پردازش سیگنالهای حیاتی
محمد داود خلیلی؛ وحید ابوطالبی؛ حمید سعیدی سورک
دوره 16، شماره 1 ، اردیبهشت 1401، ، صفحه 31-40
چکیده
مغز انسان جزو شبکههای پیچیده و ناهمگن محسوب میشود و سیگنالهای مغز حاوی اطلاعات زیادی هستند، از این رو محققان این حوزه همواره درصدد یافتن راهحلهایی مناسب برای انتخاب ویژگیهای معنادار و کاهش بعد مناسب این اطلاعات هستند تا به طبقهبندی بهتر منجر گردد. دو مورد از ابزارهای نوین برای پردازش سیگنالهای مغزی، پردازش سیگنال روی ...
بیشتر
مغز انسان جزو شبکههای پیچیده و ناهمگن محسوب میشود و سیگنالهای مغز حاوی اطلاعات زیادی هستند، از این رو محققان این حوزه همواره درصدد یافتن راهحلهایی مناسب برای انتخاب ویژگیهای معنادار و کاهش بعد مناسب این اطلاعات هستند تا به طبقهبندی بهتر منجر گردد. دو مورد از ابزارهای نوین برای پردازش سیگنالهای مغزی، پردازش سیگنال روی گراف (GSP) و روشهای فراابتکاری و تکاملی هستند. در روش پیشنهادی این مقاله، دو ساختار هندسی و ترکیبی برای گراف مغز در نظر گرفته شده که در ساختار ترکیبی، وزن یالها، ترکیب وزندار دو معیار فاصلهی هندسی و همبستگی است. به منظور کاهش بعد گرافی، از معیار درجهی وزندار و ترکیب روش کاهش کرون با تبدیل فوریه روی گراف (KG) استفاده شده تا به نحو مناسبی اطلاعات تمام رئوس گراف در رئوس منتخب حفظ گردد. استخراج ویژگی توسط تخمین لدویت-وولف و روش نگاشت فضای مماسی انجام شده و برای کاهش بعد ویژگیهای مستخرج، از روش تحلیل مؤلفههای اصلی (PCA) و انتخاب ویژگی بر اساس تکامل تفاضلی (DE) استفاده شده است. ویژگیهای منتخب به چندین طبقهبندیکنندهی معروف حوزهی یادگیری ماشین داده شدهاند. برای ارزیابی عملکرد روش پیشنهادی، از دادگان IV-a مسابقات III-BCI بهرهگیری شده است. نتایج نشان میدهد که میانگین صحت طبقهبندی روش پیشنهادی KG-PCA با طبقهبندهای ماشین بردار پشتیبان با تابع پایه شعاعی (SVM-RBF) و درخت تصمیم (DT)، در گراف ساختاری و گراف ساختاری-عملکردی، نسبت به روش G-PCA در مطالعات پیشین، بالاتر بوده و طبقهبند DT به میانگین درصد صحت 17/1 15 ±/91 دستیافته است. همچنین طبق نتایج به دستآمده، عملکرد روش پیشنهادی KG-DE در مقایسه با KG-PCA نیز بهتر بوده و در بهترین حالت، متوسط درصد صحت طبقهبند SVM-RBF برابر با 27/1 50 ±/95 بهدست آمده است.
پردازش سیگنالهای حیاتی
طاهره طالعی؛ علی مطیع نصرآبادی
دوره 15، شماره 4 ، اسفند 1400، ، صفحه 361-370
چکیده
برای برقراری ارتباط با محیط زندگی که همیشه در حال تغییراست، مغز مدام نیاز به تولید و به -روزرسانی انتظارات مربوط به رویدادهای پیشرو و تخمین آن برای پاسخهای حسی و حرکتی عصبی متناظر با آن را دارد. هدف از این مطالعه بررسی ارتباطات در درک زمان در دو حالت -قابلپیشبینی و غیرقابلپیشبینی است. دادههای مورد نیاز پژوهش از سیگنالهایEEG ...
