شماره ركورد
33836
پديد آورنده
محمد تقي قدرتي شاهتوري
عنوان
رمزگشايي پارامترهاي حركتي از سيگنال¬هاي قشري و بررسي تعميم¬پذيري مدل¬هاي رمزگشايي در شرايط تعليم نايافته
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي برق
سال تحصيل
1398
تاريخ دفاع
1403/8/16
استاد راهنما
دكتر وحيد شالچيان
استاد مشاور
دكتر محمدرضا دليري
دانشكده
مهندسي برق
چكيده
واسط¬هاي مغز-رايانه (BCI) سيستم¬هايي هستند كه اطلاعات مغزي را ثبت كرده و با رمزگشايي اين سيگنال¬ها فرمان-هاي كنترلي مد نظر فرد را صادر مي¬كنند. معمولا سيگنال¬هاي مغزي در حين اجراي كنترل شده يك تسك ثبت شده و با اين داده¬ها سيستم¬هاي رمزگشايي توسعه داده مي¬شوند. اين در حالي است كه عملكرد اين سيستم¬ها در شرايط متفاوت به طور كامل مورد بررسي قرار نگرفته است. هدف از اين رساله، بررسي تفاوت¬هاي موجود در سيگنال¬هاي مغزي ثبت شده در حين اجراي حركت در شرايط مختلف و همچنين بررسي ميزان حساسيت روش¬هاي رمزگشايي نسبت به اين تغييرات شرايط است. بدين منظور، دو تسك حركتي راه رفتن روي تردميل (شرايط كنترل شده) و تسك ديگر راه رفتن آزادانه و خودآغازگر در يك كوريدور (شرايط مشابه روزمره) براي آزمايش در نظر گرفته شده است كه هر يك شامل زيرتسك¬هاي متفاوتي هستند. پس از ثبت سيگنال¬هاي پتانسيل ميدان محلي با 8 كانال، ويژگي¬هاي پوش سيگنال، تبديل فوريه زمان-كوتاه و تركيب توان باند و فاز لحظه¬اي با تبديل هيلبرت از سيگنال استخراج شد و با استفاده از رمزگشاهاي رگرسيون ماشين بردار پشتيبان (SVM)، كمترين مربعات جزئي (PLS) و همچنين استفاده از مولفه¬هاي PLS در SVM (PLSSVM) به رمزگشايي 15 پارامتر سينماتيكي حركت راه رفتن پرداخته شد. در تسك تردميل توان باند و فاز لحظه¬¬¬اي سيگنال با PLSSVM در همه پارامترها بهترين نتيجه را داشت كه موقعيت و سرعت حركت مفاصل به ترتيب با دقت¬هاي 0.41 و 0.47 با معيار ضريب همبستگي رمزگشايي شد. در تسك كوريدور، پوش سيگنال و رمزگشاي SVM با دقت رمزگشايي موقعيت و سرعت حركت مفاصل به ترتيب 0.46 و 0.41 بهترين عملكرد را داشتند. به منظور انتقال مدل از تسك تردميل به كوريدور، از ويژگي پوش سيگنال، روش شناسايي زيرفضاي ترجيحي (PSID) و رمزگشاي SVM استفاده شد كه ميانگين ضريب همبستگي پارامترهاي موقعيت برابر 0.22 شد. به علاوه، به منظور بررسي تعميم¬پذيري روش¬هاي رمزگشايي، با استفاده از داده¬هاي تك نوروني قشر اوليه حسي پيكري ميمون به رمزگشايي پارامترهاي سينماتيكي و سينتيكي حركت دست ميمون در تسك¬هاي مركز-خارج و تسك دنبال كردن هدف با استفاده از متغيرهاي پنهان PSID و روش رمزگشايي PLS پرداخته شد. بدين منظور مدل رمزگشايي با داده¬هاي تسك مركز-خارج آموزش داده شد و موقعيت دست در تسك دنبال كردن هدف تخمين زده شد كه به صورت ميانگين دقت رمزگشايي 0.53 با معيار ضريب همبستگي به دست آمد. نتايج اين مطالعه نشان مي¬دهند كه اگرچه داده¬هاي مغزي در حالت¬هاي مختلف اجراي حركت به صورت متفاوتي حركت را رمزگذاري مي¬كنند، كه اين مساله مي¬تواند عملكرد BCIها را تحت تاثير بگذارد، ولي با استفاده از زيرفضاهاي ويژگي مرتبط با حركت مشترك در شرايط و تسك¬هاي مختلف مي¬توان مدل¬هاي رمزگشايي را به گونه¬اي آموزش داد كه به صورت موثري در تسك¬هاي تعليم نايافته نيز قابل استفاده باشند.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/07/23
عنوان به انگليسي
Decoding Movement-Related Parameters using Cortical Signals and Investigating the Generalizability of Decoding Models Under Untrained Conditions
تاريخ بهره برداري
11/7/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
محمدتقي قدرتي شاهتوري
چكيده به لاتين
Brain-Computer Interfaces (BCIs) are systems that record brain signals and issue control commands by decoding these signals according to the userʹs intent. Typically, brain signals are recorded during the controlled execution of a task, and decoding systems are developed based on this data. However, the performance of these systems under different conditions has not been fully examined. The aim of this dissertation is to investigate the differences in brain signals recorded during movement execution under various conditions and to assess the sensitivity of decoding methods to these condition changes. For this purpose, two movement tasks were considered for the experiments: walking on a treadmill (controlled conditions) and free, self-initiated walking in a corridor (conditions similar to daily life), each including different sub-tasks. After recording local field potentials (LFPs) with 8 channels, signal features such as envelope, short-time Fourier transform, and the combination of band power and instantaneous phase using Hilbert transform were extracted. Decoding of 15 kinematic parameters of walking movement was performed using decoders such as Support Vector Machine Regression (SVM), Partial Least Squares (PLS), and a combination of PLS components in SVM (PLSSVM). In the treadmill task, band power and instantaneous phase signals decoded with PLSSVM yielded the best results for all parameters, with joint position and velocity decoded with correlation coefficients of 0.41 and 0.47, respectively. In the corridor task, the signal envelope and the SVM decoder performed best, with joint position and velocity decoded with correlation coefficients of 0.46 and 0.41, respectively. To transfer the model from the treadmill task to the corridor, the signal envelope feature, the Preferred Subspace Identification (PSID) method, and the SVM decoder were used, resulting in an average correlation coefficient of 0.22 for position parameters. Furthermore, to examine the generalizability of the decoding methods, single-neuron data from the primary somatosensory cortex of monkeys was used to decode kinematic and kinetic parameters of hand movement in center-out tasks and target-tracking tasks using PSID latent variables and the PLS decoding method. The average decoding accuracy for hand position was 0.53 based on the correlation coefficient. The results of this study indicate that although brain data encode movement differently under varying execution conditions, which can affect BCI performance, decoding models—if trained on rich data and using features relevant to the target parameters—can be effectively utilized in untrained tasks to a reasonable extent.
كليدواژه هاي فارسي
واسط مغز-رايانه , رمزگشايي پيوسته , پتانسيل ميدان محلي , راه رفتن
كليدواژه هاي لاتين
Brain-Computer Interface , Continuous Decoding , Local Field Potentials , Locomotion
Author
Mohammad Taghi Ghodrati Shahtouri
SuperVisor
Dr. Vahid Shalchyan