Como ler sinais cerebrais com Mindlfex e Arduino

Já pensou em coletar os sinais elétricos do seu cérebro de um jeito muito fácil e barato? Se sim, vai ficar muito feliz em conhecer o Mindflex :)

Mind ... o que?

Mindflex é um brinquedo que foi fabricado pela empresa Neurosky em meados de 2009. Como vocês podem ver na imagem, o jogador coloca o dispositivo na cabeça e os sinais elétricos são enviados sem fio para a plataforma.

Basicamente, o jogo consiste em se concentrar no movimento que a bolinha faz. Quanto mais se concentrar, mais alto a bolinha subirá. Enquanto isso, ela percorre os obstáculos da plataforma.

Por baixo dos panos

O fato da bolinha subir e descer com o "poder da sua mente" não é magica. Na verdade, o sensor (eletrodo) faz a leitura dos sinais transmitidos pelo seu cérebro e envia para o circuito eletrônico, realizando cálculos para determinar o seu nível de atenção e meditação. Ou seja, os seus sinais servem como entrada para o dispositivo.

Baseado nesses níveis, o cooler da plataforma (que fica sempre embaixo da bolinha) pode girar com mais ou menos velocidade.

O que importa pra gente?

Não vamos usar a plataforma do brinquedo, já que nossa intensão é apenas ler os dados. Precisaremos na verdade adaptar o capacete para conectar á um outro dispositivo que vai mostrar essa leitura para nós: o Arduíno.

O que é Arduíno

O Arduíno é uma placa eletrônica de baixo custo, open source e com capacidade de conectar outros dispositivos eletrônicos como LEDs, motores e sensores. Por isso, é muito utilizado em pequenos projetos de eletrônica e automação.

Para controlar o funcionamento desses dispositivos, enviamos um código em linguagem C/C++ para ele a partir de um cabo USB conectado de um computador ou Raspberry para a placa.

Existem diversos modelos no mercado, mas o mais comum e que iremos utilizar aqui é Arduíno UNO. Inclusive, vamos precisar de mais algumas coisinhas:

O que vamos precisar:

Materiais	Capacete com pilhas

🔌 Placa Arduino UNO e cabo USB
🔌 Capacete Mindlfex - Manual do brinquedo
🔌 3 pilhas do tipo AAA
🔌 Ferro de solda
🔌 Solda
🔌 2x Jumpers macho-macho
🔌 Chave estrela (cerca de 1/4'')

Preparando o Mindflex

O capacete vem fechado, já que ele foi feito para se conectar com sua plataforma. Mas podemos abrir a placa facilmente e soldar alguns pontos importantes: o ponto de leitura e referencia.

📝 Abra o capacete usando uma chave estrela. Você encontrará algo como:

📝 Encontre os pontos de leitura e referencia da placa:

📝 Solde os pontos indicados com os fios que serão conectados ao Arduíno posteriormente.

📝 Para ligar o Mindflex, encaixe as pilhas e use a chave para ligar e desligar.

Preparando a IDE

Com o nosso Mindflex pronto, está na hora de preparar a placa para coletar os dados. Se você nunca usou o Arduíno, vai precisar fazer o download da IDE clicando aqui.

Se estiver usando Ubuntu, você pode abrir o terminal e rodar esse comando:

$ sudo snap install arduino

Depois de instalar, ao abri-la você vai encontrar uma interface como essa:

Primeiro, vamos precisar instalar uma lib especifica para ler dados dos capacetes na Neurosky: o Brain.

Para importar a lib no Arduíno, siga os passos:

1. Faça o download da lib pelo Github, gerando um arquivo .ZIP

2. Pela IDE, abra Sketch > Include Library > Add ZIP library e selecione a pasta ZIP.

3. De novo, acesse Sketch > Include Library e selecione Brain-master.

Agora, bora pro código:

#include <Brain.h>

Brain brain(Serial);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  delay(10);
}

void loop() {
  if (brain.update()) {
    if(brain.readSignalQuality() <= 60){
       Serial.println(brain.readCSV()); 
    }
  }
}

A partir desse código, estamos importando a biblioteca Brain com #include.

Dentro de void setup() estamos abrindo a comunicação serial com velocidade de 9600 bits por segundo e dando um pequeno delay antes de realizar a primeira leitura. Vale lembrar, que essa parte será realizada apenas uma vez.

O que será executando o tempo todo é código dentro de void loop(). Dentro dele, estamos chamando a função brain.update(), que retorna true se for possível ler os dados.

Depois, chamamos a função brain.readSignalQuality(), que retorna a qualidade dos sinais em um intervalo de 0 á 200.

Ok, mas que sinais são esses?

A leitura do Mindflex vai retornar 11 colunas, que indicam:

Os demais sinais são valores referentes aos nossos 5 tipos de ondas cerebrais, que representam resumidamente:

Pelo nosso código, determinamos que se a qualidade do sinal for menor que 60, os dados serão mostrados na porta serial pela função brain.readCSV(), retornando o valor de cada sinal separado por virgula.

Claro que o ideal seria captar somente os dados em que a qualidade fosse o mais próximo possível de 0, mas outros eletrodomésticos/dispositivos que emitem ondas eletromagnéticas podem influenciar na nossa leitura.

Para conhecer outras funções que essa lib oferece acesse a documentação

Show! Agora conecte o cabo USB na placa e depois na sua máquina. Vá em Tools > Board para selecionar o tipo da placa (no caso, Arduíno UNO) e a porta em Tools > Port, que pode ser algo como AMC0, TTY, etc (pode variar).

Conecte o Mindflex com o Arduíno da seguinte forma:

Show! Agora, vista o headset de modo que o sensor eletrodo fique em contato com a sua testa e conecte os clips em suas orelhas (eles são necessários para referenciar o sinal).

Lendo os dados

Para ver os dados, vá em Tools > Serial Portal

Pronto! Agora conseguimos ver os sinais.

Indo além:

Se ficou interessado no Mindflex e como podemos fazer coisas incríveis com ele, sugiro que de uma olhada nesses materiais:

📚 Monografia de graduação da Tamires dos Santos, atualmente estudante de Mestrado da Universidade Federal do ABC e desenvolvedora de IHR

📚 Minha monografia usando o Mindflex, com foco em automatizar os processos de coleta, tratamento e treinamento da RNA para os dados

📚 Monografia sobre sistema de neurofeedback para análise de nível de concentração

📚 Artigo sobre o uso de ondas cerebrais para o controle de componentes eletrônicos.

📚 How to Hack Mindlex

📚 Tutorial sobre Mindflex