LA FORZA DEL PENSIERO

LA FORZA DEL PENSIERO Arte e Cervello tra Neuroscienze, Robotica e Arte interattiva

INDICE CAPITOLO 1 – Introduzione; p. 8 sez. 1.1 – Motivazioni; p. 8 sez. 1.2 – Obbiettivi; p. 9 CAPITOLO 2 – Frequenze d’onda Rilevanti;

p. 12

p. 13

sez.2.1 – Storia della Rilevazione delle frequenze elettriche del cervello;

sez.2.1.1 – Artefatti Fisiologici p. 16 sez.2.1.2 – Artefatti Tecnologici; p. 18

sez.2.1.3 – La nascita dell’ E.E.G.: Sistemi e Tecnologie;

p. 20

sez.2.2 – Breve storia dell’ E.E.G.

p. 21

sez.2.2.1 –L’ industrializzazione dell’ E.E.G.; p. 22 CAPITOLO 3 – Gli utilizzi dell’ E.E.G.;

p. 24

sez.3.1 – Utilizzo in Neuroscienza; p. 24

sez.3.1.1 – E.E.G. come strumento di diagnosi;

p. 25

sez. 3.1.2 – Neuro Marketing e il “Grandissimo Fratello”;

p. 26

sez.3.2 – Utilizzo nella Robotica, nell’ IoT e nel Game;

p. 29

sez. 3.2.1 – MIT – L’interazione Uomo Macchina il controllo del Robot;

p. 30

sez. 3.2.2 – Il controllo di Esoscheletri e protesi Robotiche;

p. 32

sez. 3.2.3 – Neuroberry, IoT e Domotica;

p. 34

sez 3.2.4. - E.E.G. come come video game e virtual reality controller;

p. 35

sez 3.3 – Utilizzo nell’ Arte Performativa (Interattiva);

p. 39

sez. 3.3.1 – Interazione Uomo Macchina o Macchina Macchina nell’ Arte

comcetto di bio-arte

p. 39

sez. 3.3.2 - E.E.G. KISS – Lancell Maat

p. 41

sez. 3.3.3 – Euonia – Lisa Park

p. 43

sez. 3.3.4 – Solaris – Vtol; p, 46

sez. 3.3.5 – E.E.G Deer – Vtol;

p. 49

sez. 3.3.6 – On your Wavelenght – Marcus Layall

p. 51

sez. 3.3.7 – Alessio Chierico - Trataka

p. 54

CAPITOLO 4 – “Fire Brain” p. 57 sez.4.1 – Introduzione Performance p. 59 sez. 4.1.1 – Spiegazione Performance; p. 60 sez. 4.1.2 – Materiali Utilizzati; p. 60 sez.4.1.3 – Software Utilizzati; p. 65 sez.4.1.4 – Acquisizione e Analisi Dati; p. 76

sez. 4.1.5 – Output Performance Richiesto;

p. 83

sez. 4.1.6 – Finalità e Conclusioni.

p. 84

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CAPITOLO 1 INTRODUZIONE • •

Sezione 1.1 - Motivazioni Sezione 1.2 - Obbiettivi

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INTRODUZIONE Il cervello umano, ampliamente studiato in campo medico è molto complicato. Analizzandolo nel corso del tempo è stato stabilito che il nostro cervello produce onde elettromagnetiche con diverse frequenze, stando attivo per tutto il nostro ciclo vitale, queste frequenze vengono trasmesse attraverso il nostro apparato nervoso per tutto il corpo.

Ovviamente queste onde cambieranno di intensità a seconda di ciò che noi stiamo facendo e saranno più o meno forti. Alcuni studiosi hanno creato un dispositivo chiamato elettro encefalogramma o E.E.G. abbreviato, all’ inizio (1875) questo dispositivo veniva utilizzato in campo medico per lo studio dell’ apparato nervoso ma successivamente con il passare degli anni è stato commercializzato e aperto a tutti.

Questo dispositivo permette di analizzare in maniera più o meno precisa queste onde elettromagnetiche e viene utilizzato al giorno di oggi in piu campi (Medicina, Tecnologia, Arte). Infatti oltre che nel campo medico questo dispositivo viene utilizzato per il controllo remoto di strumentazioni o robot, per il controllo di case domotiche ed il nuovo concetto di Internet of Things (IoT), per il nuovo fronte della realtà aumentata o virtual Reality. Ma molto importante viene anche utilizzato per fare Arte. Molti artisti si sono cimentati con l’ utilizzo dell’ E.E.G. quindi per fare arte con il proprio cervello, con risultati molto mistici, introspettivi e spettacolari.

MOTIVAZIONI La tecnologia avanza, le persone devono stare al passo con questo progresso tecnologico. Il cervello umano ha un grande potenziale e ancora nessuno è a conoscenza di come agisce perfettamente.

Però con le strumentazioni odierne, è possibile utilizzare le frequenze prodotte per “semplificarci” la vita ed utilizzare quasi a pieno il nostro cervello.L’ utilizzo del nostro cervello per performance artistiche apre un mondo quasi infinito, aperto a tutte le persone e vario.

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OBIETTIVI Lo studio ha tre obiettivi. L’ obbiettivo principale è quello di far avvicinare alle BCI (Brain Computer Interface) tutte le persone anche quelle più ignoranti in materia, per quello vengono spiegati tutti i vari utilizzi dell’EEG, da una parte sempre dal lato tecnico serve per capire e decodificare lo stato di concentrazione e attenzione di una persona che viene prodotto e indirizzato verso un oggetto specifico.

La concentrazione e il livello di attenzione di una persona nel tempo sono stati oggetto di molteplici studi scientifici. Inoltre la performance finale “Fire Brain” ha l’ obbiettivo di agire da raccordo fra scienza ed arte. Tra esoterico e possibile.

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CAPITOLO 2 FREQUENZE D‘ONDA RILEVANTI •

Sezione 2.1 - Storia della Rilevazione delle frequenze elettriche del cervello; • • •

•

Sezione 2.1.1 - Artefatti Fisioligici Sezione 2.1.2 - Artefatti Tecnologici Sezione 2.1.3 - La nascita dell’ E.E.G. Sistemi e Tecnologie.

Sezione 2.2 - Breve Storia dell’ E.E.G. •

Sezione 2.2.1 - L’ industrializzazione dell’ E.E.G.

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2. FREQUENZE D’ONDA RILEVANTI Il cervello è uno degli elementi più inesplicabile, complesso e affascinante dell’ universo.

Permette di ricordare eventi passati, elaborare tutte le impressioni, proietta i tuoi pensieri e ricordi nel futuro.

Questo organo è il principale del sistema nervoso centrale, presente in tutti i vertebrati questo sistema è costruito in modo che una persona sia in grado di procurarsi il cibo, interagire con ciò che lo circonda, parlare con gli amici e la famiglia, ma anche evadere da una situazione difficile (istinto di sopravvivenza). Con il passare del tempo questo organo si evolve, per far sì che una persona possa anche compiere azioni quotidiane più complesse delle sopracitate, come studiare, sostenere un esame, scrivere una tesi di laurea, avere padronanza in un colloquio di lavoro e cosi via.

Non importa se una persona è addormentata o sveglia, come pensa, sogna, vede e sente, il suo cervello è costantemente attivo. Assorbe tutte le informazioni, compatta e ricollega i dati esistenti e li integra in una esperienza coerente alla persona e a ciò che la circonda. Per quella persona questa esperienza costituisce la realtà. Il cervello modella come vedi il tuo ambiente, aggiunge filtri ed evidenzia gli oggetti e le informazioni più rilevanti per te; in base ai pensieri, alle emozioni, ai desideri e alle esperienze vissute fino ad ora. Il cervello facendo questa azione, guida il tuo comportamento, ovvero assume il controllo dei processi comportamentali senza che tu te ne accorga. Tutto questo viene fatto dai neuroni, unità cellulari, che costituiscono il tessuto nervoso. I neuroni agiscono tramite degli impulsi che vengono trasmessi a tutti i ricettori dell’apparato nervoso, questi impulsi sono delle Onde Elettromagnetiche[1].

L’impulso di un singolo neurone è troppo debole per essere misurato, tuttavia, se gli impulsi si verificano allo stesso tempo e in sincronia per centinaia di migliaia di neuroni, generano un vero e proprio campo elettromagnetico, che si propaga quasi a velocità della luce attraverso il tessuto celebrale e attraverso il cranio. Questo campo elettromagnetico può essere misurato dal cuoio capelluto. I miliardi di neuroni del cervello umano creano campi elettromagnetici molto complessi. Questi impulsi o oscillazioni neuronali possono essere misurati con l’ E.E.G. sotto forma di frequenze oscillatorie(1).

Immagine 1 • Esempio di Frequenza Oscillatoria

Il segnale sarà una miscela di diverse frequenze di base sottostanti, che sono considerate in grado di riflettere determinati aspetti cognitivi, stati affettivi o attenzionali. Queste frequenze variano leggermente in base a fattori individuali, stati emotivi interni etc...

Gli studiosi con il passare del tempo sono riusciti ad analizzarle e classificarle[2].

12 Creating Mind: How the Brain Works di John E. Dowling, 224 p., 13 Dicembre 1999 da W. W. Norton & Company.

[2] Brainwaves: The Nature Of Brain Waves & Their Frequencies di Miles McDowell, 42 p., 21 Dicembre 2015 [1]

2.1 STORIA DELLA RILEVAZIONE DELLE FREQUENZE ELETTRICHE DEL CERVELLO 1875 Nel 1875, la prima dimostrazione, sull’attività elettrica del cervello fu fatta da Richard Caton (Inghilterra; 1842 – 1926).

Questo studioso ha registrato l’ attività di Conigli, Gatti e Scimmie utilizzando un galvanometro a specchio(2). Caton ha osservato le variazioni elettriche associate a delle azioni come dormire ed essere vigili, oppure anestetizzando o facendo morire anche questi animali. E’ anche riuscito a stabilire ed identificare che il cervello ha delle aree associate all’attività motoria incluso muovere la testa, masticare e chiudere gli occhi. Questo lavoro ha fatto sì che Caton sia stato il primo che ha elaborato e trascritto la prima mappa E.E.G del cervello.

Nel 1913 invece ci fu la prima registrazione fotografica di un segnale E.E.G. ottenuto da Vladimir Pravdich-Neminsky (Russia; 1879-1952) a Kiev. Lui ha mostrato e rappresentato la prima serie temporale di onde E.E.G..

Immagine 2 • Galvanometro a Specchio

1920 Nel 1920 Alexander Forbes, professore al dipartimento di psicologia della scuola di medicina di Harvard, ha rimpiazzato il galvanometro a specchio con un tubo a vuoto(3), per potenziare il segnale in uscita ed ottenere risultati amplificati.

Immagine 3 • Tubo a Vuoto

1924 Nel 1924 Hans Berger (Germania, 1873-1941) ha registrato la prima Onda Cerebrale Umana, ed ha coniato la parola Elettroencefalogramma. Dicendo che “la pratica E.E.G. è una tecnica di registrazione non dispendiosa, non invasiva e completamente passiva”.

Ha anche scoperto ed introdotto le due classificazioni di onde più importanti: Onde Alfa e Onde Beta [3].

13 Brainwaves: A Cultural History of Electroencephalography di Cornelius Borck, 334 p., 2018 – Routledge

[3]

Con il passare del tempo e con l’ industrializzazione dell’ E.E.G. le Onde Elettromagnetiche che il cervello produce vengono classificate in cinque macro gruppi: Onde Delta, Onde Theta, Onde Alpha, Onde Beta e Onde Gamma(4).

ONDE DELTA

1 - 4 hz

Frequenza onda da 1 a 4 Hz, sono le onde cerebrali piu lente e più alte, oscillano fra 1 e 4 Hz. Questa tipologia di onde possiamo trovarla solo durante il sonno profondo non REM. Questa tipologia di onda è anche conosciuta come Onda Rallentata del Sonno (SWS). Nei laboratori del sonno, viene esaminata la potenza della banda per valutare la profondità del sonno, più forte è il ritmo delta, più profondo sarà il sonno. Queste onde sono più forti nell’emisfero cerebrale destro. Poiché il sonno è associato al consolidamento della memoria, le frequenze delta giocano un ruolo centrale nella formazione e nella sistemazione interna di memoria biografica, nonché abilità acquisiste e informazioni apprese.

ONDE THETA

4 - 8 hz

Frequenza onda da 4 a 8 Hz, sono le onde che si riferiscono all’attenzione, all’assorbimento di informazioni, all’elaborazione e all’apprendimento. Gli studi riportano costantemente attività Theta nella parte frontale. Sono correlate con la difficoltà delle operazioni mentali e diventano molto piu elevate con l’ aumento della difficoltà del compito. Questo è il motivo per cui le onde theta sono generalmente associate ai processi cerebrali sottostanti al carico di lavoro o memoria di lavoro. Questa tipologia di onde può essere registrata da tutta la corteccia. Apparentemente le onde theta fungono da corriere per l’elaborazione cognitiva attraverso le regioni del cervello più distanti [4].

14 [4]

E.E.G.-The complete pocket guide, Imotion, p. 19-22, 7 Giugno 2016 da Imotion

ONDE ALPHA

8 - 12 hz

Frequenza onda da 8 a 12 Hz, scoperte da Hans Berger nel 1929, queste onde si riferiscono a diverse funzioni sensoriali, motorie e di memoria. Queste onde raggiungono il picco durante il rilassamento mentale e fisico con gli occhi chiusi. E sono più ridotte, soppresse, durante l’ attività mentale o corporea con gli occhi aperti. Questa soppressione Alpha costituisce una firma valida degli stati di attività mentale e coinvolgimento ad esempio durante l’ attenzione focalizzata verso qualsiasi tipo di stimolo. Ovvero il Cervello si sta attrezzando per raccogliere informazioni da vari sensi, coordinando le risorse e concentrandosi su ciò che conta in quel preciso e particolare momento.

