EEG TABANLI BEYİN BİLGİSAYAR ARAYÜZLERİ

... konulu sunumlar: "EEG TABANLI BEYİN BİLGİSAYAR ARAYÜZLERİ"— Sunum transkripti:

1 EEG TABANLI BEYİN BİLGİSAYAR ARAYÜZLERİ
Önder Aydemir Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Elektrik Elektronik Mühendisliği ABD AB2009

2 Beynin Fizyolojik Yapısı Elektroensefalogram (EEG)
Giriş Beynin Fizyolojik Yapısı Elektroensefalogram (EEG) EEG İşaretlerinin Özellikleri Beyin Bilgisayar Arayüzü (BBA) Öznitelik çıkarma Sınıflandırma Öneriler Sorular Önder Aydemir

3 Beynin Fizyolojik Yapısı
Şekil1. Nöronun Yapısı Nöronlar sinir sisteminde bilgi iletimi sağlayan en temel parçacıklardır. 3 ana bölümden oluşur. Nöronların bağlandıkları yere sinaps adı verilir. Sinaptik birleşme çok fazla sayıdadır. Önder Aydemir

4 Electroensefalogram (EEG)
Şekil 2. Hans Berger tarafından kaydedilen ilk EEG işareti (1929). Hans Berger / bir çok nöronun, aynı anda gösterdiği dentritik potansiyellerin cebirsel toplamına, elektroensefologram (EEG) adı verilmektedir. EEG, tıpta, başta epilepsi (sara hastalığı) olmak üzere bir çok beyin rahatsızlıklarının teşhisinde ucuz ve hastaya acı vermeyen bir yöntem olduğu için yaygın olarak kullanılır. EEG’yi oluşturan beyin dalgalarının değerlendirilmesi ile bu rahatsızlıkların yeri ve şekli hakkında bilgi edinilir. Ayrıca biyomedikal mühendisliğinde beynin dinamiklerini ortaya koymak için kullanılırlar. Ancak beynin kompleks yapısı ve kontrol ettiği karmaşık işlemlerle birlikte, algılanan işaretlerin düşük genlikli olması bu bilgilere ulaşılmasını zorlaştırmaktadır. Dolayısıyla iyi bir EEG çekimi yapmak için, vücuttan veya dışardan kaynaklanan, gürültü veya istenmedik etkileri azaltacak önlemler alınmalıdır. EEG işaretleri, ölçüm yaparken oda içerisindeki ışığın açık veya kapalı olması ve çevrede elektromanyetik dalga yayabilecek cihazların bulunması gibi dış etkenlerden ve yine ölçüm yaparken kişinin gözünü kırpması, kalp atışları, kolunu sağa-sola hareket ettirmesi gibi fiziksel aktivitelerden etkilenir. Önder Aydemir

5 EEG İşaretlerinin Özellikleri
Genlik tepeden tepeye μV Frekans Bandı Hz Delta: Hz, μV Teta: 4-8 Hz, V Alfa: 8-13 Hz, 2-10 V Beta: >13 Hz, 1-5 V Delta; çoğunlukla uyku sırasında görülür. Teta : gündüz hayal kurarken ve alacakaranlık durumunda ve derin rahatlama sırasında görülür. Alfa: bilinçli olarak rahat hissedilen durumlarda görülen beyin dalgalarıdır. Beta: Uyanık kalınan durumlarda görülür. SMR : odaklanıldığı sırada görülen beyin dalgalarıdır. Gamma: Hz arasında ölçülür ve beynin her tarafında bulunan tek frekans band grubudur Şekil 3. EEG dalgaları Önder Aydemir

6 Elektrotların Bağlanması
Şekil 4. Elektrotların bağlanma biçimleri Önder Aydemir

7 BEYİN BİLGİSAYAR ARAYÜZÜ (BBA)
Kas sistemine gereksinim yoktur EEG, SCR,fMRI, LFP, NIRS, ECoG, MEG tabanlı olabilir Daha çok felçli ve ALS hastalarına yöneliktir Popüler bir konudur tek hücre kayıtlamaları (SCR), fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI), bölgesel alan potansiyelleri (LFP), yakın infrared spektroskopisi (NIRS), elektrokorti­gografi (ECoG), magnetoensefalografi (MEG) Önder Aydemir

8 BEYİN BİLGİSAYAR ARAYÜZÜ (BBA)
EEG ile BBA arasındaki ilişki EEG; pratik, uygulanması kolay, hızlı erişilebilir Şekil 5. BBA çalışmasına örnek Önder Aydemir

9 BEYİN BİLGİSAYAR ARAYÜZÜ
Şekil 6. BBA sistemi Önder Aydemir

10 Önder Aydemir

11 BEYİN BİLGİSAYAR ARAYÜZÜ
BBA’daki Zorluklar Sürekli Değişim Göstermeleri Çok düşük genlikli olmaları Kişiden kişiye işaretlerin değişir olması İşaretlerin kişinin ruhi durumundan ve fiziksel hareketlerinden etkilenmesi Artifaktlar Analiz için doğru elektrotun seçimi Önder Aydemir

12 Literatürdeki Çalışmalar
Öznitelik Çıkarma Yöntemleri Ham EEG Frekans bandları Aksiyon potansiyelleri Genlik değerleri PCA, ICA, dalgacık dönüşümü, filtreleme yöntemleri İstatistiki yöntemler Sınıflandırma Yöntemleri DVM KNN YSA Bulanık mantık LDA Önder Aydemir

13 Yapılan Çalışmalar ve Bulgular
Şekil 7. (a) eğitim verileri,(b) test verileri Önder Aydemir

14 Yapılan Çalışmalar ve Bulgular
Tablo 1. AP ve SP’ye dayalı sınıflandırma doğrulukları Sınıflandırma AP % Doğruluk SP Öznitelik: a+TN DVM 90,78 89,42 KNN 90,44 92,15 Önder Aydemir

15 Öneriler Uygun elektrot seçimi
Ağırlıklandırma usulü öznitelik belirleme Farklı sınıflandırma yöntemleri kullanma Farklı matematiksel yöntemler kullanma Önder Aydemir

16 Teşekkürler Önder Aydemir