Hackeando o sinal EEG
Neste primeiro experimento, tentaremos hackear os sinais de EEG. Para isso, precisamos tomar algumas providências para que possamos medir facilmente os sinais.
Para isso, fiz um furo na tampa do sensor EEG conforme indicado na imagem compartilhada abaixo.
Fig. 1: Imagem da caixa plástica para módulo Brainwave
Agora depois de fazer o furo, a próxima tarefa é soldar alguns fios no pino desejado para que possamos medir os sinais. Soldei dois fios para nossa medição. Um está no pino do eletrodo EEG e o outro está no pino do eletrodo de referência.
Fig. 2: Imagem do Circuito do Módulo de Ondas Cerebrais
Espero que você possa ver claramente que há dois fios soldados aqui. Um é vermelho e outro é azul. O fio vermelho é soldado ao pino do eletrodo EEG e o fio Azul é soldado ao pino do eletrodo Ref. Você pode dar uma olhada novamente no artigo anterior, onde a descrição do pino foi explicada.
Durante a soldagem, certifique-se de que o fio não toque no pino adjacente, pois isso pode danificar o dispositivo. Além disso, como pode ser visto na imagem, há muito pouco espaço disponível para soldar o fio, portanto, esteja ciente dos cuidados. Enrolei os fios entre si para que qualquer efeito magnético possa ser anulado ao máximo. Também amarrei uma nota dos fios no sensor para que qualquer tensão no fio (fora da caixa) não afete o pino soldado e eles fiquem conectados com segurança por muito tempo. Depois disso fechei o sensor e no final ficaram dois fios saindo dele como mostra a foto abaixo:
Fig. 3: Imagem dos fios da fonte de alimentação no módulo Brainwave
Agora podemos conectar esses dois fios ao CRO e medir os sinais. Agora é hora de verificar os sinais do CRO. Usei o sensor de ondas cerebrais e conectei dois fios do sensor ao osciloscópio. Também removi o carregador do meu laptop para que não haja chance de flutuação ou quaisquer outros picos no solo.
Fig. 4: Imagem da tampa construída usando o módulo Brainwave
Após ligar o sensor, a onda que recebo é mostrada na figura abaixo. Continue adivinhando o que eu estava pensando naquele momento!!
Fig. 5: Imagem do gráfico EEG no CRO
Finalmente chegamos a um ponto em que pudemos ver nosso BrainWave diretamente na tela. Agora é questão de discussão sobre a onda, suas diversas curvas e valores. Atualmente, obtivemos uma onda com tensão máxima de quase 65 mV e mínima de -10mV. Estudo de Sinal EEG.
Recebemos e gravamos com sucesso o sinal Brainwave ou você pode dizer o sinal vindo dos eletrodos do chip TGAM1. Agora vamos dar uma olhada focada e detalhada no sinal e tentar analisá-lo.
Como discuti anteriormente, existem principalmente 5 tipos de ondas cerebrais. Todos nós tentamos encontrar todas essas ondas cerebrais neste sinal. Observe que essas são apenas minhas suposições e, portanto, posso estar errado.
Primeiro veremos as ondas Delta. Agora, a característica das ondas Delta é que elas são de frequência muito baixa e têm a maior amplitude. Você consegue encontrar alguma onda na imagem com frequência mais baixa e amplitude mais alta? Baixa frequência significa que a onda tem um período de tempo maior e deve aparecer por muito menos tempo no gráfico. Existe uma dessas cristas altas no gráfico e aparece apenas uma vez. Então, minhas suposições dizem que essas ondas são as ondas Delta.
Agora vêm as ondas teta, a frequência dessas ondas é maior que a Delta, mas ainda muito baixa e sua amplitude também é muito baixa. Então, por favor, dê uma olhada na crista que considero ondas Theta. Eles são baixos tanto em frequência quanto em amplitude. Depois de Delta e teta, é a hora das ondas alfa. A frequência das ondas Alfa varia perto de 10 – 13 Hz com amplitude maior, mas não tão alta quanto as ondas delta. Não pela frequência, mas pela segunda maior amplitude, adivinhei as ondas alfa.
Da mesma forma para as ondas beta e gama, você mesmo pode adivinhar que as ondas com frequências mais altas são ondas gama e as ondas que variam em frequência entre gama e alfa são ondas beta.
Esta é apenas uma análise minha da onda que capturei. Agora tentaremos experimentar mais com esta onda e tentaremos fazer certas coisas que são feitas pelo chip TGAM1.
Fig. 6: Imagem do gráfico EEG no CRO
Interface com o pino do transmissor
Vamos agora hackear os sinais que este chip TGAM1 está transmitindo para a placa mindlflex. O procedimento é praticamente o mesmo e soldamos um pino no pino “T” do transmissor e outro no pino terra do circuito da faixa de cabeça. Espero que você possa ver claramente o fio vermelho soldado ao pino T.
