Yıl: 2014 Cilt: 5 Sayı: 2 Sayfa Aralığı: 89 - 97 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 29-07-2022

Parmak hareketlerine ilişkin ecog örüntülerin ar tabanlı öznitelikler ile sınıflandırılması

Öz:
Bu çalışmasında, ECoG kayıtları kullanılarak parmak hareketlerinin sınıflandırılması amaçlanmıştır.Çalışmada BCI Competition IV yarışmasında sunulan Data set IV isimli veri kümesi kullanılmıştır. Verikümesinde üç epilepsi hastasına ilişkin ECoG kayıtları ve parmak hareketlerini gösteren elektronik eldivenkayıtları yer almaktadır. Eldiven kayıtları referans alınarak, parmak hareketlerinin yer aldığı ECoGbölütleri 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 performanssergilediği görülmektedir. DVM ile yapılan sınıflandırılma işleminde, her üç denek için iki parmağınsınıflandırma başarı ortalaması %87.35, üç parmağın sınıflandırma başarı ortalaması %66.97, dörtparmağın 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 parmağınsınıflandırma başarı ortalaması %75.35, üç parmağın sınıflandırma başarı ortalaması %55.50, dörtparmağın 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 edildiğigörülmüştür. Denekler açısından bakıldığında, tüm sınıflandırma işlemlerinde denek 1in en yükseksınıflandırma performansına sahip olduğu görülmektedir. Denek 2 ve denek 3ün sınıflandırılacak parmaksayısına göre farklı performanslar sergiledikleri görülmektedir.Sınıflandırılan parmak sayısı açısından bakıldığında, ayrıştırılacak parmak sayısının artması ile başarıoranı dramatik olarak düştüğü görülmektedir. Sınıf sayısının artması ile hem DVM hem de kNNsınıflandırıcı performanslarının oldukça düşük seviyelerde yer aldığı görülmektedir.
Anahtar Kelime:

Classification of ecog patterns related to finger movements with ar based features