ONDE BETA

12 - 25 hz

Frequenza onda da 12 a 25 Hz, queste onde vengono generate nelle regioni posteriori e frontali e sono generalmente correlate al pensiero attivo e occupato o attivo e ansioso. Questa frequenza diventa più elevata quando pianifichiamo o eseguiamo movimenti, ma specialmente quando eseguiamo movimenti precisi e attenti. E’ molto interessante notare che il cambiamento di frequenza beta appare anche quando stiamo osservando movimenti corporei di altre persone.

ONDE GAMMA

maggiori 25 hz

Frequenza onda sopra i 25 Hz, queste onde sono ancora i buchi neri della ricerca E.E.G. non è ancora chiaro dove esattamente vengono generate queste frequenze gamma ed a cosa si riferiscono. Alcuni ricercatori sostengono che le onde gamma, sono simili alle onde Theta e fungono da frequenza portante per legare le varie impressioni sensoriali di un oggetto, riflettendo quindi un processo attenzionale. Altri invece sostengono che le frequenze gamma sono un sottoprodotto di altri processi neuronali come movimenti oculari e quindi non si riferiscono [5] al processo attenzionale. La ricerca futura dovrà affrontare le onde Gamma più nel dettaglio.

15 [5]

E.E.G.-The complete pocket guide, Imotion, p. 23, 7 Giugno 2016 da Imotion

2.1.1 ARTEFATTI FISIOLOGICI (DELLA PERSONA) I fattori o Artefatti Fisiologici che causano alterazione di segnale possono essere divisi in tre gruppi: l’attività muscolare, il movimento oculare e lo sbattimento delle palpebre.

1) Attività Muscolare(5): l’attività muscolare genera campi elettromagnetici rilevati dagli elettrodi dell’ E.E.G.. Più i muscoli in attività sono vicini agli elettrodi, più forte sarà il loro impatto sulla registrazione. In particolare i muscoli che creano questi campi disturbatori, sono quelli facciali (fronte, guancie, bocca), i muscoli del collo e quelli della mascella. Durante la fase di registrazione è importante che questi muscoli siano rilassati, quindi che il soggetto non li stia utilizzando come ad esempio masticare una chewin gum o mangiare caramelle durante l’ acquisizione dei dati. Altro muscolo del nostro corpo che può causare interferenza di segnale è il cuore. Ovviamente il cuore non può fermarsi, quindi è importante rimuovere questa interferenza dalle registrazioni ottenute. Per misurare e monitorare la frequenza cardiaca dobbiamo utilizzare un altro strumento diverso dall’ encefalogramma, l’ E.C.G. o Elettro Cardio Gramma.

ALTERAZIONE DI SEGNALE O ARTEFATTO Durante una ricezioni di dati tramite E.E.G. l’artefatto viene considerato una propria e vera interferenza. In fisica il fenomeno dell’interferenza è un fenomeno dovuto alla sovrapposizione, in un punto dello spazio, di due o più onde. Quello che si osserva è che l’intensità (o ampiezza) dell’onda risultante in quel punto può essere diversa rispetto alla somma delle intensità associate ad ogni singola onda di partenza; in particolare, essa può variare tra un minimo, in corrispondenza del quale non si osserva alcun fenomeno ondulatorio, ed un massimo coincidente con la somma delle intensità. In generale, si dice che l’interferenza è costruttiva quando l’intensità risultante è maggiore rispetto a quella di ogni singola intensità originaria, e distruttiva in caso contrario. Il termine viene usualmente utilizzato per parlare di interferenza tra due onde coerenti, di norma provenienti dalla stessa sorgente. I fenomeni di interferenza che si osservano quotidianamente possono essere ad esempio quelli che riguardano le increspature che si formano su uno specchio d’acqua oppure i battimenti tra onde sonore.

Immagine 5 • Artefatti derivanti dall’ attività muscolare.

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2) Movimento oculare(6): I movimenti oculari sia orizzontali (da destra a sinistra o viceversa), sia verticali (dall’alto verso il basso o viceversa) causano interferenze di segnale. I movimenti oculari orizzontali creano un’ onda a forma di scatola, mentre i movimenti verticali creano un’ interferenza con un’ onda più sinusoidale. Gli occhi creano un grande campo elettromagnetico, stabilito dai milioni di neuroni all’interno della retina. Spostare gli occhi quindi fa si che anche il campo elettromagnetico si sposti con essi. Si raccomanda quindi di registrare movimenti oculari utilizzando dispositivi come Eye Tracker (tracciatori di movimento oculare) oppure posizionando degli elettrodi E.E.G. aggiuntivi che circondano gli occhi.

Immagine 6 • Artefatto derivante dal movimento oculare

3) Sbattimento delle Palpebre(7): simile al movimento oculare, lo sbattimento delle palpebre interferisce un po’ con i segnali cerebrali. Quando durante la rilevazione del segnale E.E.G. vediamo dei picchi di segnale ad intermittenza può essere stato causato da uno sbattimento delle palpebre involontario.

Immagine 7 • Artefatto derivante dallo sbattimento delle palpebre

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2.1.2 ARTEFATTI TECNOLOGICI (ESTERNI) I fattori o Artefatti Tecnologici che causano alterazione di segnale possono essere divisi, anche questi, in tre gruppi: il movimento di un elettrodo o dell’assetto E.E.G., il rumore esterno e il movimento ondeggiante e oscillatorio di una persona.

1) Il Movimento di un elettrodo o dell’ assetto E.E.G.(8): Il movimento di un elettrodo o il movimento dell’assetto può causare artefatti gravi, che sono visibili o nel canale interessato o addirittura in tutti i canali. Questo accade quando l’ assetto si allenta e quindi si sposta oppure quando un elettrodo perde contatto con il cuoio capelluto. E’ molto importante che in fase di misurazione gli elettrodi siano ben fissati alla pelle e l’ assetto ben fissato alla testa.

Immagine 8 • Artefatto derivante dal’ movimento di un elettrodo oppure di tutto l’ assetto.

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2) Rumore Esterno (9):

il rumore ambientale circostante, circa 60hz negli Stati Uniti e intorno ai 50hz nell’Europa può causare forti artefatti sull’acquisizione del segnale da parte degli elettrodi. Se anche un elettrodo viene influenzato dal rumore circostante questo causerà una propagazione del segnale di rumore anche a tutti gli altri elettrodi. E’ possibile infatti filtrare tutti i dati rilevati, sporchi di rumore, per arrivare alle nostre frequenze base.

Immagine 9 • Artefatto derivante dal rumore esterno.

3) Il movimento ondeggiante e oscilatorio di una persona(10):

L’ ondeggiamento e l’oscillazione di una persona possono avere effetti molto forti sulla registrazione. Soprattutto con l’ ondeggiamento e l’ oscillazione della testa, in questo caso il campo magnetico si altererà. E’ importante assicurarsi che i soggetti in fase di acquisizione non facciano movimenti bruschi e repentini [6].

Immagine 10 • Artefatto derivante dal movimento oscillatorio di una persona

19 Niedermeyer’s Electroencephalography: Basic Principles, Clinical Applications, and Related Fields di Donald L. Schomer, Fernando H. Lopes da Silva, 1264 p., 2018 - Oxford University Press [6]

2.1.3 LA NASCITA’ DELL’ E.E.G. SISTEMI E TECNOLOGIE Rispetto ad altre tecniche di acquisizione di dati cerebrali, l’ E.E.G. è una tecnologia non costosa, non invasiva e completamente passiva, infatti Berger ha eseguito i primi test anche sul figlio(11). I dati rilevati dall’ E.E.G hanno un eccellente risoluzione e questo strumento riesce a rilevare centinaia di migliaia di attività elettriche cerebrali in un solo secondo. Ciò rende l’ E.E.G., uno strumento di ricerca ideale per studiare il momento preciso dell’ elaborazione attenzionale, cognitiva ed emotiva di una persona. Come detto in precedenza questo strumento di analisi cerebrale fu inventato da Hans Berger uno psichiatra tedesco con una predilezione per il mistico ed una credenza nella telepatia. Nel 1929 pubblicò “On the Electroencephalogram of Man”(12) e mostrò l’E.E.G. in una forma che è molto simile, se non quasi la stessa, di quella conosciuta oggi. Questo documento illustra il funzionamento dell’ E.E.G. in non meno di 44 pagine, documentando in modo meticoloso, tutti i campi elettromagnetici che il nostro cervello produce. L’ attrezzatura di Berger era molto rozza ma funzionale per quegli anni, infatti gli ha permesso di fare scoperte a dir poco notevoli in campo neuropsichiatrico.

Continuò a studiare l’ E.E.G. per altri nove anni facendo altre quattordici pubblicazioni ed approfondendo le sue idee con dettagli meticolosi[7].

Immagine 11, 12 • A sinistra la pubblicazione “On the Electroencephalogram of Man”, a destra Hans Berger, in alto il figlio.

20 EEG Technology di R Cooper, J W Osselton, J C Shaw, 304 p., ; edizione 3 Dicembre 1980 da Butterworth-Heinemann Ltd

[7]

2.2 BREVE STORIA DELL’ E.E.G. Nel 1939 gli scienziati utilizzavano già i termini di onde “alfa” e onde “beta”per descrivere il tasso di attività neuronale e discutere di applicazioni nell’ ambito della ricerca sull’epilessia. Tramite le ricerche fatte da Berger sapevano che per misurare l’ attività neuronale di un umano sveglio, si riferivano alle onde “alfa” o originariamente noto come “Ritmo di Berger”.

In questi anni però il mondo era molto attanagliato dall’inizio della guerra e questo ha inevitabilmente lasciato il segno su molte aree della scienza e la ricerca E.E.G. non è certamente un’ eccezione. Tuttavia, nel 1945, Walter e Dawson predissero che con il finire della guerra i centri medici che avrebbero installato gli apparati elettroencefalografici sarebbero aumentati e così è stato. Infatti nel 1946 furono prodotti e spediti in tutto il mondo circa cinquemila E.E.G. a 8 e 16 canali. Negli anni cinquanta fu prodotto il primo E.E.G. portatile da Franklin Offner.(13) Questo progetto realizzato e venduto, portò un nuovo standard alla strumentazione con dei grandi vantaggi per la dissipazione del calore, l’ alta efficienza delle rilevazioni, le rilevazioni a basso voltaggio e per la piccolezza dello strumento[8].

I centri di rilevazioni E.E.G. aumentavano (14) e le discussioni in questo ambito erano in gran parte incentrate su due argomenti: il primo argomento era l’ Hardware, venivano discussi a lungo, tutti i tentativi di automazione e localizzazione delle aree cerebrali. L’ altro argomento invece si riferiva all’utilizzo di droghe in fase di rilevazione, la “Farmacopea”(“pharmacopoeia”) di quel tempo si basava su un elenco accurato di agenti complessanti, ipnotici lievi e antimicotici. Molto importante per questo studio il dottor C. W. Sem-Jacobsen [8], che ha spinto al massimo i confini delle rilevazioni con l’ utilizzo di droghe, somministrando ai soggetti mescalina e dietilamide dell’acido lisergico (meglio conosciuta come LSD). La scienza negli anni del dopo guerra era molto diversa rispetto a quella di oggi.

Immagine 13 • Il primo dispositivo E.E.G. creato da Franklin Offner intorno agli anni cinquanta.

Immagine 14 • Il primo dipartimento di ricerca E.E.G. in Georgia (USA) stabilito al Piedmont Hospital nel 1947.

(PiedmontHealtcare Flickr)

.

21 Depth-Electrographic Simulation of the Human Brain and Behavior, di C. W. Sem-Jacobsen, 1968 pubblicato da Springfield

[8]

I decenni successivi vederono un continuo aumento nell’uso dell’ E.E.G. con varie applicazioni. I ricercatori hanno fatto progressi nello studio delle patologie cerebrali, nello studio dell’utilizzo delle funzioni motorie ed anche per lo studio del comportamento, tutto grazie alla facilità e alla comprensione delle registrazioni E.E.G. In questi anni questi progressi sono stati particolarmente prevalenti o pertinenti alla ricerca sul sonno e nelle diagnosi di epilessia.

Ci sono stati anche altri interessi esoterici legati alla telepatia, analizzati dalla coscienza e dal libero arbitrio, fino alla prima interfaccia BCI (Brain Computer Interface), un interfaccia uomo-cervello. Possiamo considerare quindi Hans Berger come il padre dell’ E.E.G, poiché la sua fede nella telepatia si è dimostrata tecnicamente vera, rimuovendo anche tutto il contorno mistico.

2.2.1 L’ INDUSTRIALIZZAZIONE DELL’ E.E.G. Negli anni più recenti, l’ E.E.G. è stato industrializzato e aperto a tutte le persone. E’ diventato relativamente economico e portatile, rendendo la ricerca scientifica accessibile a tutti gli interessati alla comprensione del cervello, diciamo però che questa flessibilità è stata parte integrante della nostra comprensione del cervello in via di sviluppo precoce. Una delle più grandi e semplici innovazioni che l’ E.E.G. ha subito è il passaggio delle registrazioni analogiche a quelle digitali. Sono ormai lontani i giorni in cui gli impulsi elettrici venivano acquisiti e tradotti in inchiostro su carta. L’ ascesa di sistemi E.E.G. Wireless computerizzati(15) ha fornito un metodo innovativo e analitico per sfruttare al massimo l’ output. La diminuzione dei costi hardware è inoltre essenzialmente sinonimo di riduzione sia dell’ archiviazione digitale sia che dei costi computazionali.

