-cost DE10-nano SoC provided by Altera. The complete system is described and EEG records of an alpha rhythm, corresponding to a user during a period of relaxation, are shown. Through offline processing of the signal, its frequency spectrum is obtained, which has a maximum amplitude at 12.8 Hz, characteristic for a signal of this type. The validation of the acquisition system constitutes a solid starting point for the development of a fully functional BCI in the future, as well as other applications with more demanding time constraints.