Öz:
Classification of electrocorticography (ECoG)records related to finger movement is the mainpurpose of this study. Data set IV presented in BCICompetition IV was used in this paper. This data setcontains brain signals from three epileptic subjectsand the data records consist of both ECoG andelectronic glove data. ECoG segments related fingermovements were extracted by means of fingermovement records generated by electronic glove.Features of segments having different data pointswere extracted using autoregressive (AR) model.The AR coefficients were classified with SupportVector Machine (SVM) and K nearest neighbors(kNN) classifiers. AR coefficients were calculated using the leastsquares method. To get the acceptable result, the ARcoefficients were calculated in the range of [3-10]order. At the end of the analysis, the third-order ARcoefficients produces acceptable results wereobserved. k nearest neighbor (kNN) algorithm was introducedby Dasarathy in1991. It is a machine learningalgorithm that reads a set of labeled training set,and then it is used to classify an unlabeled testingset. In order to classify a testing pattern, it computesthe distance between testing pattern and all thetraining patterns. Then, the k training patterns ofclosest distance to the testing pattern are used todetermine the class of testing pattern. To get theacceptable results in our classification problem, thedistance of patterns were calculated with the kparameter in the range of [1-10] order. At the end ofthe analysis, generally the highest classificationperformances were observed with small k values.Support vector machine (SVM) is a discriminativeclassifier formally defined by a separatinghyperplane. In other words, SVMs are based on theconcept of decision planes that define decisionboundaries. A decision plane is one that separatesbetween a set of objects having different classmemberships. In our study, SVM was used to classifythe ECoG patterns with the kernel of radial basefunction. At the end of the SVM classification, the optimal values were obtained for regularization andsigma parameters of SVM. To find the finger which is hardest to classify amongall fingers, different applications were achieved. Inthe first application, it consists of two classes for P1and P5. In the second application, it consists ofthree classes for P1, P2 and P5. In the thirdapplication, it consists of four classes for P1, P2, P3and P5. In the last application, it consists of fiveclasses for P1, P2, P3, P4 and P5.The resultsshowed that performances were decreased withincreasing of classes, which was also an expectedresult. We listed the performances of SVM and kNNmethods. We found that the SVM method yielded thebest performance in classifying the ECoG patternrelated to finger movements. For the SVM classifier, the mean performances ofthree 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 andclassification rate 34.41% for five fingers.For the kNN classifier, the mean performances ofthree 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 andclassification rate 31.90% for five fingers.The results showed that we need differentapproaches to impove the performances. To get thehigher performance, more effective methods shouldbe improved. In the future work, we focused on thisproblem.
Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
  • Wolpaw R. J., Birbaumer N., McFarland, D.J., Pfurtscheller, G., Vaughan, T.M. BCI for commu-nication and control. Clinical Neurophysiology, 113, 2002
  • 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
APA ÖZERDEM M, karadağ k (2014). Parmak hareketlerine ilişkin ecog örüntülerin ar tabanlı öznitelikler ile sınıflandırılması. , 89 - 97.
Chicago ÖZERDEM Mehmet Siraç,karadağ kerim Parmak hareketlerine ilişkin ecog örüntülerin ar tabanlı öznitelikler ile sınıflandırılması. (2014): 89 - 97.
MLA ÖZERDEM Mehmet Siraç,karadağ kerim Parmak hareketlerine ilişkin ecog örüntülerin ar tabanlı öznitelikler ile sınıflandırılması. , 2014, ss.89 - 97.
AMA ÖZERDEM M,karadağ k Parmak hareketlerine ilişkin ecog örüntülerin ar tabanlı öznitelikler ile sınıflandırılması. . 2014; 89 - 97.
Vancouver ÖZERDEM M,karadağ k Parmak hareketlerine ilişkin ecog örüntülerin ar tabanlı öznitelikler ile sınıflandırılması. . 2014; 89 - 97.
IEEE ÖZERDEM M,karadağ k "Parmak hareketlerine ilişkin ecog örüntülerin ar tabanlı öznitelikler ile sınıflandırılması." , ss.89 - 97, 2014.
ISNAD ÖZERDEM, Mehmet Siraç - karadağ, kerim. "Parmak hareketlerine ilişkin ecog örüntülerin ar tabanlı öznitelikler ile sınıflandırılması". (2014), 89-97.
APA ÖZERDEM M, karadağ k (2014). Parmak hareketlerine ilişkin ecog örüntülerin ar tabanlı öznitelikler ile sınıflandırılması. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 5(2), 89 - 97.
Chicago ÖZERDEM Mehmet Siraç,karadağ kerim Parmak hareketlerine ilişkin ecog örüntülerin ar tabanlı öznitelikler ile sınıflandırılması. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi 5, no.2 (2014): 89 - 97.
MLA ÖZERDEM Mehmet Siraç,karadağ kerim Parmak hareketlerine ilişkin ecog örüntülerin ar tabanlı öznitelikler ile sınıflandırılması. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, vol.5, no.2, 2014, ss.89 - 97.
AMA ÖZERDEM M,karadağ k Parmak hareketlerine ilişkin ecog örüntülerin ar tabanlı öznitelikler ile sınıflandırılması. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi. 2014; 5(2): 89 - 97.
Vancouver ÖZERDEM M,karadağ k Parmak hareketlerine ilişkin ecog örüntülerin ar tabanlı öznitelikler ile sınıflandırılması. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi. 2014; 5(2): 89 - 97.
IEEE ÖZERDEM M,karadağ k "Parmak hareketlerine ilişkin ecog örüntülerin ar tabanlı öznitelikler ile sınıflandırılması." Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 5, ss.89 - 97, 2014.
ISNAD ÖZERDEM, Mehmet Siraç - karadağ, kerim. "Parmak hareketlerine ilişkin ecog örüntülerin ar tabanlı öznitelikler ile sınıflandırılması". Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi 5/2 (2014), 89-97.