Buradasınız

Parmak hareketlerine ilişkin ECoG örüntülerin AR tabanlı öznitelikler ile sınıflandırılması

Classification of ECoG patterns related to finger movements with AR based features

Journal Name:

Publication Year:

Abstract (2. Language): 
Classification of electrocorticography (ECoG) records related to finger movement is the main purpose of this study. Data set IV presented in BCI Competition IV was used in this paper. This data set contains brain signals from three epileptic subjects and the data records consist of both ECoG and electronic glove data. ECoG segments related finger movements were extracted by means of finger movement records generated by electronic glove. Features of segments having different data points were extracted using autoregressive (AR) model. The AR coefficients were classified with Support Vector Machine (SVM) and K nearest neighbors (kNN) classifiers. AR coefficients were calculated using the least squares method. To get the acceptable result, the AR coefficients were calculated in the range of [3-10] order. At the end of the analysis, the third-order AR coefficients produces acceptable results were observed. k nearest neighbor (kNN) algorithm was introduced by Dasarathy in1991. It is a machine learning algorithm that reads a set of labeled training set, and then it is used to classify an unlabeled testing set. In order to classify a testing pattern, it computes the distance between testing pattern and all the training patterns. Then, the k training patterns of closest distance to the testing pattern are used to determine the class of testing pattern. To get the acceptable results in our classification problem, the distance of patterns were calculated with the k parameter in the range of [1-10] order. At the end of the analysis, generally the highest classification performances were observed with small k values. Support vector machine (SVM) is a discriminative classifier formally defined by a separating hyperplane. In other words, SVMs are based on the concept of decision planes that define decision boundaries. A decision plane is one that separates between a set of objects having different class memberships. In our study, SVM was used to classify the ECoG patterns with the kernel of radial base function. At the end of the SVM classification, the optimal values were obtained for regularization and sigma parameters of SVM. To find the finger which is hardest to classify among all fingers, different applications were achieved. In the first application, it consists of two classes for P1 and P5. In the second application, it consists of three classes for P1, P2 and P5. In the third application, it consists of four classes for P1, P2, P3 and P5. In the last application, it consists of five classes for P1, P2, P3, P4 and P5.The results showed that performances were decreased with increasing of classes, which was also an expected result. We listed the performances of SVM and kNN methods. We found that the SVM method yielded the best performance in classifying the ECoG pattern related to finger movements. For the SVM classifier, the mean performances of three subjects were obtained as follows; classification rate 87.35% for two fingers, classification rate 66.97% for three fingers, classification rate 50.06% for four fingers and classification rate 34.41% for five fingers. For the kNN classifier, the mean performances of three subjects were obtained as follows; classification rate 75.35% for two fingers, classification rate 55.50% for three fingers, classification rate 39.00% for four fingers and classification rate 31.90% for five fingers. The results showed that we need different approaches to impove the performances. To get the higher performance, more effective methods should be improved. In the future work, we focused on this problem.
Abstract (Original Language): 
Bu çalışmasında, ECoG kayıtları kullanılarak parmak hareketlerinin sınıflandırılması amaçlanmıştır. Çalışmada BCI Competition IV yarışmasında sunulan Data set IV isimli veri kümesi kullanılmıştır. Veri kümesinde üç epilepsi hastasına ilişkin ECoG kayıtları ve parmak hareketlerini gösteren elektronik eldiven kayıtları yer almaktadır. Eldiven kayıtları referans alınarak, parmak hareketlerinin yer aldığı ECoG bölütleri belirlenmiştir. Farklı uzunluklardaki belirlenen bölütlerin öznitelik vektörleri, özbağlanımlı (AR) modelleme ile elde edilmiştir. Öznitelik vektörleri kNN ve DVM yöntemleri ile sınıflandırılmıştır. Sınıflandırıcı açısından bakıldığında, DVM yönteminin kNN sınıflandırıcısına göre daha iyi bir performans sergilediği görülmektedir. DVM ile yapılan sınıflandırılma işleminde, her üç denek için iki parmağın sınıflandırma başarı ortalaması %87.35, üç parmağın sınıflandırma başarı ortalaması %66.97, dört parmağın sınıflandırma başarı ortalaması %50.06 ve tüm parmakların sınıflandırma başarı ortalaması %34.41 olarak elde edilmiştir. kNN ile yapılan sınıflandırılma işleminde, her üç denek için iki parmağın sınıflandırma başarı ortalaması %75.35, üç parmağın sınıflandırma başarı ortalaması %55.50, dört parmağın sınıflandırma başarı ortalaması %39.00 ve tüm parmakların sınıflandırma başarı ortalaması %31.90 olarak elde edilmiştir. AR katsayıları açısından bakıldığında, çoğunlukla m=3 katsayı ile en yüksek başarımların elde edildiği görülmüştür. Denekler açısından bakıldığında, tüm sınıflandırma işlemlerinde denek 1’in en yüksek sınıflandırma performansına sahip olduğu görülmektedir. Denek 2 ve denek 3’ün sınıflandırılacak parmak sayısına göre farklı performanslar sergiledikleri görülmektedir. Sınıflandırılan parmak sayısı açısından bakıldığında, ayrıştırılacak parmak sayısının artması ile başarı oranı dramatik olarak düştüğü görülmektedir. Sınıf sayısının artması ile hem DVM hem de kNN sınıflandırıcı performanslarının oldukça düşük seviyelerde yer aldığı görülmektedir.
89
97

