شماره ركورد
33654
پديد آورنده
محمدمهدي حبيبي بينا
عنوان
تشخيص مولفه P300با هدف بهبود كارايي و كاهش زمان محاسبه با استفاده از روش يادگيري عميق
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي برق - بيوالكتريك
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/05/28
استاد راهنما
محمدرضا دليري
استاد مشاور
ندارد
دانشكده
برق
چكيده
يك سيستم واسط مغز و كامپيوتر ) (BCIمبتني بر سيگنال مغزي، باعث ايجاد مسيرهاي ارتباطي ميان مغز
انسان و وسايل خارجي مي شود. P300يك تغيير در شكل EEGبا شكل ثابت است كه در پاسخ به محرك
غافلگير كننده – با احتمال رخداد پايين- ديده مي شود، اين پارادايم براي ساخت انواع زيادي از سيستم هاي
BCIمانند هجي كننده حروف استفاده مي شود. در اين مطالعه ، با الهام گرفتن از روش هاي كلاسيك براي
تشخيص مولفه P300از سيگنال مغزي، يك شبكه يادگيري عميق متشكل از يك بخش فيلتر
فضايي) (xDAWNو يك بخش كانولوشني براي تشخيص مولفه P300از سيگنال EEGطراحي شده است.
در ساختار پيشنهادي، بخش xDAWNوظيفه بهبود پتانسيل وابسته به رويداد) (ERPدارد ، به اين صورت
كه كانال ها را به فضايي كه تركيب بهينه اي دارند ،با هدف بهبود ،ERPنگاشت مي دهد و در نتيجه باعث
كاهش تعداد كانال نيز مي شود و بخش كانولوشني كار استخراج ويژگي و سپس تشخيص مولفه P300را به
عهده دارد، در اين بخش با استفاده از كانولوشن جداپذير ، نه تنها تعداد پارامترها كاهش يافت بلكه هر لايه
را مستقل از هم ميتوان تجزيه كرد، همچنين با الهام از روش هاي كلاسيك كه نرخ نمونه برداري سيگنال را
بصورت دستي كاهش مي دادند، از Avg poolingبراي كاهش نمونه ها استفاد شد، در نتيجه مدل پيشنهادي
يك روش سرتاسري استخراج ويژگي و كلاس بندي مي باشد .به منظور ارزيابي مدل از دو مجموعه داده در
دسترس عموم استفاده شده است. دادهي اول مربوط به مسابقات BCI Competition IIاست كه شامل
سيگنالهاي ثبتشده از يك آزمودني بوده و هدف اصلي آن تشخيص صحيح 31كاراكتر و دادهي دوم مربوط
به BCI Competition IIIاست كه شامل دادههاي دو آزمودني بوده و هدف آن شناسايي و بازسازي 100
كاراكتر آزمايشي در محيط P300 Spellerاست. روش پيشنهادي با چندين رويكرد از جمله ,ESVM
DCPM, MCCN, DeepConvNet, ShallowConvNet, BN3, EEGNet, CNN-RG-MINMA,ERP-
CapsNet, ST-CapsNetمقايسه كرده ايم. شبكه ارائه شده توانسته است در تشخيص تعداد كاراكتر صحيح
و ITRدر تكرار كمتر نسبت به بقيه روش هاي بيان شده، دقت بيشتري بدست آورده است.
مدل پيشنهادي بر روي ديتاست BCI Competition IIIبا دستيابي به نرخ انتقال اطلاعات 17.8بيت بر
دقيقه در تنها دو تكرار، ركوردي جديد در سرعت و دقت ثبت ميكند. علاوه بر اين، با كسب ITRعالي 40.5
بيت بر دقيقه و حفظ عملكرد برتر و پايدار بر روي ديتاست ، BCI Competition IIاستحكام و قابليت اطمينان
بالاي خود را نشان ميدهد. معماري پيشنهادي با داشتن تنها 5,100پارامتر، از نظر محاسباتي نيز بسيار
بهينه طراحي شده است.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/06/29
عنوان به انگليسي
Detection of P300 component with the aim of improving efficiency using deep learning method
تاريخ بهره برداري
8/19/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
محمدمهدي حبيبي بينا
چكيده به لاتين
Brain-Computer Interfaces (BCIs) are systems that create a direct communication pathway
between the human brain and external devices. Among various neuroimaging techniques,
Electroencephalography (EEG) is widely utilized in BCI research due to its non-invasive nature
and ease of use. A key paradigm in EEG-based BCIs is the P300, an event-related potential
(ERP) that emerges in the brainʹs response to an infrequent or surprising stimulus. This
paradigm is foundational for many BCI applications, particularly spellers. In this study,
inspired by classical signal processing methods for P300 detection, we propose a novel deep
learning architecture. The model is composed of two main components: an xDAWN spatial
filtering stage and a convolutional section. The spatial filterʹs primary role is to enhance the
signal-to-noise ratio of the ERP, while the convolutional section is responsible for automated
feature extraction and the final classification of the P300 component. To evaluate our model,
we used two publicly available benchmark datasets: BCI Competition II (Dataset IIb) and BCI
Competition III (Dataset II). The proposed method was benchmarked against several state-ofthe-art approaches, including traditional ensemble learning methods and other prominent deep
learning architectures designed for P300 detection. The results confirm our modelʹs dual
strengths: achieving maximum performance while also demonstrating high generalizability
across different datasets. On the BCI Competition III dataset, our model sets a new standard
for speed and accuracy, achieving a remarkable Information Transfer Rate (ITR) of 17.8
bits/min with only two repetitions. Furthermore, it demonstrated its robustness and reliability
on the BCI Competition IIb dataset by reaching an excellent ITR of 40.5 bits/min with
sustained superior performance. In addition to its high accuracy, the proposed architecture is
computationally efficient, comprising only 5,100 parameters. These findings indicate that our
model can extract P300 features quickly, accurately, and stably, establishing it as an effective
and generalizable approach for the development of practical, real-world BCI systems
كليدواژه هاي فارسي
هجي كننده حروف , شبكه كانولوشني , يادگيري عميق
كليدواژه هاي لاتين
P300 speller , CNN , Deep Learning(DL) , BCI
Author
Mohammad Mahdi Habibi Bina
SuperVisor
Daliri