Структура системи відбору біосигналів для задачі відновлення комунікативної функції людини

СТРУКТУРА СИСТЕМИ ВІДБОРУ БІОСИГНАЛІВ ДЛЯ ЗАДАЧІ ВІДНОВЛЕННЯ КОМУНІКАТИВНОЇ ФУНКЦІЇ ЛЮДИНИ

THE STRUCTURE OF BIOSIGNALS SELECTION SYSTEM FOR THE TASK OF HUMAN COMMUNICATIVE FUNCTION RESTORING

Сторінки: 183-187. Номер: №2, 2019 (271)
Автори:
В. Г. ДОЗОРСЬКИЙ, Є. Б. ЯВОРСЬКА, О. Ф. ДОЗОРСЬКА,
І. Ю. ДЕДІВ, Л. Є. ДЕДІВ, І. М. ПАНЬКІВ
Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя
V. G. DOZORSKYI, E. B. YAVORSKA, O. F. DOZORSKA, I. YU. DEDIV, L. YE. DEDIV, I. M. PANKIV
Ternopil Ivan Puluj National Technical University
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2019-271-2-183-187
Рецензія/Peer review : 11.02.2019 р.
Надрукована/Printed : 10.04.2019 р.

Анотація мовою оригіналу

Проведено обґрунтування структури та способів апаратної реалізації системи відбору електроенцефалографічних та електроміографічних сигналів для задачі відновлення комунікативної функції мови людини із застосуванням медичного електроенцефалографа та блока підсилення біопотенціалів.
Ключові слова: біосигнал, система відбору, комунікативна функція.

Розширена анотація англійською мовою

In the world, there is an increase in number of people with limited or lost communicative function. Therefore, it is important to develop effective technical means of compensation or restoration of this function using indirect methods, based on the selection and processing the biosignals, that arise during the implementation of the communicative function. In this case, the quality, informative nature of such biosignals depends on the qualitative and quantitative parameters of the selection system. The work is devoted to the justification the structure of the selection system and the parameters of its elements in order to ensure homogeneity of the statistical material, which is the selected biosignals, produced during the communicative function implementation. In order to restore the communicative function, it is proposed to use a method, based on the synchronous selection and processing of two groups of biosignals: electromyographic (EMG) signals, selected from the neck surface near the vocal folds; electroencephalographic (EEG) signals, selected from the surface of the patient’s head near the linguistic centers. Taking into account the similarity of EEG and EMG signals, the possibility of selecting of such signals using one multichannel electroencephalograph, has been analysed. It is established, that such a selection is possible only in the case of expansion the frequency band of input signals, since the upper limit frequency of electroencephalographs usually does not exceed 100 Hz, but this is not enough for the selection of EMG signals, since their structure contains signs of the main tone, whose frequency values may be in the frequency range of 80-450 Hz. The structure of the selection system and preliminary processing of such biosignals is proposed, which includes two independent channels of biopotentials amplification with an extended bandwidth. Additionally, in the structure of the system for conducting experimental research and obtaining a reference signal, the signs of which are manifested in the structure of EEG and EMG signals, a parallel selection of voice signals using a microphone, was performed. On the basis of these vocal signals, the informative features of individual vowel and consonant vocalized sounds in the structure of EEG and EMG signals were performed. Using the proposed structure of the selection system, it is possible to implement technical means for the indirect restoration of the human communicative function.
Keywords: biosignal, selection system, communicative function.

References

1. Dzhafek Brjus. Sekrety otorinolaringologii / B. Dzhafek, E. Stark ; [pod red. Novikova N. I., Ovchinnikova A. Ju. ; per. s angl.]. – M., SPb : BIONOM : Nevskij dialekt, 2001. – 624 s. – ISBN 5-79870197-1.
2. Porbadnigk M.W. EEG-Based Speech Recognition: Impact of Temporal Effects / M.W. Porbadnigk, T. Schultz // 2nd International Conference on Bio-inspired Systems and Signal Processing. – Porto : Portugal, 2009.
3. Jia Xueqian. Unvoiced Speech Recognition Based on One-Channel Facial Myoelectric Signal / Jia Xueqian, Jinghong Li, Yuyuan Du // The Sixth World Congress on Intelligent Control and Automation. – 2008, – R. 9362–9366.
4. Ambient Corporation. Buy Audeo Basic SDK. URL: http://www.theaudeo.com/?action=buy.
5. Dozorskyi V.H. Vidbir ta opratsiuvannia biosyhnaliv dlia zadachi vidnovlennia komunikatyvnoi funktsii movy liudyny / V.H. Dozorskyi, O.F. Dozorska, Ye.B. Yavorska // Visnyk Kremenchutskoho natsionalnoho universytetu imeni Mykhaila Ostrohradskoho. – Kremenchuk : KrNU, 2017. – Vypusk 4(105). – S. 9–14.
6. Yavorska Ye.B. Metod vidnovlennia komunikatyvnoi funktsii movy liudyny / Ye.B. Yavorska, O.F. Dozorska // Sbornik statej nauchno-informacionnogo centra «Znanie» po materialam X mezhdunarodnoj zaochnoj nauchno-prakticheskoj konf. «Razvitie nauki v XXI veke» (uroven’ standarta, akademicheskij uroven’). – Har’kov : Nauchno-informacionnyj centr «Znanie», 2016. – Ch. 1. – S. 38–41.
7. Dozorskyi V.H. Zastosuvannia neirokhronaksychnoi teorii fonatsii dlia zadachi vidnovlennia komunikatyvnoi funktsii movy liudyny / V.H. Dozorskyi, O.F. Dozorska, L.Ie. Dediv, I.Iu. Dediv, Ye.B. Yavorska // Znanstvena misel. – Slovenia, 2017. – № 12. – S. 57–61.
8. Kompleks jelektrojencefalograficheskij TU U 33.1-02066769-001-2002 Instrukcija po medicinskomu primeneniju AINC.941311.001 I1 / Nacional’nyj ajerokosmicheskij universitet «HAI» NTC radiojelektronnyh medicinskih priborov i tehnologij «HAI-MEDIKA». – Har’kov : HAI «Medika», 2011. – 168 s.
9. Derkach M.F. Dinamicheskie spektry rechevyh siґnalov / M.F. Derkach, R.Ja. Gumeckij, B.M. Gura, M.E. Chaban. – L. : Vishha shkola. Izd-vo pri L’vov. un-te, 1983. – 168 s.
10. Rabiner Lorens. Cifrovaja obrabotka rechevyh siґnalov / L. Rabiner, R. Shafer ; [pod red. M.V. Nazarova, Ju.N. Prohorova ; per. s angl.]. – M. : Radio i svjaz’, 1981. – 496 s.
11. Bachynskyi M.V. Obgruntuvannia struktury systemy vidboru akustychnykh sygnaliv dlia zadach medychnoi diahnostyky system dykhannia ta holosotvorennia / M.V. Bachynskyi, V.H. Dozorskyi, I.Iu. Dediv // Herald of Khmelnytskyi National University. – Khmelnytskyi : KhNU, 2011. – № 3. – S. 192–195.