عنوان : ارائه یک شاخص نوین برای سنجش سطح خستگی مغزی در حین فعالیت ذهنی از روی سیگنال EEG
 

دانشگاه شیراز
دانشکده مهندسـی
 
پایان‌نامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی کامپیوتر (هوش مصنوعی)
 
ارائه یک شاخص نوین برای سنجش سطح خستگی مغزی در حین فعالیت ذهنی از روی سیگنال EEG
 
استاد راهنما:
دکتر رضا بوستانی
 
شهریور 1390
برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                              صفحه

فصل اول: مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………..
1
1-1- مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………………..
2
1-2- تعریف مسئله ……………………………………………………………………………………………………………………
3
1-3- نگاهی به فصول پایان نامه……………………………………………………………………………………………………..
4
فصل دوم: پیشینه تحقیقات………………………………………………………………………………………………………
6
2-1- روش‌های موجود برای تشخیص خستگی ……………………………………………………………………………….
9
2-1-1- روش‌های مبتنی بر تحلیل طیف سیگنال EEG ……………………………………………………..
9
2-1-2- روش‌های مبتنی بر تحلیل تغییرات در آنتروپی سیگنال EEG ………………………………….
12
2-1-3- روش‌های مبتنی بر تحلیل نظم منطقی بین نواحی مختلف مغز…………………………………
14
2-1-4- روش‌های مبتنی بر دادن تحریک به فرد در حین فعالیت………………………………………….
15
2-2- تاریخجه و نحوه ثبت سیگنال EEG……………………………………………………………………………………………………..
16
2-3- جمع بندی ………………………………………………………………………………………………………………………………………………
20
فصل سوم: روش تحقیق……………………………………………………………………………………………………………
21
3-1- مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………..
22
3-2- نویزهای سوار شده بر روی سیگنال EEG و نحوه کاهش اثر آن‌ها ……………………………………………..
23
3-2-1- امواج ناخواسته زیستی ……………………………………………………………………………………….
23
3-2-2- امواج ناخواسته محیطی ………………………………………………………………………………………
24
3-2-1- پیش پردازش ……………………………………………………………………………………………………
24
3-3- مدل سیگنال ………………………………………………………………………………………………………………………
24
3-4- انتخاب الکترود مرجع …………………………………………………………………………………………………………..
26
3-5- مشخص کردن تعداد منابع تولید کننده سیگنال ………………………………………………………………………
27
3-6- مکان یابی در فضای پرتوسازی ………………………………………………………………………………………………
30
3-6-1- فیلتر کردن فضایی با محدودیت کمترین واریانس……………………………………………………
31
3-6-2- مشکل روش LCMV…………………………………………………………………………………………..
35
عنوان                                                                                                              صفحه

3-6-3- روش پیشنهادی برای مکان یابی ………………………………………………………………………….
36
3-7- محاسبه همبستگی در سیگنال EEG ……………………………………………………………………………………..
38
3-8- ویژگی استفاده شده برای تشخیص خستگی ……………………………………………………………………………
40
3-9- روش‌های کلاسه بندی استفاده شده ……………………………………………………………………………………..
40
3-9-1- ماشین بردار پشتیبان …………………………………………………………………………………………
40
3-9-2- k نزدیک ترین همسایه ……………………………………………………………………………………….
42
3-10- روش‌های مقایسه شده با روش پیشنهادی………………………………………………………………………………
42
3-10-1- آنتروپی تقریبی ……………………………………………………………………………………………….
43
3-10-2- کولموگروف آنتروپی………………………………………………………………………………………….
44
3-10-3- تجزیه و تحلیل بردار اصلی به همراه کرنل …………………………………………………………..
45
3-10-4- مدل مخفی مارکوف………………………………………………………………………………………….
45
3-10-5- روش اراﺋﻪ شده توسط لیو و همکارانش ……………………………………………………………….
46
3-10-6- روش اراﺋﻪ شده توسط شن و همکارانش ……………………………………………………………..
46
3-10-7- توموگرافی الکترومغناطیسی با رزولوشن پایین ……………………………………………………..
47
3-10-8- توموگرافی الکترومغناطیسی استاندارد با رزولوشن پایین ……………………………………….
48
3-11- جمع‌بندی ………………………………………………………………………………………………………………………..
49
فصل چهارم: آزمایش‌ها و نتایج ……………………………………………………………………………………………………
50
4-1- مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………..
51
4-2- شبیه سازی سیگنال EEG برای مشخص کردن دقت مکان‌یابی ………………………………………………..
52
4-3- سیگنال EEG ثبت شده برای بررسی میزان خستگی ……………………………………………………………….
53
4-4- شبیه سازی سیگنال EEG برای بررسی میزان خستگی …………………………………………………………….
57
4-5- نتایج ………………………………………………………………………………………………………………………………….
59
4-5-1- مقایسه روش مکان یابی پیشنهادی و LCMV ……………………………………………………….
59
4-5-2- بررسی خستگی به کمک داده های ثبت شده  EEG……………………………………………….
60
4-5-2-1- بررسی مکان و قدرت منابع در حالت خسته و نرمال………………………………
60
4-5-2-2- بررسی ویژگی پیشنهادی در کلاسه‎بندی حالت‌ها………………………………….
62
4-5-2- بررسی خستگی به کمک سیگنال شبیه‌سازی شده………………………………………………….
67
4-6- جمع‌بندی …………………………………………………………………………………………………………………………..
70
فصل هفتم: نتیجه گیری و پیشنهادات ……………………………………………………………………………………
71
فهرست منابع …………………………………………………………………………………………………………………………
74
 

