فهرست مطالب عنوان صفحه فصل اول. مقدمه........... 11-1- مغز انسان و فعالیتهای آن ........21-2- سیستمهای واسط کامپیوتری-مغزی .......31-3- هدف اصلی این تحقیق ......61-3-1 شخصیسازی کرنلCSP ..... 71-3-1-1 روش پیشنهادی FFT kernel CSP .....71-3-1-1روش پیشنهادی Nonlinear Synchronous kernel CSP .....71-3-2 Adaptive Kernel CSP ...... 7 فصل دوم. مروری بر تحقیقات گذشته.................... 92-1 مروری بر کارها و تحقیقات صورت گرفته پیشین .........10 فصل سوم. روش تحقیق ............................... 143-1 اصول نظری اولیه ...................................................................................................................................... 153-1-1 CSP ............................................................................................................................................................ 153-1-2 تبدیل فوریه ................................................................................................................................................ 193-1-3 همزمانی ....................................................................................................................................................... 213-1-3-1 همزمانی خطی ............................................................................................................................ 233-2 ارایه برخی آنالیزها در مورد روش CSP ......................................................................................................... 243-2-1 روش Kernel CSP ............................................................................................................................... 243-2-2 روش پیشنهادی FFT Kernel CSP ............................................................................................. 273-2-3 روش پیشنهادی Nonlinear Synchronous Kernel CSP. .............................................. 273-2-3-1 راهکار اول تزریق همفعالیتی بین کانالها ............................................................................ 273-2-3-2 معرفی همفعالیتی تعمیم یافته و تزریق آن به فرمولاسیون CSPو kernel CSP ............. 283-2-3 روش پیشنهادی Adaptive kernel CSP .................................................................................... 293-2-3-1 فرمولاسیون KPC به صورت بازگشتی.................................................................................. 30 فصل چهارم. پیادهسازی و ارزیابی نتایج ............. 364-1 مجموعه دادههای مورد پردازش.................... 374-2 پیاده سازی الگوریتمها ........................ 394-2-1 الگوریتم دستهبندی .................................................................................................................................... 404-2-2 تابع کرنل ....................................................................................................................................................... 404-2-3 انتخاب ویژگی و کلاسبندی .................................................................................................................... 414-3 ارزیابی نتایج ............................... 424-3-1 نتایج روش پیشنهادی FFT Kernel CSP ................................................................................... 434-3-2 نتایج روش پیشنهادی Nonlinear Synchronous Kernel CSP .................................... 464-3-3 نتایج روش پیشنهادی Adaptive Kernel CSP ........................................................................ 58 فصل پنجم . جمع بندی و پیشنهادات آتی............... 60 فصل ششم . فهرست منابع ............................ 64 فهرست جداول عنوان صفحهجدول 4-1 مقایسه دقت روش FFT kernel CSP با دقت الگوریتمهای دیگر برای فرد k1 ............................44جدول 4-2 مقایسه دقت روش FFT kernel CSP با دقت الگوریتمهای دیگر برای فرد k3............................. 44جدول 4-3 مقایسه دقت روش FFT kernel CSP با دقت الگوریتمهای دیگر برای فرد k6............................. 45جدول 4-4 نتایج حاصل از ارزیابی دو روش kernel CSP و fft kernel CSP توسط T-test........................ 46جدول 4-5 مقایسه دقت روش nonlinear synchronous kernel CSP با دقت الگوریتمهای دیگر برای فرد k1...................................................................................................................................................................................... 47جدول 4-6 مقایسه دقت روش nonlinear synchronous kernel CSP با دقت الگوریتمهای دیگر برای فرد k3 ...................................................................................................................................................................................... 49جدول 4-7 مقایسه دقت روش nonlinear synchronous kernel CSP با دقت الگوریتمهای دیگر برای فرد k6...................................................................................................................................................................................... 