Mentre osserviamo questo secolo di ricerca E.E.G. e oltre, i prossimi passi probabilmente comporteranno ulteriori vantaggi dalle recenti innovazioni tecnologiche. Un singolo studio sarà sempre più accessibile da tutte le persone e tutti potranno contribuire, con migliorie e approfondendo lo studio trattato. Questo approccio offre una visione olistica della cognizione umana. La ricerca in campo E.E.G. vedrà quindi l’ uso di big-data ad accesso libero e capacità analitiche più rapide. Nel complesso, la ricerca su larga scala fornirà una base solida e rigorosa per la prossima ondata di scoperte in psicologia, in robotica e nelle scienze comportamentali.

La strada da fare dai tempi di Galvani è ancora lunga e le scoperte sono molte ma molte domande hanno ricevuto risposta.

Immagine 15 • Dispositivo E.E.G. Wireless 22

CAPITOLO 3 GLI UTILIZZI DELL‘E.E.G •

Sezione 3.1 - Utilizzo in neuroscienza • •

•

Sezione 3.2 - Utilizzo nella robotica, nell’IOT e nel game • • • •

•

Sezione 3.1.1 - E.E.G. come strumento di diagnosi Sezione 3.1.2 - Neuro Marketing e il “Grandissimo Fratello”

Sezione 3.2.1 - MIT - L’iterazione Uomo Macchina e il controllo robot.

Sezione 3.2.2 - Il controllo di esoscheletri e protesi robotiche Sezione 3.2.3 - Neuroberry, IoT e Domotica Sezione 3.2.4 - E.E.G. come Video Game e Virtual Reality Controller.

Sezione 3.3 - Utilizzo nell’ Arte Performativa • • • • • •

Sezione 3.3.1 - Interazione Uomo Macchina o Macchina Macchina nell’ arte concetto di bio arte Sezione 3.3.2 - E.E.G. Kiss - Lancell Maat Sezione 3.3.3 - Euonia - Lisa Park Sezione 3.3.4 - Solaris - Vtol Sezione 3.3.5 - E.E.G. Deer - Vtol Sezione 3.3.6 - Trataka - Alessio Chierico

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3. GLI UTILIZZI DELL’ E.E.G. Come abbiamo visto nel tempo l’ utilizzo dell’ E.E.G. ha preso sempre di più campo in diversi ambiti e viene ampliamente utilizzato negli studi medici come strumento di diagnosi del cervello umano, con l’ industrializzazione avuta negli ultimi anni, l’ utilizzo dell’ E.E.G. sta prendendo campo anche nella robotica, nell’ Internet of Things e nei videogiochi. L’ E.E.G. viene anche ampliamente utilizzato nell’ arte, infatti molti artisti si sono cimentati con l’ utilizzo dell’ E.E.G. per performance artistiche ricevendo un buon feedback dal pubblico.

3.1 UTILIZZO IN NEUROSCIENZA L’ E.E.G. viene ampliamente utilizzato per la neuroscienza ovvero tutti quegli studi scientificamente condotti sul sistema nervoso. Nel 1960 è stata fondata l’International Brain Research Organizzation, un’organizzazione per tutti i neuroscienziati e gli educatori che conducono studi sul cervello umano.

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Con il passare degli anni sono state fondate anche altre organizzazioni che permettono di approfondire tutti questi studi condotti sul sistema nervoso umano. Infatti l’ utilizzo di questo strumento in neuroscienza ha permesso di scoprire molti disturbi, patologie o malattie del sistema nervoso. Dalla prima volta dell’ utilizzo dell’ E.E.G. da parte di Berger, gli scenziati hanno scoperto processi cognitivi della persona come la “Memorizzazione” e il “Decision Making” e stati mentali come il “Carico Mentale, la “Fatica” e la “Stanchezza”[9].

L’ applicazione di tecniche neuroradiologiche recenti, “Brain Imaging” o “Neuroimaging”, sempre più sofisticate, hanno permesso di conoscere meglio la fisiologia cerebrale del sistema nervoso e le anomalie cerebrali di rilevanza nei vari disturbi mentali.

3.1.1 E.E.G. COME STUMENTO DI DIAGNOSI L’ E.E.G. in neuroscieza[10] è spesso usato per diagnosticare varie malattie del sistema nervoso come l’epilessia. L’epilessia è una malattia del sistema nervoso in cui l’ attività delle cellule nervose si interrompe causando convulsioni (16), periodi di comportamento insolito e talvolta perdita di coscienza. I sintomi di come si manifesti una crisi epilettica possono variare ampiamente da caso a caso, poichè l’ epilessia è causata da un attività anomala delle cellule cerebrali, diversi sono i sintomi a cui le convulsioni possono dar vita: • confusione temporanea; • movimenti involontari delle braccia e delle gambe; • perdita di coscienza o di consapevolezza; • sintomi psichici di varia natura (estraneità, dèjà-vu, dèjà-vecu).

L’ E.E.G. riesce anche a verificare se un determinato soggetto è in stato epilettico non convulsivo. Lo stato epilettico non convulsivo può cambiare il livello di consapevolezza di una persona o causare semplice confusione. I risultati di un dispositivo E.E.G. possono aiutare i medici a fare una giusta diagnosi e decidere il trattamento migliore per il paziente. I dati E.E.G vanno però saputi analizzare perchè è molto semplice sbagliare la diagnosi [11].

L’ E.E.G. è anche usato per diagnosi di disturbi del sonno, coma, encefalopatie e morte cerebrale. In generale si è soliti utilizzare l’ E.E.G. come primo metodo in tutte le applicazioni cliniche che riguardano il cervello umano, tutto questo grazie alla sua non-pericolosità per i pazienti che lo utilizzano.

Immagine 16 • Linea d’ onda durante una convulsione epilettica

25 The History of neuroscience in autobiography, volume 1, di Larry R. Squire, 1996 Society for Neuroscience Automated EEG-Based Diagnosis of Neurological Disorders: Inventing the Future of Neurology, di Hojjat Adeli,Samanway Ghosh-Dastidar, 423p., 2010 Taylor & Francis Inc [11] Basi neurobiologiche delle epilessie di Alfonso Iudice e Luigi Murri, 64 p., 2003 Primula Multimedia.

[9]

[10]

3.1.2 NEUROMARKETING E IL “GRANDISSIMO FRATELLO” Il neuromarketing è l’ applicazione della neuroscienza al marketing. Il neuro marketing include l’ uso diretto di tecniche di imaging cerebrale, scansioni o altre tecnologie di misurazione dell’attività cerebrale per misurare la risposta di un soggetto a prodotti specifici, packaging, pubblicità o altri elementi di marketing. In alcuni casi, le risposte cerebrali misurate da queste tecniche potrebbero non essere percepite coscientemente dal soggetto, quindi i dati rilevati tramite neuro marketing possono essere più rilevanti di quelli che si ricevono da sondaggi online, sui forum, tramite le ricerche su Google etc. Più in generale il neuro marketing include la ricerca sulle neuroscienze nel marketing. Ad esempio, usando l’ E.E.G. o altre tecniche di Brain Imaging [12], i ricercatori potrebbero scoprire che uno stimolo particolare causa una risposta diversa nel cervello dei soggetti che partecipano al test e che questa risposta è correlata ad una determinata emozione o a un comportamento desiderato (ad esempio, provando qualcosa di nuovo). Una campagna di marketing che contiene all’interno in modo specifico lo stimolo e spera di creare un comportamento nel soggetto si può dire che incorpori il neuro marketing, anche se per questa campagna non sono stati effettuati testi fisici sui soggetti. Il neuro marketing sta prendendo molto campo nell’ultimo periodo, perché questa disciplina insieme ai suoi strumenti, può aiutare le aziende a comprendere meglio cosa davvero muove il consumatore e cosa, in ultima analisi, lo porta all’acquisto di un determinato prodotto, ma gli permette anche di stabilire un legame profondo con il brand.

Come sappiamo il nostro cervello è diviso in due lobi[13] con compiti completamente differenti. L’ emisfero sinistro legato al linguaggio, alla logica , al razionale, mentre l’ emisfero destro ad attività più creative di alta natura emotiva ed artistica.

Questa visione semplificata è dovuta alle ricerche del neuroscienziato Roger Sperry, premio nobel del 1981 che analizzava soggetti con il metodo split-brain. Purtroppo con il tentativo di fornire una visione semplice, la conseguenza è quella di perdere, troppe informazioni. Il cervello non è così semplice e semplificabile. Indubbiamente i due emisferi svolgono ruoli differenti, ma le interazioni tra loro sono decisamente complesse.

26 ”Neuroimaging-based approaches in the brain-computer interface” Trends in biotechnology, vol.28, n.11 , di Min BK1,Marzelli MJ,Yoo SS, 2010 [13] Frontal versus parietal eeg asymmetry during positive and negative affect, di Davidson, R. J. Schwartz, G. E. Saron, C. Bennett & D.J. Goleman, p. 202-203, 1979 Psychophysiology [12]

Per questo motivo questa distinzione sommaria oggi viene accettata solo in contesti non scientifici. Anche se i due emisferi sono cosi diversi tra loro, ci sono delle componenti e delle dinamiche che sono isolabili. Un esempio, a questo proposito, è la piacevolezza. Nel celebre esperimento di Roger Sperry vennero monitorate le onde cerebrali in una serie di soggetti volontari che guardavano un programma televisivo. L’ analisi E.E.G. ha evidenziato come vi fossero modifiche considerevoli sulla base dello stato emotivo dei soggetti. Alla presenza di situazioni, piacevoli, vi era un riscontro di maggiori attivazioni dell’emisfero frontale sinistro.

Analogamente in situazioni negative vi erano attivazioni dell’emisfero frontale destro.

Oggi l’ asimmetria alfa frontale (FAA) è considerato un indice attendibile per valutare emozioni di “approach” (avvicinamento) o di “avoidance” (evitamento). L’ identificazione di un preciso pattern ha permesso di indagare i contesti più disparati. Nel lavoro pubblicato sul “Journal of Economic Psychology” vi è stata una valutazione dell’apprezzamento degli spot pubblicitari della “Sony” del 2005, 2006 e 2007, con l’ obbiettivo di comparare e comprendere l’ efficacia comunicativa nell’ evocare risposte di “approach”. L’indagine permette di capire i punti di forza e di debolezza dei tre spot. Ma esistono anche studi finalizzati ad indagare le risposte cerebrali, mettendo a confronto spot di natura differente. In uno studio condotto a Milano, vengono messi a confronto le analisi cerebrali degli spot della Samsung, Barilla, Calzedonia, CheBanca! ed Enterogermina. (17)

Immagine 17 • Grafico dell’indice di “Approach” in un’anallisi di neuromarketing

L’ analisi dell’asimmetria cerebrale evidenzia come siano facilmente identificabili gli spot più apprezzati.

I valori negativi indicano una maggior attivazione dell’ emisfero sinistro ovvero dello stato di “approach”. Le onde cerebrali ci permettono di indagare le emozioni, comprendendo davvero cosa accade a livello emotivo nella testa delle persone, evitando di dover chiedere loro direttamente una valutazione, sempre ed inevitabilmente mediata. Quindi il Neuro marketing apre il campo a nuovi ed incredibili mondi infatti recentemente sono stati pubblicati risultati solidi anche relativi alla user experience di hardware e software.

27 Psicologia della comunicazione e neuromarketing, di Vincenzo Russo, 265 p., 2017 Pearson

[14]

Qualsiasi contesto, nel quale le emozioni svolgono un ruolo rilevante da un punto di vista decisionale, diventa quindi un mondo di possibilità. Possibilità che possono essere indagate, ripetute e quantificate, a livello scientifico. Attraverso l’ analisi delle onde cerebrali riusciamo a comprendere le emozioni che i consumatori associano ai brand e quali sono i loro sentimenti lungo il percorso di navigazione di un sito, di e-commerce, nella visione di uno spot pubblicitario e nel mondo fisico.

Tramite tutto questo studio di neuro marketing associato a tutte le rilevazioni che sono state fatte in studio medico-scentifico possiamo dire anche che l’ E.E.G. apre le porte per un era in cui sarà possibile il “controllo mentale” dato che già adesso possiamo controllare e condizionare i pensieri delle persone che vedono un semplice spot pubblicitario. Nel 1985 Il dottor Robert Otto Becker esprimeva già queste preoccupazioni:

“Quando alla fine sarà possibile monitorare i potenziali evocati dall’E.E.G. e combinarli con trasmissioni di radiofrequenze e microonde studiate per produrre pensieri o umori specifici, come l’ ubbidienza e il compiacimento, si avrà un metodo di controllo mentale estremamente pericoloso per tutte le società una tirannia senza terrore....La familiarità ipnotica di televisione e radio, combinata con gli effetti biologici dei loro fasci di trasmissione, potrebbero già costituire una forza simile per la standardizzazione di massa, sia che l’ effetto sia voluto o meno.” [15] L’attività del Signals Intelligence (SIGINT) della National Security Agency americana(NSA) controlla le onde cerebrali via satellite, decodifica potenziali evocati del cervello a 3,5 Hz, 28 Controllo e Manipolazione Mentale. Cose da Pazzi?: Armi Psicotroniche e Lettura del Pensiero, di Antonio Giangrande, p. 53, 2017 pubblicato indipendentemente

[15]

e poi li trasmette a un computer con circuito integrato ad altissima velocità. Mettendo un ipotetico microchip nel nervo ottico sarà possibile prelevare impulsi neurali dal cervello per “origliare” il soggetto, dopodiché i pensieri si possono “salvare” su un computer finché non verranno riproiettati nel cervello per essere rivissuti sotto forma di allucinazioni, voci di conversazioni passate etc. Nel suo blog “Citizen Smith” il ricercatore Paul Baird ha descritto il processo in questo modo:”Il pensiero umano funziona a 5.000 bit/sec, ma i satelliti e varie forme di biotelemetria possono trasmettere questi pensieri ai super computer nel Maryland (NSA – USA), con una velocità di 20 miliardi di bit/sec. Questi, già oggi controllano le decisioni di milioni di persone simultaneamente. Un giorno finiranno per monitorare praticamente chiunque....”

