Brain-Computer Interface ITR Rechner

Berechnen Sie die Informationsübertragungsrate (ITR) in Bits pro Durchgang und Bits pro Minute, um die Kommunikationsgeschwindigkeit und Steuerungsleistung von BCI-Systemen zu bewerten.

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ITR: 12.79 bpm

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Informationstransferrate (ITR):

Die Informationstransferrate (engl. Information Transfer Rate, ITR) ist eine Standardmethode zur Messung der Leistung eines BCI-Systems. Die ITR beschreibt die Menge an Information, die pro Zeiteinheit übertragen wird (üblicherweise Bit pro Minute).

Die ITR in Bit/min lässt sich mit folgender Formel berechnen 1:

$$B \left( \frac{\text{Bit}}{\text{Versuch}} \right) = \log_2 N + P \times \log_2 P + (1-P) \times \log_2 \left( \frac{1-P}{N-1} \right)$$ $$Q \left( \frac{\text{Versuche}}{\text{Min}} \right) = \frac{S}{T}$$

wobei:
B = Bits pro Wiederholung,
N = Anzahl der Ziele (im Beispiel, N=4),
P = Genauigkeit. Die Genauigkeit ist die Anzahl der korrekten Klassifikationen dividiert durch die Gesamtanzahl der Klassifikationen. Zum Beispiel: Für das Wort „BRAIN“, geschrieben als „BURKAIN“, ist die Genauigkeit bezüglich der ausgewählten Buchstaben: P = 5/7 = 0.7413 = 74.13%

Um die ITR in Bit/min zu erhalten, wird B mit der durchschnittlichen Klassifikationszeit pro Minute multipliziert.

$$ITR \left( \frac{\text{Bit}}{\text{Min}} \right) = B \times Q$$

Funktion von N

Der folgende Graph zeigt den log2(N)-Term, die ITR-Formel für verschiedene N. Dieser Term ist der einzige positive Summand der Formel und hängt NICHT von der Genauigkeit ab.

Function of N chart

Funktion von P

Der nächste Graph zeigt den zweiten Term der ITR-Formel als Funktion der Genauigkeit, P. Ferner wächst der Wert bei Genauigkeiten über 40 %. Im Falle einer Genauigkeit kleiner als 1 ist der Term immer negativ (siehe z.B. Dal Seno et al., 2010) 2.

Function of P chart

Summand-Funktion von P und N

Der nächste Graph zeigt den dritten Term der ITR-Formel in Abhängigkeit von der Genauigkeit (P) und der Anzahl der Ziele (N). Wie bei dem zweiten Summanden sind die Werte für Genauigkeiten kleiner als 100 % negativ; dieser Term hängt darüber hinaus von der Anzahl der Ziele ab.

Summand penalty chart

Dynamische Wolpaw1-Zielmatrixkurven

Der folgende Graph (Wolpaw et al., 2002) zeigt die ITR in Bit/Versuch und in Bit/min. Die Anzahl der Ziele ist N; der Graph zeigt die ITR für N=2, 4, 8, 16 und 32.

Accuracy VS Bits/Trial chart

Wissenschaftliche Literaturreferenzen

1 Wolpaw, Jonathan R., et al. "Brain-computer interfaces for communication and control." Clinical neurophysiology 113.6 (2002): 767-791.
2 Dal Seno, Bernardo, Matteo Matteucci, and Luca T. Mainardi. "The utility metric: a novel method to assess the overall performance of discrete brain-computer interfaces." IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering 18.1 (2010): 20-28.

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