-
شماره ركورد
28796
-
پديد آورنده
سيدموسي حسيني
-
عنوان
رمزگشايي پيوسته پارامترهاي سينماتيكي حركت دست از سيگنال الكتروانسفالوگرام
-
مقطع تحصيلي
دكتري
-
رشته تحصيلي
مهندسي برق
-
سال تحصيل
1396
-
تاريخ دفاع
1402/5/29
-
استاد راهنما
وحيد شالچيان
-
دانشكده
مهندسي برق
-
چكيده
واسطهاي مغز-رايانه سيستمهاي مبتني بر روشهاي پردازش سيگنال هستند كه وظيفه اصلي آنها برقراري ارتباط كاربر با دنياي خارج از طريق ثبت و تفسير الگوهاي مغزي است. دسته مهمي از واسطهاي مغز-رايانه بر پايه استخراج اطلاعات از ريتمهاي حسي-حركتي و پتانسيلهاي مرتبط با حركت طراحي ميشوند. لذا رمزگشايي اطلاعات مرتبط با حركت از ثبتهاي مغزي اهميت بهسزايي دارد. هدف اصلي اين رساله رمزگشايي پيوسته مسير حركت دست از سيگنال الكتروانسفالوگرام است. به اين منظور يك آزمون مركز-خارج با چهار هدف اصلي متعامد و اهدافي تصادفي به منظور بررسي امكان تعميمپذيري مدل طراحي شد. از دوازده نفر سيگنال الكتروانسفالوگرام در حين انجام آزمون ثبت شد. در مطالعه نخستين به منظور ارزيابي داده، از ويژگيهاي آناليز گراف براي رمزگشايي گسسته چهار جهت حركت دست در بازه حركت و در بازه پيش-حركت استفاده شد. اين رويكرد به نتايج بهتري در مقايسه با ويژگيهاي متعارف دامنه انجاميد. در مطالعه دوم، از دو ويژگي ارتباطات مغزي يعني مقدار قفلشدگي فاز و مربع اندازه همدوسي در رمزگشايي پيوسته مسير حركت دست استفاده شد. به اين منظور، زوج كانالهاي مرتبط و سپس بهترين ويژگيها از روي دادگان آموزش انتخاب گرديد و براي بازسازي مسير حركت دست در اختيار رگرسيون خطي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه روش مبتني بر ارتباطات مغزي به ميانگين ضريب همبستگي 0/42 در بازسازي مسير حركت نائل شد؛ درحالي كه اين معيار براي ويژگيهاي دامنه در حدود 0/31 بود. همچنين باندهاي دلتا و آلفا بيشترين سهم را در ويژگيهاي انتخاب شده ارتباطات مغزي داشتند. در مطالعه سوم، روشي موسوم به رمزگشايي مبتني بر حالت بر اساس تركيب رمزگشايي گسسته و رمزگشايي پيوسته ارائه شد تا با بهبود آموزش مدل نتايج روشهاي استاندارد رگرسيون را ارتقا دهد. مدل رمزگشايي گسسته مبتني بر استخراج ويژگيهاي الگوي فضايي مشترك از پتانسيلهاي پيش-حركت در بازه آمادهسازي حركت طراحي شد. مدل رمزگشايي پيوسته نيز بر اساس روش رگرسيون فرايند گاوسي مبتني بر پوش سيگنال الكتروانسفالوگرام در بازه حركت انجام شد. در اين مطالعه امكان تعميمپذيري مدل آموزش ديده بر اساس چهار جهت اصلي به منظور بازسازي اهداف تصادفي نيز بررسي شد. در اين روش، ميانگين ضريب همبستگي 0/54 و 0/37 به ترتيب براي بازسازي اهداف اصلي و تصادفي به دست آمد. در اين رساله روشهايي نوين مبتني بر استخراج ويژگي و بهبود طراحي مدل رمزگشايي به منظور ارتقاي نتايج بازسازي پيوسته مسير حركت دست بر اساس ثبت غيرتهاجمي ارائه شد. اين مطالعه بنيادين راه را براي طراحي نسل جديد سيستمهاي واسط مغز-رايانه با دقت بيشتر براي كنترل پروتزهاي عصبي در كاربردها روزمره هموار ميكند.
-
تاريخ ورود اطلاعات
1402/07/10
-
عنوان به انگليسي
Estimating kinematic parameters of hand movements using EEG recordings
-
تاريخ بهره برداري
8/19/2024 12:00:00 AM
-
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
سيدموسي حسيني
-
چكيده به لاتين
The main objective of brain-computer interfaces (BCIs) is to translate brain activity patterns into meaningful control commands which enable the users to interact with the environment without using the natural neuromuscular pathways. An important category of BCIs is designed based on extracting information from sensorimotor rhythms (SMRs) and movement-related
cortical potentials (MRCP). Hence, decoding movement-related information from brain signals is of utmost importance. The principal objective of this thesis is to decode hand movement trajectories from EEG signals. To this end, a cue-based center-out reaching task with four orthogonal targets was designed. EEG data were recorded from twelve healthy male subjects performing the task. To investigate the generalizability of the model, we incorporated in our
center-out task a number of random targets happening in random directions. In the first study, we evaluated the capability of recorded data in discriminating four classes of hand reaching using graph theory features extracted from movement and pre-movement intervals. This approach achieved better classification accuracy compared to conventional amplitude features.
The second study aimed to investigate the feasibility of using phase-based connectivity features in decoding continuous hand movements from EEG signals. The phase-locking value (PLV) and magnitude-squared coherence (MSC) were exploited as connectivity features along with multiple linear regression (MLR) for decoding hand trajectories. The best channel pairs for
extracting features related to hand movements were selected via a proposed search scheme. The results reveal that the regression models based on PLV and MSC features achieve the average Pearson correlations of 0.43 ± 0.03 and 0.42 ± 0.06, respectively, between predicted and actual trajectories over all subjects. The regression model based on amplitude features has
achieved the Pearson correlation of 0.31 in contrast. The connectivity features extracted from delta and alpha bands had the most contribution in reconstructing hand trajectories via linear model. In the third study, a state-based decoding scheme based on cascading a discrete state
decoder with a continuous decoder was introduced to enhance the prediction of hand trajectories. The binary discrete state decoder comprised common spatial pattern (CSP) features extracted from pre-motor potentials of pre-movement data and support vector machine (SVM) classifier. Two non-parametric continuous decoders based on Gaussian process
regression (GPR) have been employed for the continuous decoding of hand movements along each orthogonal axis using the envelope features of EEG signals. The proposed decoding paradigm trained on four orthogonal targets was also generalized to identify and predict the trajectories of random targets. The proposed state-based method achieved a mean correlation coefficient of 0.54 between actual and predicted trajectories for orthogonal targets over all subjects. The trajectories of random targets were also decoded with a mean correlation coefficient of 0.37. In this thesis, new feature extraction techniques and improved decoding paradigms were employed to enhance the results of hand movement decoding based on EEG signals. The proposed methods and approaches could open new possibilities in developing novel types of neuroprostheses for rehabilitation purposes.
-
كليدواژه هاي فارسي
واسط مغز-رايانه , الكتروانسفالوگرام , رمزگشايي پيوسته , ارتباطات مغزي , رگرسيون
-
كليدواژه هاي لاتين
Brain-computer interface , electroencephalography , continuous decoding , brain connectivity , regression
-
Author
Seyyed Moosa Hosseini
-
SuperVisor
Vahid Shalchyan
-
لينک به اين مدرک :