[16] peggio di qualsiasi incubo da “Grandissimo Fratello” in stile Orwelliano che possiamo immaginare, e sarebbe la realtà.

3.2 UTILIZZO NELLA ROBOTICA, NEL IOT E NEL GAME Negli ultimi anni l’ E.E.G. viene impiegato nella Robotica dove una qualsiasi persona anche affetta da malattie degenerative muscolari può controllare un arto meccanico, gli esoscheletri, oppure un robot a distanza. La ricerca E.E.G. si è anche estesa nel campo del IoT (internet of Things – Internet delle Cose) neologismo riferito all’estensione di internet al mondo degli oggetti e dei luoghi concreti, introdotto da Kevin Ashton, cofondatore e direttore esecutivo di un consorsio di ricerca con sede al MIT, nel 1999. Tramite la rilevazione dei segnali elettrici del cervello con l’E.E.G. possiamo controllare gli oggetti che ci circondano che sono collegati alla rete internet. Non è però da tralasciare e trascurare la ricerca E.E.G. nel campo video ludico. Il campo video ludico con gli sviluppi della tecnologia VR (Virtual Reality) sta vedendo molto l’ utilizzo dell’ E.E.G. quindi l’ utilizzo del cervello umano come controller all’ interno dei Videogiochi.

29 Controllo e Manipolazione Mentale. Cose da Pazzi?: Armi Psicotroniche e Lettura del Pensiero, di Antonio Giangrande, p. 54, 2017 pubblicato indipendentemente

[16]

3.2.1. MIT – L’INTERAZIONE UOMO MACCHINA IL CONTROLLO DEL ROBOT Perché i robot facciano ciò che vogliamo, hanno bisogno di capirci. Un team del Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) del MIT e della Boston University sta lavorando su questo problema, creando un sistema di feedback che consente alle persone di correggere gli errori dei robot istantaneamente con nient’altro che il loro cervello e la tecnologia E.E.G. Utilizzando i dati di un E.E.G. che registra l’ attività cerebrale, il sistema può rilevare se una persona nota un errore mentre un robot esegue un’ operazione di ordinamento degli oggetti. I nuovi algoritmi di apprendimento automatico del team consentono al sistema di classificare le onde cerebrali in un lasso di tempo che varia dai 10 ai 30 millisecondi, “Immaginate di poter dire istantaneamente a un robot di eseguire una determinata azione, senza dover digitare un comando, premere un pulsante o persino pronunciare una parola”, afferma la direttrice del CSAIL Daniela Rus. “Un approccio semplificato come questo migliorerebbe le nostre capacità di supervisionare robot di fabbrica, auto senza conducente e altre tecnologie che non abbiamo ancora inventato.” [17] Nello studio in corso il team ha utilizzato un robot umanoide chiamato “Baxter”.

Il lavoro svolto in passato nella robotica controllata da sistemi E.E.G. ha richiesto l’ addestramento umano di “pensare” in un modo che i computer possano riconoscere. Ad esempio, un operatore potrebbe dover guardare uno dei due display luminosi, ognuno dei quali corrisponde ad un compito diverso che il robot deve eseguire.

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Lo svantaggio però di questo metodo è che il processo di allenamento e l’atto di modulare i propri pensieri possono essere tassativi, in particolare per le persone che supervisionano compiti di sviluppo o di costruzione i quali richiedono un’ intensa concentrazione. La squadra di Rus del MIT voleva rendere l’ esperienza più naturale.

30 [17]

http://news.mit.edu/2017/brain-controlled-robots-0306 prima parte

Per farlo, si sono concentrati su segnali cerebrali chiamati “potenziali correlati all’ errore” (Error-Related Potenzial – ErrP) [18], che vengono generati ogni volta che il nostro cervello nota un errore. Poiché il robot indica quale scelta intende realizzare, il sistema utilizza gli ErrP per determinare se l’ essere umano è d’accordo con la decisione. “Mentre Guardi il robot, tutto ciò che devi fare è essere mentalmente d’accordo o in disaccordo con quello che sta facendo”, dice Rus, “non devi allenarti a pensare in un certo modo la macchina si adatta a te, e non viceversa.” I segnali ErrP sono però estremamente deboli, il che significa che il sistema deve essere sufficientemente calibrato per classificare il segnale e incorporarlo nel circuito di feedback per l’ operatore umano. Oltre a monitorare gli ErrP iniziali, il team ha anche cercato di rilevare “errori secondari” che si verificano quando il sistema non rileva la correzione originale dell’uomo. “Se il robot non è sicuro della sua decisione, può innescare una risposta umana per ottenere una risposta più accurata” dice sempre la direttrice. “Questi segnali possono migliorare notevolmente l’ accuratezza, creando un dialogo continuo tra uomo e robot nel comunicare le loro scelte”. [19] Mentre il sistema non è ancora in grado di riconoscere gli errori secondari in tempo reale, Rus si aspetta che il modello possa migliorare fino al 90% di precisione. Inoltre poiché i segnali ErrP hanno dimostrato di essere proporzionali all’ eccessivo errore del robot, il team ritiene che i sistemi futuri potrebbero estendersi a compiti a scelta multipla più complessi.

Questo sistema potrebbe essere utile anche per le persone che non possono comunicare verbalmente: un compito come l’ ortografia può essere realizzato attraverso una serie di diverse scelte binarie discrete, infatti tutto questo ha permesso alla vittima di ictus Jean Dominique Bauby di scrivere il suo libro di memorie intitolato “The Diving Bell and the Butterfly”.

Questo lavoro ci avvicina allo sviluppo di strumenti efficaci per robot e protesi controllate dal cervello, data la difficoltà di tradurre il linguaggio umano in un segnale significativo per i robot, il lavoro in quest’area potrebbe avere un impatto davvero profondo sul futuro della collaborazione uomo-robot.

31 http://www.stateofmind.it/2017/09/potenziali-evocati/ http://news.mit.edu/2017/brain-controlled-robots-0306 seconda parte

[18] [19]

3.2.2 IL CONTROLLO DI ESOSCHELETRI E PROTESI ROBOTICHE. Gli scienziati dell’università della Corea in collaborazione con l’ università di Berlino hanno progettato un esoscheletro che permette a chi lo indossa di poter camminare anche se non può più muovere le gambe[20]. L’ aspetto può sembrare un po’ quello di un androide in un film di fantascienza ed i movimenti ancora appaiono leggermente lenti e goffi ma è già stato sviluppato ed è realtà. Questo esoscheletro con un sistema di comando dei movimenti è stato pensato per le persone disabili, che non possono controllare joystick o premere pulsanti, infatti funziona tramite la lettura delle onde cerebrali. Il meccanismo di controllo è semplice. Nella parte frontale troviamo un pannello con cinque led, ciascuno lampeggiante a una diversa frequenza associato a un differente comando: muoversi in avanti, girare a destra, sinistra, sedersi o stare semplicemente fermi. Il soggetto indossa una cuffia per E.E.G., cioè una cuffia dotata di elettrodi per rilevare le onde cerebrali; per impartire un ordine basta focalizzare lo sguardo su una delle cinque luci lampeggianti: un dispositivo BCI (Brain Control Interface) decifra gli impulsi elettrici del cervello che vengono scaturiti dall’osservazione della specifica frequenza di lampeggiamento del led, attivando così il comando associato. Dall’esoscheletro parte un segnale wireless che viene raccolto da un apparecchio e poi processato ad un computer. Identificato il tipo di onda cerebrale e accoppiato con il relativo comando, il computer ritrasmette all’esoscheletro le istruzioni per attivare i meccanismi che generano lo specifico movimento desiderato dall’utente. Con questo sistema possiamo far tornare a camminare persone affette da SLA o con gravi lesioni alla spina dorsale che hanno difficoltà o perso l’ uso degli arti inferiori.

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32 ]http://www.asianscientist.com/2015/08/in-the-lab/korea-university-brain-computer-interface-visual-attention [20

Per le protesi artificiali il discorso è simile ed analogo all’esoscheletro, quattro università americane hanno ricevuto un finanziamento per iniziare a sviluppare protesi controllate tramite E.E.G.. Le informazioni E.E.G. saranno combinate in tempo reale con altri dati, come i livelli di ossigeno del sangue nel lobo frontale del cervello. La protesi inoltre sarà dotata di sensori che serviranno per ricevere e raccogliere dei dati tattili dalla punta delle dita della mano artificiale, in modo che il paziente possa dosare la forza per afferrare gli oggetti. Tutti questi dati ottenuti saranno poi rispediti all’ utente attraverso dei “touch pad” che agiranno sulla pelle in corrispondenza dell’attacco della protesi al resto del corpo facendola vibrare, allungare e contrarsi.

Le soluzioni odierne delle protesi usano le contrazioni del petto o del braccio per essere più precise, alcune persone vittime di amputazioni sono riuscite a percepire e manipolare correttamente degli oggetti basandosi su feedback sensoriali; infatti questa nuova tecnologia di protesi è un grande passo avanti perché permette a questi pazienti di “sentire” ciò che toccano, usando sistemi di ritorno di forza che emettono vibrazioni per fornire informazioni limitate sugli oggetti afferrati dalla protesi [21]. Per questo i pazienti si basano ancora molto sulla percezione visiva per capire se hanno afferrato un oggetto in modo corretto o con poca forza.

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33 http://www.tomshw.it/cervello-protesi-artificiali-pensiero-movimento-35148

[21]

3.2.3 NEUROBERRY, IOT E DOMOTICA. L’ emergere di dispositivi EEG wireless economici ha portato i ricercatori ad esplorare nuovi paradigmi nel campo dell’ iterazione uomo-macchina. In effetti, la conformità di questi dispositivi con i principi del IoT alla trasmissione di seganali E.E.G. in ambienti domestici intelligenti (concetto di IoT e domotica) consente nuovi modelli di interazione e una prospettiva diversa dall’informatica tradizionale. Come abbiamo già detto il riconoscimento delle emozioni e il carico cognitivo attraverso l’ E.E.G. è un area di ricerca molto attiva, considerando che questi due aspetti sono sotto gli occhi della comunità da almeno vent’anni. D’altra parte, la recente convergenza dei progressi nell’informatica, nell’elettronica di consumo e nelle tecnologie di sensori indossabili ha portato lo standard alla necessità di gestire l’ intercomunicazione tra questi dispositivi e tra queste applicazioni occupandosi dell’integrazione fisica degli oggetti quotidiani e delle loro capacità uniche su internet, l’ internet of things (IoT) affronta alcune di queste sfide. In linea con l’adozione dei sistemi IoT, sono emersi un gran numero di hardware, framework e software per facilitare lo sviluppo di questi sistemi sul campo; Raspberry Pi 2, MinnowBoard Max, Galileo e Arduino sono alcuni dei dispositivi hardware che sono stati creati mentre Windows 10 IoT Core, WeblOPi, IoTivity, ThingBox e Smart Living sono alcuni dei software e framework disponibili. Inoltre esistono framework come il Controller Application Communication (CAC).

Immagine 18 • Funzionamento Neuroberry e CAC framework

Questi framework sono personalizzati per seguire al 100% i principi del IoT e sono anche progettati per supportare i controller di gioco e i dispositivi E.E.G. wireless. Il framework CAC facilita la connettività e lo scambio di dati tra applicazioni e controller. Questo framework incapsula le informazioni grezze estrapolate dal dispositivo e le invia in tempo reale ai relativi client collegati [22]. Quindi ogni pacchetto di dati, viene trasmesso insieme alle informazioni riguardanti il dispositivo di origine. Grazie allo sviluppo del framework CAC e del dispositivo Raspberry PI 2 a basso costo, degli sviluppatori hanno progettato il NeuroBerry. (18) 34 Introducing Neuroberry, a platform for pervasive EEG signaling in the IoT domain, p. 166-169, Pubblicata in MOBIHEALTH’15 Proceedings of the 5th EAI International Conference on Wireless Mobile Communication and Healthcare

[22]

Questo sistema si divide in tre componenti indipendenti: 1.

2.

3.

L’ acquisizione dei dati tramite E.E.G. (Emotiv EPOC – dispositivo E.E.G. wirless).

La processazione dei dati tramite software MindWave.

Lo streaming dei dati al server CAC e ai rispettivi client, collegati al sistema IoT.

Attraverso il sistema Neuroberry sarà possibile controllare con il pensiero, tutti i dispositivi domotici che sono collegati alla nostra rete IoT.

3.2.4 E.E.G. COME VIDEO GAME E VIRTUAL REALITY CONTROLLER. I ragazzi adolescenti e i giochi per i computer vanno di pari passo e così anche la ricerca e la sperimentazione. Un’interfaccia cervello-macchina ha permesso ad un ragazzo di giocare a Space Invaders usando solo segnali cerebrali, grazie ad un esperimento unico condotto da un team di neurochirurghi, neurologi e ingegneri alla Washington University di St. Louis.

Il ragazzo preso in esame per la sperimentazione è un quattordicenne che soffre di epilessia, ed è riuscito a giocare al gioco tranquillamente soltanto pensando ai movimenti del gioco.

Space Invaders, un videogioco bidimensionale è uno dei più popolari e rivoluzionari della fine degli anni ‘70. Il giocatore controlla i movimenti di un cannone laser mobile che si muove avanti e indietro sul fondo dello schermo. Fila di navicelle aliene marciano avanti e indietro sullo schermo, scendendo lentamente dall’alto verso il basso. L’ obbiettivo è quello di impedire che uno qualsiasi possa atterrare nella parte inferiore dello schermo, cosa che pone fine al gioco. Il giocatore ha un rifornimento di munizioni illimitato. Gli alieni possono sparare al giocatore, che deve sfuggire, spostandosi a destra e sinistra.

