Motor Nöron Yetilerini Kaybetmiş Bireylerin İletişimi için SSVEP Tabanlı Beyin Bilgisayar Arayüzü Geliştirilmesi

Yıl 2019, Cilt: 10 Sayı: 1, 13 - 22, 15.03.2019

Ayşe Beyza Gökbulut Hasan Yetiş , Mehmet Karaköse , İlhan Aydın

https://doi.org/10.24012/dumf.403130

Öz

Sosyal
bir varlık olan insan, yaşamsal faaliyetlerini sürdürebilmek için çevresiyle
etkileşim ve iletişim halindedir. Motor nöronlarını harekete geçirme
kabiliyetini yitirmiş olan hastalar, çevrelerinde olan biteni algılamakta ancak
tepki verememektedirler. Bu durum çevre ile iletişimlerini tamamen
koparmaktadır. Bu çalışmada motor nöronları harekete geçirme kabiliyetini
yitirmiş hastaların çevreleriyle iletişimde olabilmeleri için SSVEP tabanlı bir
beyin bilgisayar arayüzü tasarlanmıştır. Geliştirilen arayüzde 4 farklı
frekansta dama desenli görsel uyaranlar oluşturularak beyin sinyallerindeki
değişim belirginleştirilmiştir. Tasarlanan sistemde görsel uyaranlara odaklanan
bireylerden Emotiv Epoc+ cihazı yardımıyla beyin sinyalleri kaydedilmiştir.
Kaydedilen sinyaller önişlemlerden geçirilerek gürültülerden arındırılmıştır.
Daha sonra öznitelik çıkarımı ile anlamlı bilgilere ayrıştırılmış ve daha sonra
önceden oluşturulmuş referans veri tabanındaki kayıtlara olan benzerliği
Kanonik Korelasyon Analizi ile tespit edilmiştir. Sınıflandırılan beyin
sinyalleri komut haline getirilmekte ve heceleme sistemine bildirilmektedir.
Alınan sinyaller ile yapılan önişleme, öznitelik çıkarımı ve sınıflandırma
adımları sonucunda kullanıcının dış ortama aktarmak istediği kelimenin
harflerine sırayla odaklanması, odaklandığı harfi ekrana yazdırması
amaçlanmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda kas sistemini kullanmadan oluşturulan
arayüze komut verilmesini sağlayan bir heceleme sistemi oluşturulmuştur.