بیشتر
برای برقراری ارتباط با محیط زندگی که همیشه در حال تغییراست، مغز مدام نیاز به تولید و به -روزرسانی انتظارات مربوط به رویدادهای پیشرو و تخمین آن برای پاسخهای حسی و حرکتی عصبی متناظر با آن را دارد. هدف از این مطالعه بررسی ارتباطات در درک زمان در دو حالت -قابلپیشبینی و غیرقابلپیشبینی است. دادههای مورد نیاز پژوهش از سیگنالهایEEG ثبتشده از پایگاه داده موجود که شامل آزمایشی بر روی29 فرد سالم در دو حالت قابلپیشبینی و غیرقابلپیشبینی و در4تأخیر83، 150، 400، 800 میلیثانیه برای هر فرد انجام شده، میباشد. به منظور تخمین ارتباطعملکردی از روی سیگنالهای مغزی از روش شاخصتأخیرفاز(PLI) استفادهشدهاست. این روش برای آشکارسازی درک زمان در دو حالت رویدادهای قابلپیشبینی و غیرقابلپیشبینی استفادهشدهاست. ابتدا به مقایسه 4تأخیر در هر حالت پرداختهشدهاست که نشانداد، بیشتر تمایز در باندهای گاما، بتا و تتا بودهاست. همچنین تفاوتمعنادار بین تأخیرها در حالتپیشبینی نسبت بهحالت غیرقابلپیشبینی بیشتربودهاست. سپس به بررسی اختلافات بین دو حالت در هر تأخیر پرداختهشدهاست. نتایج، اختلافمعنادار در همهیتأخیرها را نشاندادهاست. باندآلفا درحالت غیرقابلپیشبینی در تأخیر400میلیثانیه تعداد ارتباطات بین نواحیپسسری و گیجگاهی بیشتر و قویتر شدهاست و همچنین میانگین ارتباطات غیرقابلپیشبینی از پیشبینی بیشتربودهاست. بانددلتا در تأخیرهای150، 400و800میلیثانیه ارتباط بین نواحیمرکزی و -پیشانی وجودداشتهاست درحالیکه در تأخیر83میلیثانیه ارتباطقوی بین نواحیمرکزی و -جلوپیشانی بودهاست. نیمکرهراست جلوپیشانی در درک زمان مهم است. در طولانیترین تأخیر(800 میلیثانیه) ارتباطات باندهای دلتا، تتا و بتا در هر دو حالت نسبت به بقیه تأخیرها کاهشیافت.
پردازش سیگنالهای حیاتی
حامد داننده حصار؛ امین داننده حصار
دوره 15، شماره 3 ، آذر 1400، ، صفحه 231-240
چکیده
فیلتر کالمن گسترشیافته (EKF) نوعی چهارچوب بیزی غیرخطی شناختهشده است که تاکنون در زمینههای مختلف پردازش ECG بکار گرفتهشده است. بااینحال، عملکرد این فیلتر در حذف نویزهای غیر ایستا همانند آرتیفکت ماهیچه (MA) چندان رضایتبخش نیست. در این مقاله با ارائهی یک مدل دینامیک ECG (EDM) اصلاحشده و یک فرمولاسیون جدید برای پیادهسازی EKF، عملکرد ...
