توصيفگر ها :
رابط مغز و رايانه , الكترونسفالگرافي , تحليل مولفههاي مستقل , تجزيه مد تجربي گروهي , سريال سازي , تحليل مولفههاي همبستگي , ماشين بردار پشتيبان , پيش پردازش
چكيده فارسي :
در دنياي امروز مشكلات و بيماريهاي عصبي كه منجر به عدم حركت شخص ميشود با كمك فناوري ارتباط مغز و رايانه تا حدود زيادي قابل حل ميباشد. اين فناوري با تجزيه و تحليل سيگنالهاي مغزي تصميمات حركتي افراد را پيشبيني ميكند و آنها را به ربات ارسال ميكند. روش تجزيه مد تجربي گروهي (EEMD) روشي است كه دادههاي ورودي را به توابع حالت ذات (IMF) تبديل ميكند. همچنين روشهاي تحليل مولفههاي غيرمستقل (ICA) و تحليل مولفههاي همبستگي (CCA) از مرسومترين و سريعترين روشهاي تحليل كور منابع يك سيگنال است. در اين پژوهش، روش sEEMD-ICA-CCA كه روشي تلفيقي و سه مرحله¬اي براي پيش¬پردازش اطلاعات مي¬باشد، استفاده مي¬گردد. در اين روش ابتدا داده¬ها طبق الگوريتم سريالسازي از شكل دادهاي با چند كانال به يك بردار تغيير شكل ميدهد سپس اين بردار با الگوريتم EEMD به مجموعي از توابع حالت ذات تبديل مي¬شود و سپس توابع حالت ذاتي كه از ضريب همبستگي كمتري برخوردار هستند از الگوريتم ICA عبور مي¬كنند و كور منابع موجود درآن شناسايي و منابع نامناسب حذف مي¬شوند. در مرحله بعد، بردار وارد الگوريتم CCA مي¬شود و به كمك اين روش نيز توابع حالت ذاتي كه از مرحله قبل عبور كرده بودند، براساس ضريب خودهمبستگي دسته¬بندي مي¬شود و دسته¬اي كه همبستگي كمتر نسبت به بقيه توابع حالت ذات را دارد، به عنوان آرتيفكت شناسايي و حذف مي¬شوند. اين توابع حالت ذات كه نويززدايي شدند دوباره باهم جمع شده و دادههاي تميز جديد ساخته ميشود. انرژي اين دادهها محاسبه ميشود و با توجه به تغييرات انرژي در هر كانال داده و هر الكترود ويژگيهايي استخراج ميشود كه با مقايسه آنها با يكديگر حركات مختلف بدن در هر فرد شناسايي ميشود. براي ارزيابي ميزان دقت اين روش از 3 دسته داده مختلف استفاده مي¬شود. دسته اول، داده¬هاي ساختگي با 31 كانال، دسته دوم داده¬هاي موجود در درگاه اينترنتي رقابت¬هاي BCI با 5 مخاطب و داده¬هاي دو ردهاي و دسته سوم 6 سري آزمون عملي با حركت مختلف دست و پا از 40 نمونه (15زن و 25 مرد) مي¬باشد. عملكرد الگوريتم پيش¬پردازش در داده¬هاي مصنوعي و داده¬هاي رقابت¬هاي BCI با معيار RRMSE ارزيابي شد. با افزايش مقدار SNR در انواع داده¬ها، RRMSE كاهش يافت و تا عدد 3/0 نيز رسيد كه عملكرد خوبي را از خود نشان داد. سپس داده¬هاي رقابت¬هاي BCI و داده¬هاي تجربي بدست آمده بعد از پيش¬پردازش با روش مورد¬نظر، در الگوريتم رده¬بندي و يادگيري ماشين قرار گرفتند و دسته¬بندي صورت گرفت و حركت موردنظر در هنگام انجام آزمون برچسب¬گذاري و تخمين زده شد. اين برچسب¬ها كه نتيجه تخمين الگوريتم BCI كامل است، به عنوان يك دستور كنترلي از پيش تعريف شده براي ربات معرفي مي-شود و ربات حركت موردنظر را انجام مي¬دهد. اين الگوريتم نيز با وجود اضافه كردن نويز دقت حدود 70 درصد را در داده¬هاي آزمون ارائه داد.
چكيده انگليسي :
In today's world, problems and neurological diseases that lead to immobility can be solved to a large extent with the help of brain and computer interface technology. This technology predicts people's movement decisions by analyzing brain signals and sends them to the robot. Ensemble Empirical Mode Decomposition (EEMD) is a method that transforms input data into Intrinsic Mode Functions (IMF). In addition, independent component analysis (ICA) and correlation component analysis (CCA) methods are among the most common and fastest methods of blind analysis of the sources of a signal. In this research, the sEEMD-ICA-CCA method, which is a three-step integrated method for data preprocessing, is used to preprocessing of brain data. In this method, first, the data is transformed from a data form with multiple channels to a vector according to the serialization algorithm, then this vector is transformed into a set of intrinsic mode functions with the EEMD algorithm, and then the intrinsic mode functions that have a lower correlation coefficient, go through the ICA algorithm and identify the blinde sources in it and removes them. In the next step, the vector is entered into the CCA algorithm, and using of this method, the intrinsic mode functions that passed through the previous step are classified based on the autocorrelation coefficient, and the category that has a lower correlation than the rest of the intrinsic mode functions are identified as artifacts and removed. These denoised eigenstate functions are reassembled and new clean data is created. The energy of these data is calculated and according to the energy changes in each data channel and each electrode, features are extracted that by comparing them with each other, different body movements are identified in each person. Three different categories of data are used to evaluate the accuracy of this method. The first category is synthetic data with 31 channels, the second category is the data available on the internet portal of BCI competitions with 5 audiences and the data of two categories, and the third category is 6 series of practical tests with different movements of hands and feet from 40 samples(15 women and 25 men). The performance of the proposed pre-processing algorithm in synthetic data and BCI competition data was evaluated by RRMSE criterion. With the increase of SNR in all types of data, RRMSE decreased and reached 0.3, which showed good performance to clean the data. Then, the data of BCI competitions and the experimental data obtained after pre-processing by the desired method, were placed in the classification and machine learning algorithm, and the classification was done, and the desired movement was performed during the label test, was established and estimated. These labels, which are the result of the estimation of the complete BCI algorithm, are introduced as a pre-defined control command for the robot and the robot performs the desired movement. This algorithm provided about 70% accuracy in the test data despite the presence of noise.