Anahtar Kelimeler

Beyin Bilgisayar Arayüzü, BBA, EEG, SSVEP

Kaynakça

• Agustina, M., Correa, G., Laciar, E., (2011). Noise Removal from EEG Signals in Polisomnographic Records Applying Adaptive Filters in Cascade, Adaptive Filtering Applications.
• Ahn., J.W., Ku, Y., Kim, D.Y., Sohn, J., Kim, J.H, Kim, H.C., (2018). Wearable in-the-ear EEG system for SSVEP-based brain–computer interface, Electronic Letters, 54(7), 413-414.
• Barbati, G., Porcaro, C., Zappasodi, F., Rossini, P.M., Tecchio, F., (2004). Optimization of an independent component analysis approach for artifact identification and removal in magnetoencephalographic signals, Clinical Neurophysiology, 115, 1220-1232.
• Başçıl, S.M., (2015). Beyinde Üretilen Yöne Bağlı EEG Sinyallerinin Öznitelik Çıkarımı Yardımıyla Sınıflandırılması, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
• Berge, H., (1929). Uber das electrenkephalogramm des menchen, Arch PsychiatrNervenkr. 87, 527- 570.
• Cambell, A.T., Choudhury T., Hu, S., Lu, H., Mukerjee, M.K., Rabbi, M., Raizada, R.D.S., (2010). Neurophone Brain-Mobile phone interface using a wireless EEG Headset, Mobiheld, New Delhi India.
• Coton, R., (1875). The electric currents of brain, Br. Med. J. 2278.
• Fakhruzzaman, N.M., Riksakomara E., Suryotrisongko H., (2015). EEG wave identification in human brain with Emotiv Epoc for motor imagery, Procedia Computer Science, 72, 269-276.
• Farwel, L.A., Donchin, E., (2008). Talking off the top of the head toward a mental prosthesis utilizing event-related brain potentials, Electroenceph Clin. Neurophysiol, 510-523.
• Gökbulut, A.B., (2018). Beyin Bilgisayar Etkileşimi ile İnsansız Hava Aracı Kontrolü için döngüde İnsanlı Benzetim Çatısının Geliştirilmesi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
• Grainmann, B., Allison, B., Pfurtscheller, G., (2011). Brain-Computer Interfaces: Revolutionizing Human-Computer Interaction, Springer Verlag.
• He, P., Wilson, G., Russell, C., (2004). Removal of ocular artifacts from electroencephalogram by adaptive filtering, Medical and Biological Engineering and Computing, 42, 407-412.
• Hotelling, H., (1936). Relations Between Two Sets of Variates *., Biometrika Trust, 28, 321-377.
• Kumar, P.S., Arumuganathan, R., Sivakumar, K., Vimal, C., (2008). A wavelet based Statistical Method for De-Noising of Ocular Artifacts in EEG Signals, International Journal of Computer Science and Network Security (JCSNS), 8, 87-92.
• Lim, Hooi, S., Nisar, H., Thee, K.W., Yap, V.V., (2017). A novel method for tracking and analysis of EEG activation across brain lobes, Biomedical Signal Processing and Control, 40, 488-504.
• Olgun, N., Gokbulut M., Tanyıldızı, E., (2014). SSVEP Tabanlı Beyin Bilgisayar Arayüzü Tasarımı ve Sistem Otomasyonu, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitütsü.
• Ozmen, G.N., (2010). Beyin Bilgisayar Arayüzü Tasarımı için Farklı Zihinsel Aktiviteler Esnasında Oluşan EEG İşaretlerinin Analiz Edilmesi ve Sınıflandırılması, Karadeniz Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
• Pastor, M.A., Artieda, J., Arbizu, J., Valencia, M., Masdeu, J.C., (2003). Human cerebral activation during stead-state visual-eboketd responses, J. Neurosci, 23, 621-627.
• Shooshtari, P., Mohamadi, G., Ardekani, B.M., Shamsollahi, M.B., (2006). Removing Ocular Artifacts from EEG Signals using Adaptive Filtering and ARMAX Modeling, Proceedings of World Academy of Science Engineering and Technology, 11, 277-280.
• Soman, S., Murthy B.K., (2015). Using brain computer interface for synthesized speech communication for the physically disabled, Procedia Computer Science, 46, 292-298.
• Thota, N., Lenka, A., George, L., Hedge, S., Arumugham, S.S., Prasad, S., Stezin, A., Kamble, N., Yadav, R., Pal, P.K., (2017). Impaired frontal lobe functions in patients with Parkinson’s disease andpsychosis, Asian Journal of Psychiatry, 30, 192-195.
• Virdi, P., Syal, P., Kumari., P. (2017). Home automation control system implementation using SSVEP based brain computer interface, International Conference on Inventive Computing and Informatics (ICICI).
• Xue, Z., Li, J., Li, S. (2006). Using ICA to Remove Eye Blank and Power Line Artifacts in EEG, Proceedings of the First International Conference on Innovative Computing, Information and Control, 3, 107-110.
• Wolpaw, R.J., Birbaumer N., McFarland, D.J., Pfurtscheller, G., Vaughan, T.M., (2002). Brain interfaces for communication and control, Clinical Neurophysiology, 113, 767-791.
• Wu, C.H., Heba L., (2012). Impact of Stimulus Configuration on Steady State Visual Evoked Potentials (SSVEP) Response, The Fourth International Conference on Advance Cognitive Texhnologies and Applications.
• Yin, E., Zhou, Z., Jiang, J., Yu, Y., Hu, D., (2014). A Dynamically Optimized SSVEP Brain– Computer Interface (BCI) Speller, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 62(6), 1447-1456.
• Zhaojun, X., Jia, L., Song, L., Baikun, W., (2006). Using ICA to Remove Eye Blink and Power Line Artifacts in EEG, Proceedings of the First International Conference on Innovative Computing Informtion and Control, 3, 107-110.