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Ci sono molti livelli di gioco, quello che cambia è la velocità con cui gli alieni scendono. Il soggetto analizzato dall’Università di Washington ha dominato i primi due livelli di gioco. L’ adolescente aveva un casco E.E.G. per registrare i segnali mentre giocava e per controllare la propria navicella. Gli ingegneri hanno programmato il software Atari per interfacciarsi con il sistema cervello-macchina. Nel 2004 Eric C. Leuthard, un assistente professore di chirurgia neurologica insieme ad altri, hanno svolto le loro ricerche sul ragazzo per trovare l’ area nel cervello dove si trovava il punto focale di un attacco epilettico, con la speranza di rimuoverlo per evitare futuri attacchi. Con l’ approvazione del paziente, dei suoi genitori e del comitato di revisione istituzionale della scuola di medicina, Leuthardt e i suoi colleghi collegarono il paziente ad un sofisticato computer che gestiva un programma speciale, poi hanno chiesto al ragazzo di fare vari compiti motori e vocali, muovendo le mani in vari modi, parlando e immaginando. Facendo questo il team ha potuto vedere dai dati quali parti del cervello e quali segnali cerebrali sono correlati a questi movimenti, hanno poi chiesto al ragazzo di giocare a Space Invaders. Gli è stato quindi chiesto di immaginare gli stessi movimenti, ma non di eseguirli effettivamente con le mani. Rispetto ai test fatti sugli adulti il ragazzo è riuscito quasi immediatamente a controllare la navicella con molta più precisione e reattività. Fino ad ora, abbiamo introdotto diversi casi con articoli di ricerca di neuroscienza e psicologia su come approfondire quelle ricerche relative all’istruzione, al marketing, all’asistenza sanitaria e ai campi di gioco, combinando dati fisiologici umani alle macchine tramite E.E.G..[23] Adesso nel 2017 con il boom del nuovo controller di realtà aumentata (VR) in molti stanno provando a collegare i due dispositivi e non si tratta solo di ampliare il regno dell’interfaccia cervello-computer, ma il valore fondamentale al suo interno che sta arricchendo la vita umana attraverso una migliore comprensione dei segnali fisiologici. Recentemente è stata confermata la validità della combinazione di E.E.G. con VR nello studio dell’ elaborazione del linguaggio umano in ambienti naturalistici virtuali. Come tutti noi possiamo conoscere intuitivamente attraverso la comunicazione quotidiana, il contesto gioca un ruolo cruciale nell’ elaborazione del linguaggio. Inoltre, i segnali visivi e gli stimoli uditivi aiutano significativamente i nostri cervelli a elaborare informazioni significative durante qualsiasi tipo di interazione uomo-uomo. Di conseguenza, dovrebbero essere sviluppati modelli realistici di comprensione del linguaggio umano in ambienti ricchi di contesto per comprendere ancora di più il nostro cervello. Combinando l’ E.E.G. con la realtà aumentata in ambienti naturalistici è possibile ottenere una comprensione esplicita di come elaboriamo il linguaggio e di come gestiamo le nostre emozioni. Come è ben definito in molte fonti , l’ambiente virtuale è uno spazio in cui le persone possono avere esperienze sensoriali identiche proprio come nel mondo reale. Di conseguenza, questo consente ai ricercatori di raggiungere un maggiore livello di validità in uno studio mentre allo stesso tempo hanno pieno controllo nella sperimentazione. L’ E.E.G. combinato con la VR consentirebbe quindi di correlare i segnali fisiologici umani con ogni singolo movimento nell’ambiente progettato. Pertanto, la combinazione vincente di questi due strumenti è stata utilizzata per studiare il comportamento di guida degli utenti, la navigazione spaziale, la presenza spaziale e altro ancora. Lo studio di Heyselaar, Hagoort e Segaert fatto nel 2017[24] ha dimostrato nel loro esperimento che il modo in cui le persone adattano la propria voce e il tono a un interlocutore non ha alcuna differenza se è virtuale o umano.

Ciò significa che è abbastanza plausibile osservare l’ elaborazione del nostro linguaggio in un ambiente virtuale per comprendere

36 http://source.wustl.edu/2006/10/teenager-moves-video-icons-just-by-imagination/ Language-driven anticipatory eye movements in virtual reality, di Nicole Eichert, David Peeters, Peter Hagoort, 2017 Pubblicazione online

[23] [24]

quello della nostra vita reale. Nell’ esperimento, venticinque persone sono state messe nell’ ambiente virtuale progettato da Vizard - Virtual Reality Software in cui otto tavoli in un ristorante virtuale sono in fila con un ospite anche esso virtuale seduto ad ogni tavolo. I partecipanti sono stati spostati da un tavolo ad un altro seguendo la procedura preprogrammata. Il materiale consisteva di 80 oggetti e 96 frasi che erano abbinate semanticamente. Per esempio, se c’è un piatto di salmone sul tavolo, l’ ospite virtuale seduto al tavolo dice “Ho appena ordinato questo salmone”. D’ altra parte, se la frase accoppiata al salmone è “Ho appena ordinato questa pasta”, nasce un disaccordo. Ciascuno dei partecipanti all’esperimento ha attraversato il tasso di corrispondenza e le situazioni di mancata corrispondenza e ha effettuato 12 prove all’interno del ristorante durante l’ intero esperimento. Alla fine del processo, sono state poste due domande per valutare se i partecipante avevano prestato attenzione durante il processo e per sapere quali erano le loro percezioni degli agenti virtuali. L’ E.E.G. tramite 59 elettrodi attivi ha registrato i dati per l’ intero ciclo dell’ esperimento, ricevendo dei dati molto soddisfacenti per la sperimentazione. Ciononostante, questo studio contiene ancora delle lacune a causa della sua limitazione quando si utilizzano i due dispositivi diversi, il casco E.E.G. e il casco VR simultaneamente. Dato che il display VR dovrebbe adattarsi perfettamente alla testa dell’utente, è piuttosto difficile indossare anche un casco E.E.G. in una sola volta. Inoltre i caschi E.E.G. sono ancora molto sensibili al movimento ed è difficile realizzare l’ ambiente virtuale con il suo pieno potenziale in cui si richiede un interazione e delle azioni dinamiche da parte delle persone. In realtà, questa limitazione è un vero e proprio collo di bottiglia che distanzia l’esperimento dall’impostazione di un ambiente realistico virtuale. Il problema sopracitato può essere completamente risolto con un dispositivo che sia E.E.G. che VR. La Looxid Labs azienda Californiana recentemente vincitore del Best of Innovation Awards al CES 2018, ha introdotto un suo sistema il LooxidVR un dispositivo che integra due telecamere di rilevamento degli occhi e dei sensori di onde cerebrali E.E.G. in un Caschetto VR. Con il LooxidVR, sarà possibile raccogliere e analizzare dati fisiologici umani degli utenti che interagiscono con un ambiente virtuale completamente immersivo.

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3.3 UTILIZZO NELL’ ARTE PERFORMATIVA (INTERATTIVA) Lo scopo alla base dell’arte performativa o interattiva, è rendere lo spettatore parte integrante dell’opera: l’osservatore attua determinati comportamenti in modo da modificarne l’esito. Le ragioni alla base di questa scelta possono essere molteplici, per esempio di tipo concettuale o sociale ed il risultato si differenzia dalle forme artistiche tradizionali per via di una variabile (appunto lo spettatore) il cui comportamento non può essere minimamente previsto e controllato. Nel realizzare un’opera interattiva l’autore modifica il suo obiettivo finale: lo scopo non è più la reazione che l’opera statica genera nell’osservatore, ma piuttosto i comportamenti attraverso cui questi decide di interfacciarvisi; le conseguenze non sono quindi necessariamente anticipabili ed il risultato può portare ad esiti a cui nemmeno l’autore stesso aveva precedentemente pensato. Possiamo quindi sostenere che l’arte interattiva si differenzi da quella tradizionale per via del suo dinamismo e della sua imprevedibilità, elementi in grado di arricchire l’opera originale di sensi precedentemente impossibili da raggiungere; la sua colonna portante sono gli “stimoli” forniti dall’utente, come ad esempio il movimento, il colore, la parola e l’osservazione delle reazioni che questi provocano nell’opera. Per questo molti artisti di arte performativa utilizzano l’ E.E.G. per captare le emozioni dello spettatore o di chi sta provando direttamente la performance, ogni persona avrà reazioni o comportamenti diversi che possono essere analizzati e collegati all’ opera con un dispositivo E.E.G..

3.3.1 INTERAZIONE UOMO MACCHINA O MACCHINAMACCHINA NELL’ ARTE CONCETTO DI BIO-ARTE La fine del ventesimo secolo è stata caratterizzata da un elevato interesse mediatico per la biologia molecolare. Il completamento dell’intera sequenza del genoma umano, l’individuazione della funzione di diversi geni, lo sviluppo di coltivazioni transgeniche e la clonazione di animali sono stati gli eventi che hanno segnato i primi dibattiti sulle implicazioni delle nuove biotecnologie. La genetica ha smesso di essere di dominio esclusivo della ricerca scientifica, ed è diventata oggetto di dibattito filosofico e politico. In questa atmosfera il sistema dell’arte ha sentito la necessità di invadere i laboratori cercando di legare la sperimentazione scientifica all’esperienza artistica. Molti artisti hanno iniziato a produrre quindi arte scientifica o bioArte. Il termine art biotech (arte biotech o anche bioarte) definisce un’arte che non ha niente a che vedere con quello che Dmitry Bulatov chiama “Genomic Kitsch”, cioè foto, video e animazioni digitali relative alla cultura genetica. Gli artisti biotech fanno uso diretto di materiale biologico, sintetizzano geni, producono esseri viventi transgenici, intelligenze artificiali, coltivano tessuti, producono arte con il cervello ed interfacciano il proprio corpo con macchine.

Gli approcci alla materia sono eterogenei. Non si cerca solamente di descrivere criticamente i progressi della biotecnologia, ma anche di introdurre il materiale biologico come nuovo strumento dell’arte. Allo stesso tempo queste opere offrono uno spunto di riflessione sull’influenza delle preferenze estetiche sull’evoluzione. Evocando la minaccia di un’eugenetica che risponda ai dettami del gusto comune e alle esigenze dei mercati, si fa leva sulle diffuse paure 39

legate allo sviluppo della manipolazione genetica. L’arte biotech pone lo spettatore a diretto contatto con le ansie, le paure e la curiosità dell’evoluzione. Lo fa utilizzando gli stessi strumenti della scienza, producendo oggetti reali che sono l’incarnazione di quelle inquietudini.

La diffusione di informazioni su circuiti alternativi a quelli ufficiali diventa uno dei compiti degli artisti. Ma non solo, da qualche tempo si affacciano nel panorama delle biotecnologie anche nuove correnti organizzate di pensiero che derivano in parte dal mondo dei maker e che mutuano dalle filosofie di hacker e del Do It Yourself l’intento di condividere informazioni e competenze, mettere mano alle tecnologie e capirne il funzionamento. Ne parla ad esempio Alessandro Delfanti nel libro uscito per Eleuthera nel 2013, “Biohacker – Scienza aperta e società dell’informazione”. Diversi sono i laboratori che stanno divulgando pratiche di DIY-bioportate avanti dalla comunità di biohacker che tanto hanno in comune con i bioartisti e bioartivisti che li hanno preceduti. Attraverso l’uso di tecniche rimaste nel chiuso dei laboratori e attraverso la manipolazione di materiali che destano timori, si arriva a mettere in evidenza un controllo totale da parte della scienza su scelte che riguardano la collettività e si mascherano le illusioni create dagli apologetici discorsi ufficiali.

La nuova sfida potrebbe giocarsi dunque sul terreno della comunicazione scientifica “dal basso”, un terreno sul quale si riconfigurano i valori sociali, politici ed economici di tutto ciò che assume il suffisso–bio[25]. Di seguito alcune performance di bio-artisti che utilizzano l’E.E.G. per le loro performance

Coniglio “fluorescente” geneticamente modificato creato dall’artista Eduardo Kac, in collaborazione con il genetista francese Louis-Marie Houdebine

40 Telepresenza e bioarte. Interconnessioni in rete fra umani, conigli e robot, di Eduardo Kac, 300 p., 2016 Clueb

[25]

3.3.1 E.E.G. KISS - LANCEL E MAAT– PERFORMANCE VISUALE - AUDIO E.E.G. KISS è un opera prodotta da Lancel e Maat nel 2014, in questa opera gli artisti indagano su come un bacio può essere tradotto in dati di bio-feedback. De costruiscono il bacio, per ricostruire un nuovo rituale di “baci sintetici”. Trasformano in pratica il bacio in un “Global Kiss” composto da tutti i sensi che vengono attivati come il sentire, il vedere, l’ udire, il toccare. Gli artisti hanno detto ”Le tecnologie di tele-presenza estendono i nostri corpi oltre i confini biologici nel tempo e nello spazio, ma ci impediscono di toccare. Un ambiente poetico, fatto apposta per baciarsi consente di misurare tutte le emozioni tramite E.E.G. e sincronizzarle per creare un sistema di neuro-feedback che permette di condividere i baci reali in rete.” In questo esperimento di live kissing con una BCI, i visitatori sono invitati a baciarsi indossando entrambi un dispositivo E.E.G. per la misurazione dei dati. Una proiezione del pavimento circonda i baci con lo streaming in tempo reale dei dati rilevati per rendere il tutto ancora più immersivo. Un paesaggio sonoro accompagna tutta la performance ed è generato dalla BCI, anche quello grazie alla rilevazione in tempo reale delle onde cerebrali.