بیشتر
فیلتر کالمن گسترشیافته (EKF) نوعی چهارچوب بیزی غیرخطی شناختهشده است که تاکنون در زمینههای مختلف پردازش ECG بکار گرفتهشده است. بااینحال، عملکرد این فیلتر در حذف نویزهای غیر ایستا همانند آرتیفکت ماهیچه (MA) چندان رضایتبخش نیست. در این مقاله با ارائهی یک مدل دینامیک ECG (EDM) اصلاحشده و یک فرمولاسیون جدید برای پیادهسازی EKF، عملکرد آن در محیطهای غیر ایستا بهبود دادهشده است . در EDM جدید، مدل اندازهگیری طوری اصلاحشده که علاوه بر نویزهای گوسی، نویزهای غیر ایستای غیر گوسی را نیز در نظر بگیرد. همچنین، فرمولاسیون پیشنهادی در این مقاله برای الگوریتم EKF آن را قادر میسازد تا عملکرد بهتری نسبت به EKF استاندارد در حذف نویزهای غیر ایستا داشته باشد. فیلتر پیشنهادی مشخصات بالینی سیگنالهای ECG را نیز بهتر از EKF استاندارد حفظ میکند. بهمنظور نمایش اثربخشی الگوریتم EKF پیشنهادی، عملکرد نویز زدایی آن روی سیگنالهای مستخرج از پایگاه دادهی ریتم سینوس نرمال MIT-BIH (NSRDB) در حضور دو نوع نویز غیر ایستای مختلف (نویز صورتی مصنوعی و نویز آرتیفکت ماهیچه واقعی) ارزیابی شد. نتایج ارزیابیها نشان دادند که از منظر معیارهای بهبود SNR و MSEWPRD، چهارچوب EKF پیشنهادی در این مقاله عملکرد بهتری نسبت به چهارچوب EKF استاندارد در محیطهای غیر ایستا دارد.
پردازش سیگنالهای حیاتی
هادی گرایلو
دوره 15، شماره 3 ، آذر 1400، ، صفحه 251-260
چکیده
امروزه، قلبشنوایی یکی از راههای مهم و موثر در پایش بیماریهای قلبی است. با پیشرفت تکنولوژی و تسهیل انجام دورمراقبتی از یک سو، و افزایش نیاز به ضبط باکیفیت و طولانیمدتِ سیگنال صوتی قلب (PCG) از سوی دیگر، حجم دادههای تولید شده افزایش پیدا کرده و بنابراین، ذخیرهسازی و انتقال این سیگنالها با مشکل روبهرو شده است؛ این امر به نوبهی ...
بیشتر
امروزه، قلبشنوایی یکی از راههای مهم و موثر در پایش بیماریهای قلبی است. با پیشرفت تکنولوژی و تسهیل انجام دورمراقبتی از یک سو، و افزایش نیاز به ضبط باکیفیت و طولانیمدتِ سیگنال صوتی قلب (PCG) از سوی دیگر، حجم دادههای تولید شده افزایش پیدا کرده و بنابراین، ذخیرهسازی و انتقال این سیگنالها با مشکل روبهرو شده است؛ این امر به نوبهی خود، اهمیت و ضرورت استفاده از روشهای کارآمد فشردهسازی این نوع سیگنالها را نشان میدهد. این روشها باید میزان فشردهسازی بالا داشته و در عین حال، کیفیت سیگنال و اطلاعات کلینیکی مهم را تا حد ممکن حفظ کنند.در این مقاله یک روش فشردهسازی بااتلاف برای سیگنالهای PCG که با نرخ نمونهبرداری نسبتا بالا ضبط شدهاند، پیشنهاد شده است طوری که قادر به کنترل نسبی کیفیت سیگنال فشردهشده باشد. این روش مبتنی بر دو فن «نمونهکاهی دومرحلهای» و «انطباق الگو» است. فن پیشنهادی نمونهکاهی دومرحلهای موجب افزایش میزان فشردهسازی و کاهش حجم محاسبات میشود. فن انطباق الگو قادر به کاهش تزاید بین-دورهای و بنابراین، افزایش میزان فشردهسازی است. نتایج شبیهسازی روش پیشنهادی روی دو پایگاه داده دانشگاه میشیگان و دانشگاه واشنگتن نشان میدهد که نمونهکاهی دومرحلهای و انطباق الگو سهم زیادی در افزایش میزان فشردهسازی دارند. کارایی روش پیشنهادی بر طبق معیارهای PRD و CR ارزیابی و با نتایج چند روش موجود مقایسه شد. در این ارزیابی، به ازاء محدودهی PRD≤5%، مقدار CR برای پایگاه دانشگاه میشیگان بین 2500 تا 3900 و برای پایگاه دانشگاه واشنگتن بین 2500 تا 4125 حاصل شد. همچنین نتایج حاصل از اعمال روش پیشنهادی روی پایگاه دادهی پاسکال نشان داد کارایی روش پیشنهادی تا حد زیادی به کیفیت و یکنواختی سیگنالهای PCG ورودی بستگی دارد.
