تشخیص اراده حرکت از سیگنال های مغزی با استفاده از شبکه های عصبی

هنگامیکه شخصی تصمیم به انجام یک عمل ارادی اعم از فیزیکی یا فکری می گیرد، از لحظه اراده عمل تا هنگام اجرای آن پتانسیل های برانگیخته ای بر روی قشر مغز پدیدار می شود. هر عملی، پتانسیلهای برانگیخته مربوط به خود را دارا است . در مورد حرکات ارادی، این پتانسیل ها را پتانسیل های حرکتی می نامند. این پتانسیلها توسط ناحیه تکمیلی حرکت قشر مغز تولید شده شامل اطلاعاتی در مورد حرکت هستند. هدف ما در این تحقیق، تحلیل و بررسی سیگنالهای مغزی ناشی از حرکت دست شامل سه حرکت بستن، باز کردن و عدم حرکت پنجه و سپس طبقه بندی این سیگنالها است . یک روش کلی جهت آشکار کردن تغییرات سیگنال مغزی انسان در هنگام انجام حرکات ارادی، پردازش سیگنالهای الکتریکی مغزی به منظور آشکار کردن تغییرات سیگنال است . بر این اساس ، تعیین مشخصات مناسبی از این سیگنال eeg، که با انجام عمل ارادی می توان تغییراتی را در آنها مشاهده نمود، مورد نیاز است . ما در این تحقیق با استفاده از آنالیزهای زمانی شامل محاسبه متوسط قدرمطلق دامنه و پراش سیگنال و همچنین آنالیزهای فرکانسی شامل محاسبه طیف توان و نسبت توان باند فرکانسی بتا به توان باند فرکانسی آلفا دریافتیم که منابع مولد سیگنالهای حرکتی مربوط به بستن و باز کردن پنجه دست ، کانالهای f3 و fz بر روی قشر مغز هستند. با استفاده از دو دسته ویژگی، یک دسته شامل ویژگیهای حاصل از آنالیز زمانی و فرکانسی و دسته دوم شامل پارامترهای حاصل از آنالیز مدل ar سیگنال مغزی می توان تغییرات به وجود آمده در هنگام حرکات ارادی پنجه دست را آشکار نمود. در این تحقیق از دو روش آماری و شبکه های عصبی به منظور طبقه بندی ویژگیهای سیگنالهای حرکتی استفاده شده است . نتایج حاصل از طبقه بندی نشان می دهد که روش های شبکه عصبی نبست به روش های آماری توانایی بیشتری در جداسازی کلاسهای حرکتی دارند. همچنین با بکارگیری یک روش جدید در یادگیری الگوهای گروهی، نشان داده می شود که این نحوه آموزش نیز می تواند توانایی شبکه را در طبقه بندی صحیح، بالا ببرد. در این پایان نامه، ابتدا تحقیقات انجام شده توسط محققین پیشین در زمینه های مختلف استفاده از سیگنالهای مغزی اعم از کلینیکی، کنترل حرکت ، ارتباط انسان و ماشین، فرآیندهای شناخت و غیره مورد بررسی قرار می گیرد. سپس در فصل دوم ماهیت سیگنالهای مغزی، سیستم اخذ داده و بعضی کاربردهای سیگنال مغزی بررسی می شود. در فصل سوم به توضیح پتانسیلهای حرکتی و شناخت محلهای مولد سیگنالهای حرکتی ناشی از حرکت دست می پردازیم. در ادامه و در فصل چهارم با استفاده از روشهای مختلف آنالیز زمانی و فرکانسی، منابع مولد پتانسیلهای حرکتی ناشی از حرکت دست بر روی قشر مغز را یافته و در فصل پنجم ویژگیهای سیگنال الکتروانسفالوگرام در هنگام انجام حرکات ارادی را با استفاده از روشهای مختلف از کانالهای مورد نظر بدست می آوریم. در فصل های ششم و هفتم به ترتیب به روش های آماری و شبکه عصبی جهت طبقه بندی سیگنالهای مغزی، ارائه می شود. در پایان و در فصل هشتم، نتایج بدست آمده از این طبقه بندیها مقایسه می شوند و بر این اساس نتایج کلی حاصل از این تحقیق مورد بحث و بررسی قرار گرفته و پیشنهاداتی در جهت بهبود ادامه کار آورده می شود.