Tutti gli spettatori di questa performance entreranno a far parte del bacio perchè vedranno e sentiranno tutte le reazioni che ne scaturiscono. Ogni rilevazione dei dati visivi e le armonie create dai singoli baci vengono salvati su un database pubblico e possono essere anche stampati e condivisi come ritratti della performance. Un bacio è un caso evidente di interazione emotiva e di sincronizzazione fra due persone, dato dalla vicinanza spaziale e da tutti gli altri sensi. In questa performance tutti i partecipanti vengono invitati a dare un senso

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41

astratto alle visualizzazioni dei dati basandosi sulla memoria incarnata del bacio come forma di “co-creazione intima”. Lo scopo principale di questa performance è quello di de costruire tecnologie di controllo automatizzate (sorveglianza, Social Network, Brain Computer Interface e tecnologie biomediche) per ripensare e ispirare reazioni sensibili basate sull’intimità, sulla conoscenza tacita, sulla sinestesia digitale, sulla bio-sincronizzazione, sulla percezione sensioriale ed estetica. William J. Mitchell autore, professore,architetto e urbanista noto per aver guidato l’ integrazione della pratica delle arti di progettazione architettonica con l’informatica e altre nuove tecnologie, ha detto: “I am part of the networks and the networks are part of me... I link, therefore I am “ ovvero “Faccio parte delle reti e le reti fanno parte di me...Mi collego, quindi sono.” [26]

42 http://www.lancelmaat.nl/site/assets/files/1013/e_e_g_kiss_lancel_maat_lovink_catalogue_dsg_vienna. pdf

[26]

3.3.2 EUONIA – LISA PARK – PERFORMANCE AUDIO Euonia è un opera prodotta da Lisa Park nel 2013[27] , il termine Euonia deriva dalla parola greca “ey” (bene) + “nous” (mente) che significa “bel pensiero”. Nella performance l’ artista indossa un caschetto E.E.G. wireless per misurare le attività del cervello e tradurre i dati rilevati in onde sonore tramite Processing e Max/Msp. Queste onde sonore create fanno vibrare piatti d’acqua posti sopra a degli altoparlanti, in modo da rendere l’ esperimento sia visibile che udibile. L’ intensità dei suoni rispecchia l’ intensità delle emozioni rilevate dall’E.E.G.. Di conseguenza anche l’ acqua sui piatti crea diverse increspature e movimenti dai modelli imprevedibili in tempo reale.

Per Lisa Park, l’ obbiettivo è quello di poter esercitare un pieno controllo sulla propia mente e di riuscire a renderla così tranquilla e così calma in modo che non ci sia nessun dato da leggere dall’elettroencefalogramma. Idealmente l’ acqua sopra gli altoparlanti è ferma e gli altoparlanti sono silenziosi, arrivati a questo punto l’ artista aveva raggiunto il totale autocontrollo della mente. L’artista vuole usare la tecnologia per aiutare l’ introspezione e non per facilitare e favorire le emozioni caotiche. L’ immobilità è un tema ricorrente in questo lavoro, ma una delle ironie di Euonia è che al pubblico piace invece quando l’acqua salta e spruzza, ovvero proprio nel momento in cui l’ artista sta lottando per raggiungere l’ obbiettivo del silenzio totale. Questo dimostra che raggiungere uno stato di piena calma sia molto difficile e richieda molto più lavoro infatti potrebbe essere più eccitante la visualizzazione di pensieri frenetici. Invece con questa disconnessione tra l’ interesse degli spettatori e gli obbiettivi di Park si crea un’ironia tra mente e corpo. Con questa perfomance vediamo che è più difficile per il corpo esercitarsi e riposare ed è il contrario per la mente [28].

43 http://www.thelisapark.com/#/eunoia/ http://www.thelisapark.com/#/eunoia-ii/

[27] [28]

44

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45

3.3.2 SOLARIS – VTOL – PERFORMANCE VISUALE Vtol è l’ alias di un artista di Mosca i cui progetti si concentrano tutti sull’arte tecnologica: robotica, arte del suono, arte visuale e arte della scienza. La performance visuale Solaris prende questo nome da un romanzo di fantascienza scritto da Stanislaw Lem chiamato proprio “Solaris”. L’ installazione interattiva dimostra l’ influenza sul campo di un magnete che agisce su dei liquidi magnetici fluorescenti. A seconda dei movimenti del liquido e della modifica della superficie, visualizziamo i processi unici del cervello umano. Lo spettatore indossa un caschetto E.E.G. e la BCI creata appositamente calcola l’ attività celebrale ed invia le informazioni al magnete che muovendosi attiva il liquido posto sopra.

Per testare questo progetto sono state invitate persone di diverse età, gruppi sociali e gruppi divisi per aree professionali. I risultati dei test hanno confermato che l’ attività cerebrale e l‘umore dell’uomo riflettono la dinamica e il carattere dei movimenti dei liquidi posti sopra il magnete. Il liquido magnetico reagisce ai cambiamenti di stati mentali ed emotivi. Le persone che passavano molto tempo davanti al magnete riuscivano a influenzare la dinamica e la direzione dei liquidi senza essere coscienti di cosa stavano facendo. Inoltre l’installazione di Vtol visualizza anche il temperamento della persona. Il magnete è come se copiasse l’organizzazione mentale della persona per poi distribuirlo come eco sulla superficie del liquido. Il magnete diventa parte integrante del partecipante quasi come un estensione corporea[29].

46 http://vtol.cc/filter/works/solaris

[29]

47

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48

3.3.3 EEG DEER – VTOL – PERFORMANCE AUDIO-VISUALE Vtol oltre alla performance Solaris e precedentemente descritta, ha creato un’altra performance dal nome E.E.G. Deer. In questa performance l’ artista Vtol indossa un caschetto e tramite le diverse frequenze di onda vengono riprodotti pezzi di filmato tramite un proiettore e rumori elettrico-meccanici. Tutto questo output audio-visuale generato dall’artista è puramente casuale senza una logica, questo per far sì che le performance, anche se ripetute più volte, siano tutte diverse tra loro.

Vtol come abbiamo visto è un artista che attraverso l’ esperimenti E.E.G. a differenza di Lisa Park, predilige risultati strettamente casuali e diversi fra loro, le performance non hanno un fine ultimo sono soltanto dettate dal caos dei campi elettromagnetici che si creano dentro il cervello [30].

49 http://vtol.cc/filter/works/eeg_deer

[30]

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50

3.3.6 MARCUS LAYALL – ON YOUR WAVELENGHT – PERFORMANCE On Your Waveleght è una performance musicale e visuale interattiva, controllata dalla tua mente, tramite un auricolare EEG, realizzata dall'artista inglese Marcus Layall nel 2015 insieme a lui hanno collaborato per questo progetto il compositore Robert Thomas e l' ingegnere Alex Anpilogov. Questo progetto è stato commisionato dal Merge Festival con il supporto di Better Bankside, Tate Modern e The Arts Council. E' stato riprogettato con effetti scenici spettacolari anche per il Canary Wharf Winter Lights Festival del 2017 [31].

Siamo a Londra, nel 2015 ci avviciniamo verso Southwark un posto lugubre e scuro e davanti a noi vediamo un’ enorme apertura nella parete. Attraverso questa apertura puoi vedere qualcuno in piedi nel centro di un tunnel, circondato da raggi laser intensi. La persona al centro dell'installazione indossa un caschetto E.E.G., una colonna sonora riempie tutto lo spazio. Avvicinandoci al tunnel, le persone notano anche che le composizioni laser e la musica cambiano e mutano tutto intorno. L' installazione inizia con un atmosfera appuntita e discordante, ma con il passare del tempo la colonna sonora e la forma della composizione del laser diventano calme e fluide, tutto questo accade perchè il partecipante diventa più concentrato e calmo. I pattern audio visivi sono formati dalle onde cerebrali uniche per ogni persona, la sensazione generale del tunnel è controllata dal potere di concentrazione. L' obbiettivo finale è quello di portare il tunnel completamente sotto il tuo controllo concentrando i tuoi pensieri nel modo più completo possibile. Non c'è da fingere, solo da concentrarsi [32].

51 https://creators.vice.com/en_uk/article/jpvvb4/turn-your-brainwaves-into-lasers-at-this-art-installation http://www.marcuslyall.co.uk/work/on-your-wavelength/

[31] [32]

52

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53

3.3.7 ALESSIO CHIERICO – TRATAKA – PERFORMANCE Trātaka è un’installazione interattiva basata su un’interfaccia cervello-computer. L’interfaccia creata dall’artista rileva le onde cerebrali e le classifica in diversi gruppi come il livello di attenzione. Indossando questo dispositivo, l’ utente è invitato a concentrare la sua attenzione su una fiamma messa di fronte a lui.

Il livelo di attenzione controlla un flusso d’aria creato con una ventola situata al di sotto della fiamma.

Un livello più alto di concentrazione corrisponderà ad un flusso di aria più intenso che farà spengere la fiamma. Trataka è un termine sanscrito che significa “Guardare” o “Fissare” e si riferisce ad una tecnica di meditazione. Questa pratica consiste nel concentrare l’ attenzione in un piccolo oggetto, o più comunemente in una fiamma. In meditazione infatti questa pratica viene utilizzata proprio per stimolare un punto del cervello. Secondo la tradizione indù, questo chakra è uno dei sei principali centri di energia vitale ed è considerato come l’occhio dell’intuizione e dell’intelletto. Questo lavoro di Chierico crea un loop concettuale: l’attività cerebrale basata sull’attenzione porta a una tecnica di meditazione che mira a stimolare il chakra che è responsabile dell’attività cerebrale stessa [33].

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54 http://www.chierico.net/trataka/

[33]

55

56

CAPITOLO 4 “FIRE BRAIN“ •

Sezione 4.1 - Introduzione Performance • • • • • •

Sezione 4.1.1 - Spiegazione Performance Sezione 4.1.2 - Materiali Utilizzati Sezione 4.1.3 - Software Utilizzati Sezione 4.1.4 - Acquisizione e Analisi Datii Sezione 4.1.5 - Output Performance Richiesto Sezione 4.1.6 - Finalità e Conclusioni

57 57

58

4.1 INTRODUZIONE PERFORMANCE La scoperta, o meglio ancora il controllo del fuoco da parte dei primi uomini rappresenta una vera e propria svolta nell’evoluzione umana. Il fuoco infatti è sempre stato l’ elemento principale nella vita di tutti gli uomini. Serviva per cucinare cibi, assumendo così più proteine e carboidrati e migliorava la nutrizione, permetteva di lavorare e spostarsi anche nelle ore notturne e serviva per difendersi dai predatori. Il controllo del fuoco da parte dell’Homo Erectus avviene durante il Paleolitico Inferiore, periodo storico che va da circa 2,5 milioni a circa 120.000 anni fa. Il fuoco possiamo dire che è l’agente di relazione naturale tra il microcosmo e il macrocosmo. E’ un elemento dinamico, in quanto genera trasformazioni. In particolare tende a purificare tutte le cose, elevandole ad un livello di perfezione maggiore a tutto. La forza distruttrice di questo elemento può essere benefica in quanto legata alla sua funzione purificatrice. Parlandone esotericamente, il fuoco ha questa funzione purificatrice intrinseca, ovvero agisce bruciando ogni desiderio e passione e porta l’iniziato (l’ anima di una persona ) verso l’ immortalità. Berger negli anni del ‘900 ha iniziato le ricerche sul cervello umano proprio partendo da spiegazioni esoteriche, grazie infatti al suo operato come abbiamo già detto la tecnologia e la scienza che studiano il cervello umano hanno fatto passi da gigante. In questa performance chiamata “Fire Brain” cercherò di produrre il fuoco con il pensiero. Anche il pensiero umano come il fuoco è una forza distruttrice perché sempre in continua trasformazione. Attraverso una BCI da me creata voglio riuscire a generare tramite le onde cerebrali il fuoco quindi far sì che una forza distruttrice generi un’altra forza distruttrice.

59

4.1.1. SPIEGAZIONE PERFORMANCE La performance si articola in 3 fasi distinte: • acquisizione dei dati tramite E.E.G. • elaborazione dei dati tramite Processing IDE ed un PC • invio dei dati processati ad Arduino ed al circuito finale (accensione di una candela tramite accendino elettrico.)

Fase 1 i dati ovvero le frequenze cerebrali della persona verranno acquisite tramite dispositivo E.E.G. e inviate in tempo reale al Pc. Nella fase 2 il pc che ha ricevuto i dati classificherà le frequenze cerebrali tramite un software.

Le frequenze verranno classificate a seconda della frequenza di risonanza e verranno osservate soltanto quelle che si riferiscono all’attenzione e alla concentrazione. L’ utente infatti dovrà concentrarsi su una candela posta al di sotto di un accendino elettrico usb, entrambi spenti.

Nella fase 3 raggiunto un determinato livello di concentrazione ed attenzione dell’utente i dati verranno inviati come input ad Arduino, programmato per avviare il circuito che farà accendere la candela e produrrà il fuoco.

4.1.2 MATERIALI UTILIZZATI Per realizzare questo progetto abbiamo bisogno di uno strumento E.E.G., di cinque elettrodi, di Arduino e di un accendino elettrico Usb, oltre a tutta la componentistica elettronica per far funzionare il circuito. Per iniziare come prova sperimentale e per avvicinarci al mondo della neuroscienza insieme ad un collega, abbiamo creato un apparecchio E.E.G. DIY utilizzando: una breadboard, Arduino e vari componenti elettronici facenti parte degli strumenti E.E.G. quali: filtri, amplificatori e potenziometri. L’apparecchio veniva alimentato da una coppia di batterie da 9V, il segnale proveniente dagli elettrodi amatoriali veniva filtrato da 4 filtri, un high pass filter, un low pass filter e due notch filter, il segnale poi veniva amplificato da 3 amplificatori e visualizzato tramite Processing con la possibilità di salvare i dati sul disco. Il segnale EEG che siamo riusciti a ricevere da questo prototipo purtroppo non si è rilevato pulito come speravamo.

