شماره مدرك
21296
شماره راهنما
18229
پديد آورنده
الغانم، عدنان
عنوان
تحليل پتانسيلهاي برانگيخته بينايي حالت پايدار ناشي از تحريك فليكر با استفاده از يادگيري عميق
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
بيوالكتريك
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1405
صفحه شمار
113ص
توصيفگر ها
پتانسيل برانگيختهي بينايي حالت پايدار , رابط مغز-رايانه، يادگيري عميق , توجه كانالي , فشردهسازي و تحريك , نرخ انتقال اطلاعات , طبقهبندي بينآزمودني
تاريخ ورود اطلاعات
1405/07/17
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي پزشكي
دانشكده
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/07/18
كد ايرانداك
23258932
چكيده فارسي
در ميان روشهاي غيرتهاجمي، رابطهاي مغز-رايانهي مبتني بر پتانسيل برانگيختهي بينايي حالت پايدار (SSVEP) به برخي از بالاترين نرخهاي انتقال اطلاعات (ITR) دست يافتهاند. روشهاي كلاسيكي كه به اين كارايي ميرسند، بر فيلترگذاري فضايي تكيه دارند و به دادهي كاليبراسيون هر آزمودني نياز دارند. يادگيري عميق ميتواند اين نياز را برطرف كند. با اين حال، مقايسهي نتايج منتشرشده دشوار است، زيرا مطالعات از نظر مجموعهداده، آرايش الكترودها، طول پنجره و پروتكل ارزيابي با يكديگر تفاوت دارند.
در اين پاياننامه، شش روش بازشناسي SSVEP بر روي مجموعهدادهي 40 كلاسهي Benchmark با 35 آزمودني بهصورت كنترلشده مقايسه شده است. سه روش كلاسيك، يعني تحليل همبستگي متعارف (CCA)، CCA بانك فيلتر (FBCCA) و تحليل مؤلفههاي مرتبط با وظيفه (TRCA)، بر روي نُه كانال ناحيهي آهيانهاي–پسسري و با اعتبارسنجي متقابل كنارگذاري يك بلوك (LOBO) ارزيابي شدهاند. CCA و FBCCA به كاليبراسيون نياز ندارند، اما TRCA براي هر آزمودني به دادهي كاليبراسيون نياز دارد. سه مدل يادگيري عميق نيز بر روي هر 64 كانال و با پروتكل بينآزمودني كنارگذاري يك آزمودني (LOSO) ارزيابي شدهاند: EEGNet، SSVEPNet و AE-EEGNet. مدل AE-EEGNet همان EEGNet است كه يك بلوك توجه كانالي از نوع فشردهسازي و تحريك (SE) به آن افزوده شده است. هدف اين پژوهش ارائهي معماري تازه نيست. پرسش اصلي اين است كه آيا توجه كانالي، طراحي كانولوشني EEGNet را در پروتكلي بينآزمودني و سختگيرانه بهبود ميدهد يا نه. همهي روشها در طول پنجرههاي يكسان 0.5، 1.0 و 2.0 ثانيه و با دو معيار دقت طبقهبندي و ITR ولپاو سنجيده شدهاند.