49جدول 4-8 مقایسه دقت روش nonlinear synchronous kernel CSP با دقت الگوریتمهای دیگر برای فرد k3B.................................................................................................................................................................................. 50جدول 4-9 مقایسه دقت روش nonlinear synchronous kernel CSP با دقت الگوریتمهای دیگر برای فرد k6B.................................................................................................................................................................................. 51جدول 4-10 مقایسه دقت روش nonlinear synchronous kernel CSP با دقت الگوریتمهای دیگر برای فرد LB1.................................................................................................................................................................................. 52جدول 4-11 مقایسه دقت روشهای Synchronized Kernel CSP#1و kernel CSPبا توجه به روش t-test و مقادیر p-valueبرای مجموعه Graz BCI................................................................................................... 53جدول 4-12 مقایسه دقت روشهای Synchronized Kernel CSP#2و kernel CSPبا توجه به روش t-test و مقادیر p-valueبرای مجموعه Graz BCI................................................................................................... 53جدول 4-13 مقایسه دقت روشهای Synchronized Kernel CSP#1و Synchronized Kernel CSP#2با توجه به روش t-test و مقادیر p-valueبرای مجموعه Graz BCI................................................... 54جدول 4-14 مقایسه دقت روشهای Synchronized Kernel CSP#1و kernel CSPبا توجه به روش t-test و مقادیر p-valueبرای مجموعه BCI Competition III........................................................................... 54جدول 4-15 مقایسه دقت روشهای Synchronized Kernel CSP#2و kernel CSPبا توجه به روش t-test و مقادیر p-valueبرای مجموعه BCI Competition III........................................................................... 55جدول 4-16 مقایسه دقت روشهای Synchronized Kernel CSP#1و Synchronized Kernel CSP#2با توجه به روش t-test و مقادیر p-valueبرای مجموعه BCI Competition III........................... 55جدول 4-17 پارامترهای ROC برای روش Synchronized kernel CSP#1 در مجموعه Graz BCI... 57جدول 4-18 پارامترهای ROC برای روش Synchronized kernel CSP#1 در مجموعه BCI Competition III........................................................................................................................................................ 57جدول 4-19 پارامترهای ROC برای روش Synchronized kernel CSP#2 در مجموعه Graz BCI... 57جدول 4-20 پارامترهای ROC برای روش Synchronized kernel CSP#2 در مجموعه BCI Competition III........................................................................................................................................................ 58جدول 4-21 مقایسه دقت روشهای Adaptive Kernel CSP#1و kernel CSP....................................... 59جدول 4-22 مقایسه دقت روشهای Adaptive Kernel CSP#1و kernel CSP....................................... 59 فهرست شکل ها عنوان صفحهشکل 1-1سیگنال EEG و نحوه ثبت آن.. 3شکل 3-1محاسبه همزمانی به وسیله معیار غیر خطی.. 22شکل 4-1 محل قرار گرفتن الکترودهای EEG دادههای IIIa.. 38شکل 4-2 نحوه زمانبندی هر نمونه آموزشی دادههای IIIA.. 391-مقدمه 1-1 مغز انسان و فعالیتهای آن از دیدگاه آناتومی و فیزیولوژی، سیستم عصبی و به خصوص مغز انسان به عنوان پردازشگر، تصمیم گیرنده و کنترل کننده اصلی تمامی رفتارهای انسان شناخته میشود. میتوان گفت که سیستم مغز پیچیدهترین و ناشناختهترین ارگان بدن انسان است زیرا که نحوه عملکرد آن در مباحثی چون یادگیری، حافظه، پردازش اطلاعات، ایجاد رابطه بین مفاهیم مختلف و غیره، تاکنون نیز به روشنی مشخص نگردیده است و جای سوال بسیاری برای دانشمندان جهان دارد. شناخت هرچه بیشتر نحوه عملکرد اجزا مختلف مغز میتواند در رفع بسیاری از نارساییهای عصبی، روانی، حسی و حرکتی بدن انسان کارآمد باشد و این واقعیت باعث توجه هرچه بیشتر دانشمندان به کاوش در چگونگی کارکرد مغز انسان در سالهای اخیر شده است.جهت پردازش سیگنالهای مغزی ابتدا باید راهی برای دریافت آنها پیدا شود. نورونها، کوچکترین واحد پردازش داده در مغز هستند و ارتباط الکتریکی بین آنها اساس کارکرد مغز است [1]. ارتباط الکتریکی بین نورونها باعث ایجاد میدانهای الکتریکی و مغناطیسی و در نتیجه جریانهای الکتریکی در حجم مغز میشود و اندازهگیری این میدانها و جریانها یکی از راههای ثبت فعالیتهای مغزی است. از جمله روشهای مورد استفاده در این حوزه میتوان از [1]EEG نام برد که در نوع غیر تهاجمی آن یک مجموعه از الکترودهای ثبت کننده سیگنال الکتریکی بر روی پوست سر قرار گرفته و سیگنالهای الکتریکی مغز در حین انجام یک فعالیت خاص ثبت میگردد. در روشی دیگر موسوم به مگنتوانسفالوگرافی یا MEG[2] فعالیتهای مغناطیسی مغز به وسیله ثبتکنندههای ابر رسانا که بر روی سر قرار گرفتهاند ثبت میشود. اما اصولا دستگاه ثبت MEG بسیار گران قیمت بوده و دارای تکنولوژی بالایی است. علاوه بر روشهای ثبت فعالیتهای الکتریکی در مغز، روشهای دیگری نیز وجود دارند که به ثبت فعالیتهای متابولیکی در مغز میپردازند. در واقع این روشها از شیوههای مختلف تصویر برداری پزشکی همچون fMRI، PET، SPECT، و ... استفاده میکنند و مشخص میکنند که در هر لحظه کدام نقاط مغز با چه شدتی دارای فعالیتهای متابولیکی است. از مزایای روشهای تصویربرداری متابولیکی مغز میتوان به رزولوشن بالای مکانی و امکان مکانیابی سه بعدی منابع فعالیتهای مغزی اشاره کرد. اما عمده این روشها بسیار گران قیمت بوده و همواره در دسترس نیستند.