DYNAMICS OF INVOLUNTARY FORMATION OF EEG CORRELATION PATTERNS BY BIOFEEDBACK MECHANISM
Authors: Turovskiy Ya.A. , Borzunov S.V. , Danilova A.V. , Glagoleva E.P. 
Published: July 2020

The purpose of the work is to assess the dynamics of electroencephalogram (EEG) correlation development under involuntary control by biofeedback mechanism.
Materials and Methods. The study involved 33 people (26 men and 7 women) aged 19–27 years. The paradigm of involuntary control was tested. The user did not have to arbitrarily change his/her state to achieve the desired color solution on the screen. The mode of color spectrum variation was determined by RGB channels, where each color was set according to correlation coefficients of EEG signals from a given pair of electrodes. The authors analyzed EEG correlation patterns in the biofeedback system through the color change on the screen. At the beginning, the user selected three most “pleasant” and three least “pleasant” colors. Feedback effect was multidirectional. Whenever the distance increased from the first to the fourth quantile for feedback experiments, the values were less than in the control. Whenever the distance decreased, the control values were less than the experimental ones.
Results. A decrease in the RGB space mean square distance was revealed by the end of the experiment. Differences were also identified between the two study groups in the feedback experiments. The subjects were observed to maintain the dynamics during the experiment: if, in case of feedback, the distance to the preferred colors decreased, it decreased in the control experiment as well. The group approaching the target (preferred color) was initially at a larger distance from it, but had smaller values of roof-mean-square deviation (RMS).
Keywords: brain-computer interfaces, involuntary control.

Цель работы – оценка динамики формирования корреляции электроэнцефалограммы (ЭЭГ) в условиях непроизвольного управления по механизму биологической обратной связи.
Материалы и методы. В исследовании приняли участие 33 чел. (26 мужчин и 7 женщин) в возрасте от 19 до 27 лет. Тестировалась парадигма непроизвольного управления, при которой пользователю не требовалось произвольно менять своё состояние для достижения нужного цветового решения на экране. Режим изменения цветовой гаммы определялся по каналам RGB, где каждый из цветов задавался исходя из корреляционных коэффициентов сигналов ЭЭГ с заданной пары электродов. Проведен анализ корреляционных паттернов ЭЭГ, реализованных в системе биологической обратной связи через изменение цветов на экране монитора. Предварительно пользователь выбирал три наиболее «приятных» и три наименее «приятных» цвета. Влияние обратной связи было разнонаправленным. Там, где от первого к четвёртому квантилю расстояние увеличивалось для экспериментов с обратной связью, значения были меньше, чем в контроле. Там, где расстояние уменьшалось, значения для контроля были меньше значений, полученных в эксперименте.
Результаты. Выявлено уменьшение среднеквадратичного расстояния в пространстве RGB к концу эксперимента. Различия также были установлены между двумя исследуемыми группами в экспериментах с наличием обратной связи. Показано, что испытуемые сохраняют тренд динамики в ходе эксперимента: если при наличии обратной связи расстояние до предпочитаемых цветов уменьшалось, то оно уменьшалось и в контрольном эксперименте. Группа, демонстрировавшая приближение к цели (предпочитаемому цвету), имела изначально большее расстояние до неё, но меньшие значения среднеквадратичного отклонения.
Ключевые слова: интерфейсы «мозг – компьютер», непроизвольное управление.