TRCA با دقت 95.4 درصد در پنجرهي 2.0 ثانيه، بالاترين دقت را در ميان همهي روشها به دست آورد. دقت FBCCA و CCA در همين پنجره بهترتيب 89.1 و 77.9 درصد بود. البته TRCA تنها روشي است كه از دادهي كاليبراسيون آزمودني آزمون استفاده ميكند. در ميان مدلهاي يادگيري عميق، SSVEPNet در همهي طول پنجرهها بهترين عملكرد را داشت و در 2.0 ثانيه به دقت 75.20 درصد رسيد. دقت EEGNet و AE-EEGNet در همين پنجره بهترتيب 54.57 و 54.86 درصد بود. در هيچيك از طول پنجرهها تفاوت معنادار آماري ميان AE-EEGNet و EEGNet ديده نشد. مقدار p در آزمون t زوجي براي پنجرههاي 0.5، 1.0 و 2.0 ثانيه بهترتيب 0.907، 0.935 و 0.741 بود و قدرمطلق اندازهي اثر d_z كوهن از 0.056 بيشتر نشد. بر پايهي بازههاي اطمينان 95 درصد، سود احتمالي بلوك SE در اين سه پنجره بهترتيب حداكثر حدود يك، يكونيم و دو واحد درصد است. اين يافتهي مبني بر نبود اثر كنار گذاشته نشده و سازوكار آن بررسي شده است. در اين راستا، چهار تبيين ابطالپذير براي ناكارآمدي توجه كانالي در اين شرايط ارائه ميشود.
نتايج اين مقايسه نشان ميدهد كه انتخاب ميان روشهاي كلاسيك و يادگيري عميق، بيش از آنكه به دقت خام وابسته باشد، به در دسترس بودن دادهي كاليبراسيون هر آزمودني بستگي دارد. همچنين گزارش يافتهاي مبني بر نبود اثر با اين ميزان از جزئيات آماري و سازوكاري، فضاي طراحي معماريهاي آيندهي SSVEP مبتني بر توجه را محدودتر ميكند.
چكيده انگليسي
Steady-state visual evoked potential (SSVEP) brain-computer interfaces (BCIs) achieve some of the highest information transfer rates (ITR) reported for non-invasive neural communication, but the classical spatial-filtering methods that deliver that performance depend on subject-specific calibration data. Deep learning offers a calibration-free alternative, yet published results are hard to compare because studies differ in dataset, channel montage, window length and evaluation protocol.
This thesis presents a controlled comparison of six SSVEP recognition methods on the 40-class Benchmark SSVEP Dataset (35 subjects). Three classical algorithms are evaluated on a nine-channel parieto-occipital montage using leave-one-block-out cross-validation: canonical correlation analysis (CCA) and filter bank CCA (FBCCA), which are calibration-free, and task-related component analysis (TRCA), which requires a per-subject calibration set. Three deep learning models, EEGNet, SSVEPNet and AE-EEGNet, a variant of EEGNet augmented with a squeeze-and-excitation (SE) channel-attention block, are evaluated cross-subject using leave-one-subject-out cross-validation on the full 64-channel montage. Rather than presenting a new architecture, the objective is to test empirically whether channel attention improves on EEGNetʹs existing convolutional design under a strict cross-subject protocol. All methods are assessed at matched stimulation window lengths of 0.5 s, 1.0 s and 2.0 s, using classification accuracy and a common Wolpaw ITR formulation.
TRCA reaches the highest accuracy of any method tested, 95.4% at the 2.0 s window, against 89.1% for FBCCA and 77.9% for CCA, and is also the only method given calibration data from the test subject. Among the cross-subject deep learning models, SSVEPNet is strongest at every window length, reaching 75.20% at 2.0 s, compared with 54.57% for EEGNet and 54.86% for AE-EEGNet. No statistically significant difference between AE-EEGNet and EEGNet was detected at any window length at the tested configuration (paired t-test p = 0.907, 0.935 and 0.741; |Cohen’s dz| ≤ 0.056), and the 95% confidence intervals bound any benefit of the SE block at no more than about one, one and a half, and two accuracy points at 0.5 s, 1.0 s and 2.0 s respectively. This null result is examined mechanistically rather than set aside, and four falsifiable explanations are offered for why channel attention fails to help in this setting.
The comparison indicates that the choice between classical and deep learning methods depends less on raw accuracy than on whether subject-specific calibration data is available, and that a null result reported at this level of statistical and mechanistic detail narrows the design space for future attention-based SSVEP architectures.
استاد راهنما
احسان روحاني , امير اخوان بي تقصير
استاد داور
محمدرضا احمدزاده , جعفر قيصري