REFERENCES

References: 

Wolpaw R. J., Birbaumer N., McFarland, D.J.,
Pfurtscheller, G., Vaughan, T.M. BCI for
commu-nication and control. Clinical
Neurophysiology, 113, 2002
96
M.S. Özerdem, K. Karadağ
Üstün, M.E., Güney, Ö., Genç, B.O., İlhan, N.,
Özkal, E. Genel Tıp Dergisi, 13(2):49-52, 2003
Kıymık, M.K., “EEG işaretlerinde gürültü
bastırılması için uyarlamalı wiener süzgecinin
gerçekleştirilmesi”, Politeknik Dergisi, 6(1),
2003.
Gürsoy, M.İ., Subaşı, A. “DVM ile EEG
işaretlerinin sınıflandırılmasında TBA,BBA ve
DAA‟nın performansının karşılaştırılması”, IEEE
16. SIU2008, 2008.
Tekin, R., Kaya, Y., Tağluk, M.E., “K-means ve
YSA temelli Hibrit Bir Model ile Epileptik EEG
İşaretlerinin Sınıflandırılması”, Elektrik
Elektronik Bilgisayar Semp. Elazığ, 2011
Benimeli, F., Sharman, “Electroencephalogram
Signal Classification For Brain Computer
Interfaces using wavelets and support vector
machines”, 15. European Symposium on ANNs,
Valencia, 2007.
Bougrain, L., Liang,N., “Band specific features
improve finger flexion prediction from ECoG”,
Jornades Argentinas Sobre Interfaces Cerebro
Computadora, 2009.
Flamary, R., Rakotomamonjy, A. “Decoding finger
movements from ECoG signals using switching
linear models”, Front Neurosci. 6: 29, 2012
Schalk, G., Kubanek, J., Miller, K.J., Anderson,
N.R., Leuthardt, E.C., Ojemann, J.G., Limbrick,
D., Moran, D.W., Gerhardt, L.A., and Wolpaw,
J.R. Decoding Two-Dimensional Movement
Trajectories Using Electrocortico-graphic Signals
in Humans, J.Neural Eng,4:264-275, 2007.
Übeyli E.D., Güler İ., “Cramer-Rao alt sınırı ile AR
metodunda parametre kestirim performansının
analizi”, Politeknik Dergisi, Cilt: 5 Sayı:1 s.1-11,
2002
Burges, J.C., “A Tutorial on Support Vector
Machines for Pattern Recognition”, Data Mining
and Knowledge Discovery 2, 121-167, 1998.
Küçük H., Tepe C., Eminoğlu İ., “K-En Yakın
Komşu Algoritması ve Destek Vektör Makinesi
Yöntemleri ile EMG İşaretlerinin
Sınıflandırılması”, 21. Sinyal İşleme ve İletişim
Uygulamaları, KKTC, 2013
Alpaydin, E., “Introduction to Machine Learning”,
MIT Press, 2004
Özger Z.B., Amasyalı M.F., "Meta Öğrenme ile
KNN Parametre Seçimi", IEEE 21. Sinyal İşleme
ve İletişim Uygulamaları Kurultayı, KKTC, 2013

Thank you for copying data from http://www.arastirmax.com