Questo è dato anche dalla componentistica amatoriale utilizzata, come i cavi wires per i collegamenti sulla breadboard quindi senza saldature e facilmente scollegabili e dai componenti non schermati che ricevevano rumore dall’ambiente esterno.

60

Dopo aver fatto questa prova di costruzione di un apparecchio E.E.G. abbiamo trovato e contattato un’azienda bulgara chiamata Olimex fornitrice leader di strumenti di sviluppo e di strumenti programmabili per il mercato embedded. Da questo fornitore abbiamo acquistato un E.E.G.-SMT Olimex, che è un microcontrollore E.E.G. open source. Questo dispositivo ha due canali di registrazione e due coppie di elettrodi positivi e negativi, vengono posizionati sull’osso frontale del cranio. Questi componenti sono stati utilizzati per la rilevazione dei dati, per il resto sono serviti Arduino ed un accendino elettrico usb. Arduino è una piattaforma Hardware composta da una serie di schede elettroniche dotate di microcontrollori. Questa piattaforma è stata sviluppata come strumento per la prototipazione rapida e per scopi hobbistici, didattici e professionali. Ad Arduino è stato collegato l’ accendino elettrico che tramite la programmazione viene acceso oppure rimane spento a seconda delle condizioni prefissate all’interno del codice. Nel nostro caso quindi a seconda delle frequenze di onda rilevate e a seconda del livello di concetrazione della persona l’ accendino posto sopra lo stoppino della candela verrà acceso e di conseguenza lo brucerà, generando il fuoco.

61

10k

R1

+5VD

+5VA

RST

RST U1

R3 560R

R2 100R

C1

4V_REF_ADC

AP431SA

A

R5 15k/1%

C4 10nF/X7R/10%

R

10uF/6.3V/TANT

R7 10k/1%

C5 100nF/X7R/10%

2V_REF

MOSI 1 (ADC7)PA7 (ADC6)PA6 (ADC5)PA5 (ADC4)PA4 (ADC3)PA3 (ADC2)PA2 (ADC1)PA1 (ADC0)PA0

30 31 32 33 34 35 36 37

(SCK)PB7 (MISO)PB6 (MOSI)PB5 (SS)PB4 (AIN1)PB3 (AIN0/INT2)PB2 (T1)PB1 (T0)PB0

3 2 1 44 43 42 41 40

(TOSC2)PC7 (TOSC1)PC6 PC5(TDI) PC4(TDO) PC3(TMS) PC2(TCK) PC1(SDA) PC0(SCL)

26 25 24 23 22 21 20 19

(OC2)PD7 (ICP)PD6 (OC1A)PD5 (OC1B)PD4 (INT1)PD3 (INT0)PD2 (TXD)PD1 (RXD)PD0

16 15 14 13 12 11 10 9

RESET

7

XTAL2

8

XTAL1

29

AREF

27

AVCC

28

AGND

39pF/COG/5%

Q1

C3

C

+

C6

C2

SR1

R4 9.1k/1%

R6 10k/1%

4

100nF/X7R/10%

39pF/COG/5% 7.3728MHz/20pF/30ppm

+5VA +5VD

3

IC4A

2

1 TLC277CD

2V_REF_BUF C8 100nF/X7R/10%

4

C31 100nF/X7R/10%

C32 V_REF

+

5

VCC

17

VCC1

38

VCC2

6

GND

18

GND1

39

GND2

C7 C72

47µF/10%/6.3V/TANT(C)/ESR 0.25 ohm (TR3C476K6R3C0250/1754044)

V_CAL

R16

R19

10k/1%

R18 GND_CAL

TDI TDO TMS TCK

PD5

PD5

1M/1% 1M/1% voltage divider 1:20000 5Vp-p +/-10% => 250µVp-p +/-10% 250µVpp +/-10%, 0.1 .. 100Hz Square wave Calibration Signal

R17 100R/1%

C9 C10

ATMEGA16

R20

PD5 is PWM output for cal-signal

10k/1%

Instrumental Amplifier G=12.36

V_REF HF rejection

High Voltage protection

High-Pass filter 1 pole

+5VA

+5VA

SCJ325P00XG0B02G

2.2k/1%

V-IN

2

RG

R25

2.2k/1% 15 RG 2.2k/1% 5 V+IN

R26

7

V_REF

10nF/X7R/10%

+5VA

SCJ325P00XG0B02G

R28

PGS4

100R CH2_IN+

2.2k/1%

+5VA

R33 10k/1%

PGB1010603MR(F2594TR-ND)

DRL

+5VA R61 NA PGS5

DRL

R56

PGB1010603MR(F2594TR-ND)

R29

D5

2.2k/1% BAV199(1156415)

2.2k/1%

4

V+ V-

13 7

1uF/X5R/10% C46 C45

100nF/X7R/10%

+5VA

R30

2.2k/1%

R31

2.2k/1% 15 RG 2.2k/1% 5 V+IN

2

RG

D4 IC3A

BAV199(1156415)

3 1 2

V_REF

1M

100nF/X7R/10%

C47

100nF/X7R/10%

+5VA

INA114BU/1K FB

12

25k

VO

11

25k

REF

10

V+ V-

13 7

V-IN

25k

BAV199(1156415)

25k

25k

25k

C52 1uF/X5R/10% C49 C48

100nF/X7R/10%

1M

100nF/X7R/10%

C50

100nF/X7R/10%

R34 +5VA

10k/1%

V_RE

MCP607-I/SN

NA(10M)

SCJ325P00XG0B02G

10

C51

V_RE U6

D3

R32

R55

REF 25k

C69

Right-leg driver (DR 8

R60

VO

MCP607-I/SN

C43

1nF/X7R/10%

IC4B R35 TLC277CD 7 200k/1% C44 1nF/X7R/10%

100nF/X7R/10%

C70 6 1

3 3

TR3

2

VREF AGND

1 Close

1 NA(20k)???

100nF/X7R/10%

COM

TR3_DIS 5 2

CH2_IN+

25k

4

C38

C42

+5VA

100R

V_REF

12 11

1 3 6 8 9 14 16

R59

C41

2.2k/1%

R54 NA(10M)

FB

25k

25k

IC3B

5

BAV199(1156415)

6 R53 NA(10M)

25k 25k

D2

100pF/COG/5%

R27

SCJ325P00XG0B02G

1-L 2 3-R

+5VA

100pF/COG/5%

PGS3

CH2_IN-

1-L 2 3-R

4

2.2k/1%

PGB1010603MR(F2594TR-ND) PGB1010603MR(F2594TR-ND)

CH2_IN3-R 2 1-L

R22

PGS2

100R CH1_IN+

2.2k/1%

R24

BAV199(1156415)

NC NC NC NC NC NC NC

10nF/X7R/10%

R58

R23

+5VA

INA114BU/1K

1 3 6 8 9 14 16

C37

C40

+5VA

100R

SCJ325P00XG0B02G

CH1_IN+

C39

R57

U5

D1

100pF/COG/5%

2.2k/1%

NA(10M)

100pF/COG/5%

PGS1

CH1_IN3-R 2 1-L

V_REF

R8

R21

Fc=0.16Hz

NC NC NC NC NC NC NC

PGB1010603MR(F2594TR-ND)

CH1_IN-

1-L 2 3-R

R9 R10

ADC1 ADC0

220nF/X7R/5%(08053C224JAT2A/174066 220nF/X7R/5%(08053C224JAT2A/174066

100nF/X7R/10%

100nF/X7R/10%

8

C36

100nF/X7R/10%

10nF/X7R/10%

C35

+

C34

47µF/6.3V/TANT

C33 10nF/X7R/10%

100nF/X7R/10%

C30

3

RST 5 SCK 7 MISO 9

V_REF

If TR3 is needed, a when _all_ amplifie

C71

Important usage in If you only want to 100nF/X7R/10% Always connect the V_REF DRL design from h

This hardware design by Olimex LTD is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Unported L

62

Non-Inverter Amplifier G=11..101 G=40

TEST GND

0R(NA) 0R

USB

0R

R14

R15

R63

C22

17

1M

C24

R62 560R

FT232RL/SSOP28

High-Pass filter

3rd order "Besselworth" filter, fc = 59 Hz. The 3rd pole is located on the digital part.

1 pole

G= 13

Fc=0.16Hz

C57

1

C55

2

R38 3 3

TR1 20k 1 1

R40

C53

1uF/X5R/10% 100k/1% R42 1M/1% 1nF/X7R/10%

C64

33nF/X7R/5%(06035C333JAT2A/1740618)

IC1B MCP607-I/SN

R44

R46

10k/1%

15k/1%

5

100nF/X7R/10%

8

IC1A MCP607-I/SN

7 6

C59

C63

R50

100k/1%

220nF/X7R/5%(08053C224JAT2A/1740667)

R48

C61

1k

100nF/X7R/10%

4

3

V_REF

C65

1nF/X7R/10%

8.2k/1%

EF V_REF V_REF

100nF/X7R/10%

V_REF

V_REF +5VA

1

C56

2

R39 3 3

TR2 20k 1

R41

1

1k

C54

1uF/X5R/10% 100k/1% R43 1M/1% 1nF/X7R/10%

EF V_REF V_REF

RL) notes:

adjust potentiometer so DRL=0mV (referred to V_REF) er inputs are shorted to the DRL output (R_LEG).

nstructions for the DRL. use one channel, never let the other channel float. e unused terminals to V_REF, or the DRL will not work properly. http://www.biosemi.com/publications/artikel7.htm, fig.3

R45

R47

10k/1%

15k/1%

IC2B MCP607-I/SN 5

100nF/X7R/10%

7 6

C60

C66

R51

100k/1%

220nF/X7R/5%(08053C224JAT2A/1740667)

R49

C62

100nF/X7R/10%

C68

1nF/X7R/10%

8.2k/1% V_REF

C67

33nF/X7R/5%(06035C333JAT2A/1740618)

8

C58

IC2A MCP607-I/SN

4

3

2

R37 M/1%

PWR 3mm_Red

3V3OUT

+5VA

2

R36 M/1%

10nF/X7R/10%

0R(NA)

C26

0R

C25

R52

100nF/X7R/10%

C27

+

C28

10nF/X7R/10%

BZV55C6V2

47µF/6.3V/TANT

C29

100nF/X7R/10%

+

47µF/6.3V/TANT

Z1

22µH/± 10%/1.7ohm/80mA(LB2012T220K/8030984)

8 19 24 27 28

10nF/X7R/10%

L2

CBUS0 CBUS1 CBUS2 CBUS3 CBUS4

NC1 #RESET NC2 OSCI OSCO

C21

L3 22µH/± 10%/1.7ohm/80mA(LB2012T220K/8030984)

23 22 13 14 12

SHIELD

NA

VIN

USB 1 2 3 4

USB_B

C20

+5VD

26 21

+5VA

16 15

C18

ISO7221XD(SOIC8)

USBDM USBDP

R13

3 4

C23

INB GND1

4 20

NA

OUTB GND2

1 2

U4 VCCIO VCC

100nF/X7R/10%

6 5

VCC1 OUTA

TXD RXD RTS# CTS# DTR# DSR# DCD# RI#

FT232RL

VCC2 INA

1 5 3 11 2 9 10 6

GND AGND

8 7

Isolation

67) 67)

1k

100nF/X7R/10%

U3

100nF/X7R/10%

NA(USBLC6-2P6)

6 5 4

R11

PWREN

C16 C13

GND

+5VD

2 3

R12 10k

NA

100nF/X7R/10%

0R(NA) 1

L1

100nF/X7R/10%

0V

TMV0505S 7.5k/1% 7.5k/1%

C17

2

VIN-

7 25

VOUT-

18

5 100nF/X7R/10%

FB/600 OHM/1206(321611C-601)

C15 10uF/6.3V/TANT

10uF/6.3V/TANT

r

C14

C19

VIN+

DC-DC converter

+

VOUT+

C12

HN2x5

U7

FET IRLML6402

+5V_USB

1

100nF/X7R/10%

C11

+

7

+5V

C73

ISOLATED PART U2

10uF/6.3V/TANT

VIN

+5VD

+

2 4 6 8 10

100nF/X7R/10%

ICSP

1 3 5 7 9

V_REF

100nF/X7R/10%

V_REF

EEG-SMT_rev_B Designed by OLIMEX LTD., Bulgaria, 2013 https://www.olimex.com/ Schema Circuito Olimex SMT

License.

63

64

4.1.3 SOFTWARE UTILIZZATI I software compatibili utilizzati per comunicare con il nostro dispositivo E.E.G. Olimex, per classificare le onde e fare le rilevazioni sono molti, ecco la lista qui di seguito: • • • •

Electric Guru Brain Bay Open Vibe Processing IDE

ELECTRIC GURU[34] è un programma per computer per analizzare e processare segnali di neuro-feedback in tempo reale. Questo programma è ancora in fase di sviluppo, l’ autore permette l’ utilizzo anche per essere implementato da altre persone infatti viene rilasciato con licenza open-source.

Questo programma utilizza la trasformata di Fourier veloce (FFT) per estrarre le bande di frequenza dal segnale grezzo.

La larghezza della banda iniziale può essere impostata dall’ utente a partire da 125hz. Due moduli indipendenti del programma calcolano le FFT così che i risultati possono essere verificati mediante confronto. All’interno del programma è integrato un simulatore per facilitarne la verifica finale. A schermo vengono visualizzati grafici inerenti a tutti i dati ricevuti dall’attività cerebrale. Questo programma però ha delle limitazioni, all’interno della configurazione del programma è possibile impostare tre quarti per una sola banda di frequenza alla volta. Ad esempio, puoi fare rilevazioni per le onde Alpha superiori oppure per le onde Theta inferiori, ma non puoi misurarle contemporaneamente. Tutto questo perchè questa versione non contiene filtri digitali ed usa soltanto la FFT per l’ elaborazione del segnale.

