Experimental and model based investigation of the effects of high stimulus presentation rate on code-modulated visual evoked potential based brain-computer interfaces
Kod-modülasyonlu görsel uyarılmış potansiyel tabanlı beyin-bilgisayar arayüzlerinde yüksek uyaran gösterimi hızlarının etkilerinin deneysel ve model tabanlı incelemesi
- Tez No: 521075
- Danışmanlar: PROF. DR. YUSUF ZİYA İDER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 77
Özet
Amaç. Özellikle son yıllarda, kod-modülasyonlu görsel uyarılmış potansiyel (KMGUP) ile ilgili yapılan araştırmalar, KMGUP tabanlı beyin-bilgisayar arayüzlerinin (BBA) performansına ilişkin çok olumlu sonuçlar vermiştir. BBA uygulamalarında hız oldukça önemli bir faktördür. Monitör yineleme hızı stimülasyon süresini sınırlamaktadır ve dolayısıyla sistemin performansını sınırlamaktadır. Bu çalışma yüksek uyaran gösterimi hızlarının (monitörün yineleme hızı) KMGUP tabanlı heceleyici bir BBA üzerine olan etkilerini araştırmayı amaçlamaktadır. Buna ek olarak, daha önce KMGUP tepkeleri kullanılarak çalışılmamış olan Robinson'un kortikotalamik modeli de bu çalışmadaki deneylerde gözlemlediğimiz bazı öne çıkan davranışları simüle etmek için kullanılmıştır. Yaklaşım. 6 denek, 127-bit m-sekansı kullanılarak gerçekleştirdiğimiz 60 Hz (E1), 120 Hz (E2) ve 240 Hz (E3) yineleme hızlarını içeren toplamda 3'er deneye katılmıştır. Deneylerin eğitim aşamasında 36 hedef şablonu elde etmek için 8 kanallı EEG sinyalinin 100'lük ortalaması ve Kanonik Korelasyon Analizi (KKA) kullanılmıştır. Tüm deney ve denekler için bilgi aktarım hızı (BAH) ve doğruluk oranları hesaplanmıştır. Ayrıca deneylerin sonunda deneklerden hangi yineleme hızına ait deneyde daha rahat ettiklerini öğrenmek için bir anket yapılmıştır. KMGUP deneylerini simüle etmek için Robinson'un kortikotalamik modeli kullanılmıştır. Hem deneysel veriler hem de simülasyon verileri için KMGUP tepkelerinin güç spektral yoğunluk (GSY) tahminleri ve temel bileşen analizi (TBA) sonuçları değerlendirilmiştir. Ana Sonuçlar. Ortalama BAH ve doğruluk oranları değerleri E1 için 86.17 bit/dk ve %93, E2 için 90.68 bit/dk ve %95 ve E3 için ise 70.89 bit/dk ve %81 olarak hesaplanmıştır. Ayrıca, 6 denekten 5'i E3'ün en rahat, sadece 1 denek ise E2'nin en rahat deney olduğunu belirtmiştir. Giriş sinyali geniş-bantlı bir sinyal olmasına rağmen KMGUP tepkeleri bant-limitlidir. KMGUP şablonlarının güç spektral yoğunlukları, özellikle E3'ten elde edilen şablon için çeşitli frekans aralıklarında yoğunlaşmıştır. Bu periyodisite yanlış sınıflandırmaya yol açmaktadır. TBA, 127-bit uzunluğunda bir m-sekansı ile E1, E2 ve E3 için sırasıyla 73, 52 ve 26 ayırt edilebilir KMGUP tepkelerinin elde edilebileceğini göstermektedir. Simülasyondan elde ettiğimiz sonuçlar ve deneylerden elde ettiğimiz sonuçlar büyük bir benzerlik göstermektedir. Tüm gözlemler ve sonuçlar ele alındığında, 120 Hz yineleme hızının, yüksek sayıda hedefe sahip BBA'larda kullanılmasının en iyisi olduğunu, 240 Hz yineleme hızının ise düşük sayıda hedefe sahip BBA'lar için makul olduğunu önermekteyiz. Modelleme çalışmasından elde edilen sonuçlar, görsel sistemin yüksek yineleme hızlarında girdideki yüksek frekanslı bileşenlere verdiği yanıtın azalmaya eğilimli olduğunu göstermektedir. Önemi. KMGUP yanıtlarının karakteristiklerine ve yüksek yineleme hızlarının KMGUP tabanlı BBA'lara olan etkilerine ilişkin önemli sonuçlar elde edilmiştir. Robinson'un kortikotalamik modelinin, deneylerdeki bazı göze çarpan davranışları açıklayabildiği bulunmuştur ve bu, KMGUP paradigmasının performansını geliştirmek için yapılacak pratik çalışmalara bir temel olabilir.
