شماره ركورد
34399
پديد آورنده
رومينا ادهمي
عنوان
رمزگشايي پارامترهاي حركتي از روي اطلاعات قشر حسي پيكري
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي پزشكي
سال تحصيل
1404
تاريخ دفاع
1404/7/29
استاد راهنما
محمدرضا دليري
استاد مشاور
ندارم
دانشكده
برق
چكيده
اين پژوهش بر توسعه و ارزيابي مدلهاي مبتني بر يادگيري عميق و شبكههاي عصبي مصنوعي بهمنظور رمزگشايي پارامترهاي حركتي از سيگنالهاي ناحيه 2 قشر حسيپيكري اوليه تمركز دارد؛ ناحيهاي كه نورونهاي آن به بازخوردهاي عمقي حاصل از مفاصل و عضلات در حين حركات فعال و غيرفعال پاسخ ميدهند و نقش مهمي در بازنمايي حس عمقي ايفا ميكند. ازآنجاكه فعاليت عصبي اين ناحيه ميتواند مبنايي براي ارائه بازخورد حس عمقي و لمسي مصنوعي در سامانههاي واسط بين مغز و كامپيوتر باشد، ارزيابي ظرفيت رمزگشايي اطلاعات حركتي از اين ناحيه، گامي اساسي در جهت توسعه سامانههاي عصبي-پروتزي پيشرفته تلقي ميشود. براي اين منظور، دادههاي عصبي حاصل از دو ميمون رزوس بالغ طي چهار جلسه ثبت درونقشري، در حين انجام تكليف Center-Out و در دو حالت حركت فعال و غيرفعال جمعآوري شد. اين دادهها بهمنظور پيشبيني دو دسته متغير حركتي شامل پارامترهاي سينماتيكي (موقعيت، سرعت و زاويه مفصل) و سينتيكي (نيرو و ممان) در چهار جهت هدف (0°، 90°، 180° و 270°) مورد تحليل قرار گرفت. سه معماري شبكه عصبي عميق طراحي و پيادهسازي شد؛ شامل ClassificationNet براي طبقهبندي جهت حركت، RegressionNet براي رگرسيون پارامترهاي حركتي، و MultiTaskNet براي انجام همزمان طبقهبندي و رگرسيون. پس از انجام مراحل پيشپردازش و فيلترگذاري سيگنالها، مدلها با استفاده از معيارهايي نظير دقت، امتياز F1، سطح زير منحني (AUC)، ريشه ميانگين مربعات خطا (RMSE) و ضريب تعيين (R²) آموزش داده شده و ارزيابي شدند. نتايج حاكي از آن بود كه دقت رمزگشايي در حركات فعال بهطور معناداري بالاتر از حركات غيرفعال است كه بيانگر غناي اطلاعاتي بيشتر در اين شرايط ميباشد. همچنين، مدل RegressionNet در پيشبيني زاويه مفصل بالاترين عملكرد را نشان داد، در حاليكه مدل MultiTaskNet نتايجي متعادل، پايدار و قابل اتكا، بهويژه در زواياي 0° و 180°، ارائه داد. يافتههاي اين مطالعه نشان ميدهد ناحيه 2 قشر حسيپيكري داراي ظرفيت بالايي براي رمزگشايي اطلاعات حركتي بوده و ميتواند منبعي قابل اتكا براي ارائه بازخورد حس عمقي در سامانههاي BCI باشد. مدلهاي پيشنهادي اين پژوهش ميتوانند مبنايي براي مطالعات آينده در راستاي بهبود تعميمپذيري، استفاده از دادههاي چندوجهي و توسعه سامانههاي هوشمند توانبخشي مبتني بر واسط مغز و رايانه فراهم سازند.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/10/30
عنوان به انگليسي
Decoding Movement Parameters from Somatosensory Cortex Informations
تاريخ بهره برداري
10/21/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
رومينا ادهمي
چكيده به لاتين
Networks for decoding movement parameters from signals recorded in area 2 of the primary somatosensory cortex (S1), a region whose neurons respond to proprioceptive feedback from joints and muscles during both active and passive movements and play an important role in the representation of proprioception. Since the neural activity of this area can serve as a basis for providing artificial proprioceptive and tactile feedback in brain–computer interface (BCI) systems, evaluating the decoding capacity of movement-related information from this region is considered a fundamental step toward the development of advanced neuroprosthetic systems. For this purpose, neural data obtained from two adult rhesus monkeys were collected over four intracortical recording sessions while performing a Center-Out task under both active and passive movement conditions. These data were analyzed in order to predict two categories of movement variables, including kinematic parameters (position, velocity, and joint angle) and kinetic parameters (force and moment), in four target directions (0°, 90°, 180°, and 270°). Three deep neural network architectures were designed and implemented, including a ClassificationNet for movement direction classification, a RegressionNet for regression of movement parameters, and a MultiTaskNet for simultaneous classification and regression. After performing signal preprocessing and filtering, the models were trained and evaluated using metrics such as accuracy, F1-score, area under the curve (AUC), root mean square error (RMSE), and coefficient of determination (R²). The results indicated that decoding accuracy in active movements was significantly higher than in passive movements, reflecting a greater richness of information under active conditions. Moreover, the RegressionNet model achieved the best performance in predicting joint angle, while the MultiTaskNet model provided balanced, stable, and reliable results, particularly at 0° and 180°. The findings of this study demonstrate that area 2 of the primary somatosensory cortex has a high capacity for decoding movement-related information and can serve as a reliable source for providing proprioceptive feedback in BCI systems. The proposed models can provide a foundation for future studies aimed at improving generalizability, utilizing multimodal data, and developing intelligent rehabilitation systems based on brain–computer interfaces.
كليدواژه هاي فارسي
يادگيري عميق , رابط بين مغز و كامپيوتر
كليدواژه هاي لاتين
Deep learning , Brain computer interface
Author
Romina Adhami
SuperVisor
Mohammadreza Daliri