65 https://realization.org/old/page/topics/electric_guru.htm

[34]

BRAIN BAY [35] è stato sviluppato da Christoph Veigl e Jeremy Wilkerson, è un applicazione per il Neuro-feedback progettata per funzionare con vari amplificatori E.E.G. (inclusi gli amplificatori OpenEEG. e OpenBCI). Supporta molte funzioni di interfaccia uomo-macchina e supporta anche il Neuro Server Software, un framework per trasmettere le rigistrazioni live via Internet/Lan. Brain Bay è anche in grado di fornire un feedback grafico insieme ad un feedback musicale e anche un feedback games. Brain Bay a differenza del programma Elettric Guru è molto più completo e funzionale, consente la progettazione grafica di configurazioni universali per il processamento in tempo reale, la visualizzazione, la memorizzazione, feedback bioelettrici, informazioni visive ed altri dati provenienti da altri sensori collegati alla BCI, come ad esempio una Webcam per controllare la posizione del viso ed i movimenti del corpo.

Con elettrodi e sensori appropiati, i parametri vitali misurati e utilizzati per scopi di biofeedback potrebbero essere questi: • • • • • • • •

Onde cerebrali (Elettroencefalogramma, EEG) Battito cardiaco (Elettrocardiogramma, ECG) Attività muscolare (Elettromiogramma, EMG) Movimenti oculari (Elettrooculogramma, EOG) Pressione sanguigna (BVP) Risposta galvanica della pelle (GSR) Temperatura della pelle Posizione della faccia, movimenti corporei (Webcam)

66 http://www.shifz.org/brainbay/

[35]

67

Sono molteplici le possibili applicazioni di questo programma sia in ambito medico-scientifico per scoprire o monitorare patologie, sia in campo performativo: •

•

• • • • •

•

68

Bio-feedback e Neuro-feedback - tensione – mal di testa - emicrania - sindrome da stress post-traumatico - epilessia - dolore cronico - aritmia cardiaca - difficoltà di concentrazione/apprendimeto Riabilitazione - allenamento muscolare e rilassamento - allenamento posturale Telemetria in tempo reale dei segnali del corpo Monitoraggio del paziente Controllo dell’avanzamento della terapia Analisi dei dati online e offline Interazione uomo-macchina - controllo del cursore del mouse - click e controllo delle funzioni del mouse - digitazione tramite tastiera su schermo Brain Computer Interface (BCI)

69

70

OPEN VIBE [36] come il resto dei software visti è una piattaforma dedicata alla progettazione, al test e all’ utilizzo di interfacce cervello-computer. OpenVibe elabora in tempo reale segnali cerebrali e può essere utilizzato per acquisire, filtrare, elaborare, classificare e visualizzare questi segnali.

I principali campi di applicazione di OpenVibe sono medici (assistenza a persone disabili, biofeedback in tempo reale), multimediali (realtà aumentata, videogiochi), robotica e tutti gli altri campi di applicazione relativi alle interfacce cervello-computer e alle neuroscienze temporali.

Gli utenti OpenVibe possono essere programmatori o persone che non hanno familiarità con la programmazione. Questo include medici, sviluppatori di videogiochi, ricercatori nell’elaborazione del segnale o nella robotica, ecc.

La piattaforma OpenVibe viene fornita con un server di acquisizione generico. Acquisisce i dati da qualsiasi dispositivo E.E.G. compatibile e li invia ad un qualsiasi numero di client OpenVibe Designer sulla rete. OpenVibe supporta più trenta dispositivi di acquisizione. Con OpenVibe non hai bisogno di imparare alcun linguaggio di programmazione, tutte le operazioni vengono fatte con il mouse e con semplici gesti drag and drop. Ogni parte della catena delle operazioni per l’ elaborazione del segnale è rapresentata da un box, per passare il segnale di input da una casella ad un’altra basta semplicemente collegarli insieme.

Il software viene fornito con molti algoritmi di elaborazione del segnale: • Epoching.: l’epoching E.E.G è una procedura in cui vengono estratte specifiche finestre tremporali del segnale E.E.G. continuo. Queste finestre temporali sono chiamate “epoche” e solitamente sono bloccate in tempo rispetto ad un evento, ad esempio uno stimolo visivo.

• Averaging: l’averaging E.E.G. è una procedura in cui un soggetto deve ripetere molteplici stimolazioni (100 o molte di più), dopo di che viene fatta una media dei segnali acquisiti.

• Combinazioni Lineari • Filtri spaziali e temporali • Windowing • Fast Fourier Transform (FFT).

71 http://openvibe.inria.fr/

[36]

72

73

PROCESSING IDE [37] è un software filessibile per la progettazione nell’ ambito delle arti visive. Dal 2001, processing è stato sviluppato per interfacciarsi in molteplici ambiti tecnologici. Ci sono infatti migliaia di studenti, artisti, designer, ricercatori e hobbisti che usano Processing per l’ apprendimento e la prototipazione. Processing è un software Open Source gratuito da scaricare e con l’implementazione di librerie può essere utilizzato con molti dispositivi di appoggio.

I programmi sviluppati in Processing vengono programmati tramite il Processing Developement Environment (PDE) questo editor di programmazione semplifica la scrittura e l’elaborazione del programma. Viene codificato tutto all’ interno di un editor di testo e viene avviato tramite il pulsante “Esegui”. Ogni programma scritto in Processing viene chiamato schizzo o sketch. Ogni schizzo bidimensionale o tridimensionale viene renderizzato tramite i renderizzatori P2D e P3D contenuti nel programma. Le capacità di elaborazione vengono estese tramite librerie e strumenti facilmente implementabili. Queste librerie vengono sviluppate e fornite dalla comunità di Processing a seconda degli utilizzi. Processing si può interfacciare con due o più dispositivi di Comunicazione (COM), ad esempio può essere utilizzato per scrivere un programma che faccia comunicare ed interfacciare un E.E.G. con Arduino. Per il progetto “Fire Brain” da me realizzato ho utilizzato questo software più libero e con meno limitazioni rispetto agli altri software visti sopra. Di seguito sono riportati esempi e valutazioni degli esperimenti fatti.

74 [3]

https://processing.org

75

4.1.4. ACQUISIZIONE E ANALISI DATI Le interfacce BCI (cervello-computer) sono sistemi costituiti da strumenti di rilevazione delle attività cerebrali (es: Olimex Board) e programmi avanzati (es: Processing) in grado di decodificare ed inviare questi segnali ad un altro dispositivo (es: Arduino). Per la prima analisi dei dati e per avvicinarmi alla classificazione delle onde ho utilizzato e testato insieme ad un collega il dispositivo E.E.G. con il software OpenVibe ed un test video. Abbiamo creato così un test comprensivo di tracce visuali, acustiche e prove logico matematiche, per acquisire onde EEG di tipo diverso. Durante questa registrazione dell’E.E.G. i dati raccolti vengono salvati in streaming nel formato CSV attraverso il programma e convertiti in formato JSON. Vengono divisi in base al minutaggio del video, tramite l’epoching per poi essere utilizzati come Visualization data tramite OpenVibe e come Chord Diagram con una libreria javascript d3.js.

Il CHORD DIAGRAM è un grafico per la visualizzazione di dati grezzi. I meta dati provenienti da OpenVibe vengono inseriti in una matrice formata da 6 righe con i dati relativi ai tre test (visuale, acustico, aritmetico).

Spostando il cursore su uno dei colori del diagramma è possibile vedere le relazioni esistenti tra i dati collezionati.

COLLEGA

IO

76

Il test realizzato con OPEN VIBE si divide così: 1. Test Visuale (2 Video) 2. Video Trip con colori e suoni.

3. Video Horror.

V I D E O E X P E R I M E N T °

V

I

D

E

O

2

°

V

I

D

E

O

COLLEGA

IO

COLLEGA

IO

1

77

2.

Acustico – Musica • Genere Elettronica - Apparat, Arcadia • Genere Classica - Ludovico Einaudi, Una Mattina • Genere Psychedelic rock - Pink Floyd, Time

S O U N D E X P E R I M E N T °

I

D

V

I

D

E

O

COLLEGA

IO

1

O

3

IO

E

COLLEGA

V

IO

°

COLLEGA

2

78

°

V

I

D

E

O

3.

Logico visuale matematico • Tre operazioni matematiche • Video sulle Prospettive • Problema di Logica

COLLEGA

IO

L O G I C E X P E R I M E N T

Grazie a questo test, ho potuto capire come funzionano i picchi attenzionali provenienti dal lobo frontale di una persona e ho visto durante le rilevazioni tutti i problemi causati dai vari artefatti descritti nei capitoli precedenti come ad esempio lo sbattimento delle palpebre.

Come si può notare dalle immagini relative ai grafici di questi test, la mia linea di onda è molto piatta senza picchi o grandi mutamenti, questo perchè sono stato io stesso a creare i test quindi sapevo già cosa mi aspettava durante la sperimentazione. Dopo aver fatto queste analisi ho iniziato a rilevare i dati che mi occorrevano per programmare la BCI, della performance “Fire Brain” direttamente tramite Processing. Durante queste rilevazioni ho soltanto analizzato i picchi attenzionali ed il livello di concentrazione di una persona. Per fare questo ho creato tramite Arduino un circuto con un led che si accendeva quando una persona raggiungeva un certo numero prefissato di picchi massimi di concentrazione-attenzione, 1000 totali nel primo esperimento e 100/s nel secondo esperimento. La rilevazione è durata 1 minuto ad esperimento ed i dati rilevati tramite E.E.G. in tempo reale sono stati più di 100.000.

I test eseguiti sono stati due con diversa difficoltà. Nel primo esperimento il partecipante doveva concentrarsi guardando un led spento, se i picchi di attenzione sommati fossero arrivati a 1000 il led si sarebbe acceso una volta, se fossero arrivati a 2000 si sarebbe acceso 2 volte e così via.

79

PICCO AT TENZIONALE

INTERRUZIONE DI SEGNALE

80

Nel secondo esperimento invece il partecipante doveva riuscire a tenere acceso il led il più tempo possibile concentrandosi e mantenendo l’ attenzione alta. Il led si spengeva ogni volta che il partecipante aveva un calo di attenzione o si verificava un’interruzione del segnale dovuto agli artefatti. In questo esperimento è stata fatta una media dei picchi attenzionali al secondo, quando si verificavano 100 o 200 o 300 picchi attenzionali consecutivi in un secondo, il circuito rimeneva acceso per 1s, 2s, 3s e così via, se il partecipante aveva un calo di attenzione il led si spengeva e la serie di misurazione dei picchi ricominciava.

81

82

4.1.5 OUTPUT PERFORMANCE RICHIESTO Le rilevazioni e gli esperimenti sono stati fatti per acquisire e determinare il livello di attenzione raggiungibile da tutte le persone anche in tempi diversi. Le misurazioni sono state fatte in un periodo di un minuto. Durante la Performance “Fire Brain” il circuito, ovvero l’ accendino elettrico collegato ad Arduino si deve accendere una sola volta e poi dopo un breve periodo si deve spengere. Nel breve periodo che si accende deve bruciare lo stoppino della candela e quindi produrre il fuoco. Per fare ciò su Processing in ambito di programmazione è stato stabilito un livello di attenzione da 0 a 100 che aumenta quando vengono rilevati i picchi di attenzione e diminuisce quando il caschetto E.E.G. rileva un’alterazione di segnale oppure quando si verificano dei cali di attenzione significativi nella persona. Quando il livello di attenzione supera il 70% il circuito controllato da Arduino si accenderà.

83

4.1.6 FINALITÀ E CONCLUSIONI In questo studio e in questa performance è stato studiato il livello di attenzione e di concentrazione di una persona verso uno specifico oggetto (nella performance la candela, nella sperimentazione il led). I risultati dello studio indicano che lo stato di attenzione è un fenomeno continuo, ma anche in continua mutazione. Inoltre, i segnali EEG di attenzione sono più facili da identificare rispetto a quelli di disattenzione; questo perché i segnali EEG di disattenzione contengono informazioni aggiuntive. Tuttavia, più dati o tipi di stati sconosciuti possono essere estratti dai segnali EEG di disattenzione. Attualmente, il tasso di precisione per rilevare con successo che il soggetto è disattento è solo del 50%. L’interferenza EEG sarà ulteriormente esaminata in futuro per migliorare l’accuratezza della classificazione fra la disattenzione e le interferenze di segnale. Questa performance è stata sviluppata e realizzata sia esotericamente che da un punto di vista artistico (creare il fuoco con la forza del pensiero), ma anche per far avvicinare tutte le persone che ancora non sono a conoscenza, che i dispositivi E.E.G. possono essere utilizzati anche durante la quotidianità. Attraverso le onde cerebrali e la classificazione di esse possiamo eseguire come abbiamo visto molteplici operazioni e far funzionare diversi dispositivi. In un futuro non troppo lontano, questi dispositivi entreranno a far parte della vita di tutti i giorni sia per il controllo di strumenti e macchine, sia per il monitoraggio dei parametri vitali di una persona.

84

85

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89

I ringraziamenti vanno in particolar modo: Alla mia famiglia, in particolar modo a mio padre, mia madre, mio fratello, che con il loro amore mi hanno sempre dato la forza di credere nelle mie idee.

Ai miei amici ed amiche, ai miei colleghi e a tutti i tester che hanno partecipato alle sperimentazioni e alla tesi contribuendo alla riuscita del lavoro finale.

Al mio Relatore, nonchè mio professore, che mi ha sostenuto durante il lavoro ed ha contribuito con molti buoni consigli.

A me stesso, che con impegno, costanza e dedizione sono riuscito a raggiungere questo grande traguardo

Scuola di Nuove Tecnologie dell’ Arte Laurea Triennio Arti Multimediali Candidato Tesi: Luca Lelli Numero Matricola: AM698 Relatore Tesi: Massimo Cittadini