Özet (Çeviri)
Objective. Previous studies on code-modulated visual evoked potentials (c-VEP) have yielded important results regarding the performance of c-VEP based brain-computer interfaces (BCIs) in recent years. Since, speed is the key factor in BCI applications and since the monitor refresh rate limits the stimulation time and thus limits the performance of the system, this study aims at investigating the effects of high stimulus presentation rates (refresh rate of the monitor) on a c-VEP based speller BCI. Furthermore, Robinson's corticothalamic model, which has not yet been studied for c-VEP responses, is used to stimulate the salient behaviors that are observed in our experiments. Approach. Six subjects participated in three different experiments with refresh rates of 60 Hz (E1), 120 Hz (E2), and 240 Hz (E3), where a 127-bit m-sequence is used. Canonical Correlation Analysis (CCA) was used in the training stage to obtain 36 target templates from 100 averages of 8 EEG channels. Information transfer rate (ITR) and accuracy values were calculated for each experiment and subject. Subjects also answered a questionnaire asking at which refresh rate they felt more comfortable. Robinson's corticothalamic model was used to simulate the c-VEP experiments. Power spectral density (PSD) estimates of c-VEP responses and results of principal component analysis (PCA) were evaluated both for the simulation data and the experimental data. Main Results. Average ITR and accuracy values for E1 are 86.17 bits/min and 93%, for E2 are 90.68 bits/min and 95% and for E3 are 70.89 bits/min and 81% respectively. Also 5 out of 6 subjects stated that E3, and 1 subject stated that E3 is the most comfortable experiment. The c-VEP responses are band-limited although the input m-sequence is a wide-band signal. The spectral densities of c-VEP templates are concentrated on several frequency intervals, especially for E3. This periodicity leads to target misclassification. PCA shows that only 73, 52, and 26 well distinguishable responses can be obtained with a 127-bit length m-sequence for E1, E2, and E2 respectively. The results from simulations shows great similarity with the results from experiments. Considering all results and observations, we suggest that 120 Hz refresh rate is best to use in BCIs with high number of targets whereas 240 Hz refresh rate is reasonable for low number of targets. Results from modeling study suggest that the response of the visual system to the high frequency components in the input at higher refresh rates tends to diminish. Significance. Important results are obtained regarding characteristics of c-VEP responses and the effects of high refresh rates on c-VEP based BCIs. Robinson's corticothalamic model is found to be capable of explaining some of the salient behavior in the experiments and this could be a basis for practical studies on improving the performance of c-VEP paradigm.
Benzer Tezler
- Akciğer obstrüksiyonlarının ekspirasyona olan etkisinin sayısal olarak incelenmesi ve SFT sonuçlarıyla ilişkilendirilmesi
Numerical investigation of the effects of airway obstructions on expiratory flow and association with PFT results
UFUK DEMİR
Doktora
Türkçe
2023
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN GÜNEŞ
- Experimental and theoretical investigation of supercritical drying of gels
Jellerin süperkritik yöntemle kurutulmasının teorik ve deneysel olarak incelenmesi
İBRAHİM ŞAHİN
Doktora
İngilizce
2019
Kimya MühendisliğiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. CAN ERKEY
- Experimental and numerical investigation of rubber whether strip extrusion
Başlık çevirisi yok
NAYYEF AHMED TALIB
Doktora
İngilizce
2019
Makine MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜR ERTUNÇ
- Gemilerde kullanılan seçici katalitik indirgeme sistemlerinde tortu oluşumunun ve azot oksit indirgeme performanslarının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of urea-deposit formation and nitrogen oxide reduction performances in selective catalytic reduction systems used on marine vessels
TALAT GÖKÇER CANYURT
Doktora
Türkçe
2023
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELMA ERGİN
- Sanal tarama ve çok boyutlu moleküler modelleme yöntemleri ile p53-MDM2 potansiyel inhibitörlerinin belirlenmesi
Identification of p53-MDM2 potential inhibitors with virtual screening and multidimensional molecular modeling methods
GÜLŞAH AYDIN
Doktora
Türkçe
2020
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MİNE YURTSEVER
PROF. DR. SERDAR DURDAĞI