شماره ركورد
25113
شماره راهنما
MAT2 718
عنوان
مقايسه روشهاي ردهبندي حركات ذهني مبتني بر سيگنالهاي EEG
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
علوم كامپيوتر- محاسبات نرم و هوش مصنوعي
دانشكده
رياضي و آمار
تاريخ دفاع
1404/06/24
صفحه شمار
117 ص .
استاد راهنما
جعفر الماسي زاده
كليدواژه فارسي
واسطهاي مغز-رايانه , موجنگاري الكتريكي مغز (EEG) , حركت ذهني , يادگيري عميق , شبكههاي عصبي پيچشي , تبديل موجك پيوسته
چكيده فارسي
واسطهاي مغز-رايانه امكان برقراري ارتباط مستقيم ميان مغز انسان و رايانه را از طريق ثبت و تحليل فعاليتهاي سيستم عصبي مركزي فراهم ميكنند. يكي از كاربردهاي مهم و مسأله برانگيز اين واسطها، تشخيص حركت ذهني افراد بر اساس سيگنالهاي EEG است. اگرچه تشخيص حركت ذهني با اين سيگنالها مزاياي بسياري دارد، اما ماهيت غير ايستاي آنها موجب ايجاد محدوديتهاي قابل توجهي ميشود. براي رفع اين محدوديتها، در پژوهشهاي اخير روشهاي مبتني بر يادگيري عميق و به ويژه شبكههاي عصبي پيچشي بهكار گرفته شدهاند كه توانايي چشمگيري در استخراج ويژگيهاي زماني، مكاني و طيفي از سيگنالهاي EEG دارند. با اين حال، از آنجا كه شبكههاي عصبي پيچشي در اصل براي پردازش تصوير طراحي شدهاند، عملكرد آنها در پردازش سيگنالهاي غير ايستا مانند EEG با چالش همراه است.
در اين پاياننامه، هدف ما ارائه مدلي بر پايه شبكهي عصبي پيچشي است كه مناسب پردازش سيگنال باشد؛ لذا ابتدا لايه جديدي با عنوان NewCWConv معرفي شده است كه ساختاري مشابه لايههاي پيچشي دارد اما صافيهاي آن بر پايه تبديل موجك پيوسته عمل ميكنند. سپس براي ارزيابي عملكرد اين لايه، مدل EEGWaveletNet ارائه شده است. اين مدل ساختاري شبيه به مدل معروف EEGNet دارد؛ با اين تفاوت كه يك لايه NewCWConv براي استخراج ويژگيهاي زماني–فركانسي سيگنالها به عنوان نخستين لايه آن به كار گرفته شده است. ارزيابي مدل با استفاده از مجموعه دادههاي BCI Competition IV datasets-2a انجام شد كه با اجراي مدل، ميانگين صحت 71/75 درصد براي 9 آزمودني در چهار رده به دست آمد.
در نهايت، عملكرد مدل پيشنهادي با عملكرد مدلهاي معروف EEGNet، ShallowConvNet و DeepConvNet، كه از جمله مدلهاي مرجع در ردهبندي حركات ذهني با سيگنالهاي EEG به كمك يادگيري عميق هستند، مورد مقايسه قرار گرفت. مقايسه نتايج اجراي مدل ارائه شده نسبت به نتايج اجراي مدل EEGNet (كه تنها 920 پارامتر كمتر از مدل پيشنهادي دارد)، نشان دهنده برتري معنادار صحت مدل ارائه شده ميباشد. همچنين عملكرد مدل پيشنهادي (با 2636 پارامتر) با عملكرد دو مدل ShallowConvNet (با 40644 پارامتر) و DeepConvNet (با 152119 پارامتر) مشابه بوده، در حالي كه تعداد پارامترهاي مدل ارائه شده به مراتب كمتر است. بدين ترتيب، به كارگيري لايه NewCWConv منجر به مدلي با پيچيدگي كمتر و مناسب تر براي استخراج ويژگي هاي مفيد از سيگنالها شده است.
كليدواژه لاتين
Brain–Computer Interface (BCI) , EEG , Motor Imagery , Deep Learning , Convolutional Neural Networks , Continuous Wavelet Transform
عنوان لاتين
A Comparison of Methods for EEG-based Motor Imagery Classification
گروه آموزشي
رياضي كاربردي و علوم كامپيوتر
چكيده لاتين
Brain–computer interfaces (BCIs) enable direct communication between the human brain and computers by recording and analyzing the activity of the central nervous system. One of the most important and challenging applications of BCIs is the classification of motor imagery (MI) based on electroencephalography (EEG) signals. Although MI classification from EEG offers significant advantages, the non-stationary and noisy nature of these signals imposes considerable limitations. To address these issues, recent studies have employed deep learning methods—particularly convolutional neural networks (CNNs)—which have demonstrated strong capability in extracting temporal, spatial, and spectral features from EEG. However, since CNNs were originally designed for image processing, their performance in handling non-stationary signals such as EEG remains challenging.
In this thesis, we propose a CNN-based model tailored for EEG signal processing. Specifically, we introduce a new convolutional layer, termed NewCWConv, which resembles traditional convolutional layers but employs filters based on the continuous wavelet transform (CWT). To evaluate its effectiveness, we design EEGWaveletNet, a model structurally similar to the well-known EEGNet, with the key difference that its first layer is replaced with the proposed NewCWConv to extract time–frequency features. The model is evaluated using the BCI Competition IV 2a dataset, achieving an average accuracy of 75.71% across nine subjects in a four-class classification task.
Finally, we compare the performance of EEGWaveletNet with benchmark deep learning models, including EEGNet, ShallowConvNet, and DeepConvNet, which are widely used in MI classification. The results show that our proposed model achieves a meaningful improvement in accuracy compared to EEGNet, despite having only 920 more parameters. Moreover, while EEGWaveletNet (with 2,636 parameters) achieves performance comparable to ShallowConvNet (40,644 parameters) and DeepConvNet (152,119 parameters), it requires significantly fewer parameters. These findings demonstrate that incorporating the NewCWConv layer leads to a more compact model, better suited for extracting informative features from EEG signals.
تعداد فصل ها
4
فهرست مطالب pdf
147223
نويسنده