Fig. 7: Imagem do pino transmissor do módulo de ondas cerebrais
Da mesma forma que antes, tiramos esses dois fios, o vermelho (Transmissor) e o amarelo (Terra) também da caixa do sensor e agora você pode ver quatro fios saindo dela. Esses dois fios também estão enrolados entre si.
Fig. 8: Imagem do transmissor e dos fios terra do módulo Brainwave
Agora, depois de soldar e retirar esses dois fios da caixa com sucesso, conectei os pinos CRO a esses fios. Por favor, dê uma olhada na saída do CRO.
Fig. 9: Imagem mostrando a saída CRO do módulo Brainwave
Quais são esses sinais? Você consegue adivinhar?
Bem, esses são alguns bits que o módulo EEG está transferindo serialmente para o sensor MindFlex. Acabamos de hackear o pin e agora estamos vendo o resultado na tela.
Além disso, observe que a tensão é de 3,3 V. Isso significa que a comunicação do chip Mindflex e TGAM1 é de 3,3 V serialmente e também observei que essa comunicação é contínua, pois observei os bits saindo do pino continuamente. Neste estágio podemos dizer que o TGAM1 está enviando bits seriais de 3,3V. Agora nossa próxima tarefa é ler os bits e descobrir como eles estão relacionados às ondas cerebrais. Pode haver algum algoritmo entre as duas placas. Também é possível que essas duas diretorias estejam se cumprimentando. Até agora podemos apenas confirmar que o sensor está transmitindo alguns valores continuamente. Nos próximos artigos usaremos um Serial3.3 V a Serial 5 V e depois tentaremos ler esses bits no hiperterminal. Você está animado com o que serão esses bits? Conseguiremos hackear este brinquedo usando esses alfinetes? Também não tenho certeza de nada agora, mas teremos, depois de alguns artigos.
Onda Cerebral vs Onda Corporal
Vamos ver o que mais podemos fazer e experimentar isso. Sempre me pergunto se o cérebro está emitindo alguma onda, então nosso corpo também emite algum tipo de onda ou é apenas o nosso cérebro? Vamos ver qual é a resposta.
Então, para o experimento, soldei o PIN do EEG e o pino terra com dois fios. Com a ajuda de um furo retirei esses dois fios e os conectei aos pinos CRO. Vamos dar uma olhada na tela do CRO quando conectarei o eletrodo no dedo e no cérebro.
Primeiro conecto meu pino EEG ao dedo e deixo o pino de referência no ar. Deixei o pino de referência no ar porque quero apenas medir os sinais que meu corpo está emitindo em relação aos sinais perdidos do ar. Fazendo do ar a referência, espero ter emitido os sinais perdidos que teriam chegado ao meu pino EEG. Por favor, dê uma olhada nisso.
Fig. 10: Imagem de sinais perdidos no CRO
A linha é bem reta. Pode-se dizer que o dedo não está emitindo nenhum sinal. Na imagem acima, o tempo por divisão é de 500ns. Isso significa que também com essa variação há uma mudança insignificante no gráfico EEG.
Agora vamos dar uma olhada no mesmo gráfico EEG quando o eletrodo do sensor está conectado à testa exatamente acima do olho direito.
Fig. 11: Imagem do gráfico EEG no CRO
A pode se aproximar na imagem compartilhada abaixo.
Fig. 12: Imagem do gráfico EEG no CRO
Ondas pequenas e poucas de alta amplitude podem ser vistas facilmente.
Ao realizar este experimento, notei um ponto muito importante e que pode ser crucial para você também.
Testei o experimento com um osciloscópio de PC. Agora dê uma olhada nos sinais quando o carregador do laptop está conectado.
Os valores analógicos de nossas ondas cerebrais são de voltagem muito pequena, na faixa de 15mv a 50mv. Ao medir seus valores, precisamos considerar o campo magnético extra presente no ambiente. Também precisamos de ter cuidado para que quaisquer campos dispersos no ambiente possam estar presentes na nossa medição. Além disso, qualquer ponto de solda ou qualquer ponto aberto pode atuar como antena. Devemos ter uma referência, aterramento e isolamento adequados ao medir os valores das ondas cerebrais.
Espero que agora você tenha uma ideia básica de quais são os problemas básicos que surgem ao lidar com as ondas cerebrais ou você pode dizer que tais problemas estão presentes enquanto medimos qualquer onda com voltagem tão pequena. Fique ligado no próximo artigo sobre amplificação do chip EEG e interface com Arduino.