فهرست جداول

عنوان و شماره                                                                                                   صفحه

59
جدول 4-1) مقایسه میزان خطا بین روش پیشنهادی و روش LCMV …………………………………………………………
63
جدول 4-2) صحت به دست آمده توسط روش پیشنهادی در کلاسه بندی‌های 1NN و SVM……………………..
63
جدول 4-3) صحت به دست آمده توسط لیو و همکارانش………………………………………………………………………………..
64
جدول 4-4) صحت به دست آمده توسط شن و همکارانش……………………………………………………………………………………..
65
جدول 4-5) مقایسه بین پیچیدگی استخراج ویژگی روش‌های مختلف ………………………………………………………….
  

67
جدول 4-6)  خطای مکان‌یابی برای روش های مختلف بر روی قسمت‌های مختلف سیگنال که از ابتدا سیگنال شبیه سازی شده انتخاب شده‌اند…………………………………………………………………………………………………..
  

68
جدول 4-7)  خطای مکان‌یابی برای روش های مختلف بر روی قسمت‌های مختلف سیگنال که از وسط سیگنال شبیه سازی شده انتخاب شده‌اند…………………………………………………………………………………………………..
  

68
جدول 4-7)  خطای مکان‌یابی برای روش های مختلف بر روی قسمت‌های مختلف سیگنال که از وسط سیگنال شبیه سازی شده انتخاب شده‌اند…………………………………………………………………………………………………..
  

68
جدول 4-9) انحراف معیار و میانگین خطای مکان یابی برای روش های مختلف بر روی قسمت های مختلف سیگنال شبیه سازی شده……………………………………………………………………………………………………………….
 

فهرست شکل ها

عنوان                                                                                                                صفحه

شکل2-1) انتخاب بهترین ویژگی‌ها در روشی مبتنی بر طیف سیگنال………………………………………………….
11
شکل 2-2) مقایسه پارامترهای ApEn و KC برای دو باند فرکانسی آلفا و بتا و در دو حالت قبل و بعد از خستگی…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
  

13
شکل 2-3) نظم منطقی بین 59 الکترود……………………………………………………………………………………………………
16
شکل 2-4) مکان الکترودها که با اسم هر الکترود مشخص شده است …………………………………………………….
19
شکل 3-1) فیلتر مکانی در الگوریتم‌های پرتوسازی…………………………………………………………………………………..
31
شکل 3-2) استفاده از فیلتر مکانی تقریباً بهینه…………………………………………………………………………………………
34
شکل 4-1) مکان منبع فرض شده برای شبیه سازی سیگنال EEG………………………………………………………..
52
شکل 4-2) نمونه‌ای از سیگنال EEG فرد قبل از خسته شدن ……………………………………………………………….
55
شکل 4-3) نمونه‌ای از سیگنال EEG فرد پس از خسته شدن………………………………………………………………..
55
شکل 4-4) نمونه ای از سیگنال EEG پیش پردازش شده فرد قبل از خسته شدن……………………………….
56
شکل 4-5) نمونه ای از سیگنال EEG پیش پردازش شده فرد پس از خسته شدن ……………………………….
56
شکل 4-6) نمونه ای از نویز EOG اضافه شده به داده‌های شبیه سازی شده………………………………………….
58
شکل 4-7) مکان متوسط قوی‌ترین منبع برای یک فرد در حالت خسته و نرمال…………………………………….
61
شکل 4-8) قدرت متوسط منابع برای 17 شرکت کننده در ثبت سیگنال در هر دو سطح خسته و غیر خسته………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
  

62
شکل 4-9) نمایش جعبه‌ای برای مقایسه بین صحت، ویژگی و حساسیت روش‌های مختلف …………………..
65
شکل 4-10) میزان خستگی به دست آمده توسط روش پیشنهادی ………………………………………………………….
70
 
 
 

فصل اول

1- مقدمه

مقدمه
خستگی پدیده ای رایج در زندگی روزمره ماست. یک تعریف مشترک از خستگی این است که خستگی حالتی است که به دنبال یک بازه از فعالیت ذهنی یا بدنی ایجاد می‌شود که توسط کاهش در توانایی برای کار کردن مشخص می‌شود.

اولین بار مفهوم خستگی ذهنی توسط گرندجین[1] معرفی شد [1]، که به وضوح خستگی ذهنی را از خستگی فیزیکی متفاوت کرد. او خستگی بدنی را در اثر کاهش عملکرد سیستم عضلانی و خستگی ذهنی را با کاهش عملکرد ذهنی و احساس خستگی تعریف کرد.