پردازش سیگنالهای حیاتی
بهناز شیخ الاسلامی؛ قاسم صادقی بجستانی؛ رضا یعقوبی کریموی؛ ریحانه ظریفیان
دوره 15، شماره 1 ، اردیبهشت 1400، ، صفحه 21-30
چکیده
اختلال کمتوجهی/بیش فعالی (ADHD) یک اختلال رشدی عصبی است که میتواند در افراد با سنین مختلف در جامعه، بهخصوص گروه کودکان ایجاد شود و سبب تغییر در رفتار آنها شود. مطالعات گذشته اغلب بر روی پردازش های حوزه فرکانسی و یا جنبههای دینامیک غیر خطی سیگنالهای EEG از قبیل بعد همبستگی، بعد فرکتال، نمای لیاپانوف، آنتروپی و نرخ بازگشت فرایندهای ...
بیشتر
اختلال کمتوجهی/بیش فعالی (ADHD) یک اختلال رشدی عصبی است که میتواند در افراد با سنین مختلف در جامعه، بهخصوص گروه کودکان ایجاد شود و سبب تغییر در رفتار آنها شود. مطالعات گذشته اغلب بر روی پردازش های حوزه فرکانسی و یا جنبههای دینامیک غیر خطی سیگنالهای EEG از قبیل بعد همبستگی، بعد فرکتال، نمای لیاپانوف، آنتروپی و نرخ بازگشت فرایندهای مغزی برای تفکیک افراد مبتلا به ADHD متمرکز بودهاند. در این مطالعه ما با استفاده از قطاع های شعاعی پوانکاره در فضای فاز سیگنال های EEG افراد مبتلا به ADHD و افراد سالم در دو گروه خردسالان و بزرگسالان و مرتب سازی این فضا و همچنین استخراج ویژگی های هندسی مختلف، دیدگاه متفاوتی از میزان پیچیدگی فعالیت های مغزی و سطح پویایی افراد مبتلا به ADHD در مقایسه با افراد سالم را ارائه میکنیم و به ارزیابی حجم بستر نوسان سیگنال EEG میپردازیم. در نهایت ما با ارزیابی ویژگی های استخراج شده و استفاده از الگوریتم SFS بر مبنای طبقه بندی کننده RBF-SVM توانستیم به تفکیک افراد مبتلا به ADHD از افراد سالم در دو گروه خردسالان و بزرگسالان، به ترتیب با صحت (2/04±93/20) و (1/13±95/60) دست یابیم. نتایج این تحقیق نشان داد حجم بستر نوسان سیگنال EEG افراد مبتلا به ADHD نسبت به افراد سالم بهطور قابل توجهی بیشتر بوده است که این موضوع بیانگر افزایش میزان پویایی و در نتیجه کاهش میزان پیچیدگی فعالیت های مغزی در این افراد است. همچنین در این پژوهش مشخص شد افزایش حجم بستر نوسان سیگنالهای EEG در کودکان نسبت به بزگسالان بیشتر است که این موضوع نشاندهنده افزایش سطح پویایی کودکان نسبت به بزرگسالان میباشد. بنابراین میتوان ADHD و سن را دو عامل مهم در افزایش حجم بستر نوسان سیگنال EEG معرفی کرد.
پردازش سیگنالهای حیاتی
عارف عینیزاده؛ سپیده حاجیپور
دوره 14، شماره 3 ، مهر 1399، ، صفحه 221-233
چکیده
سیگنال الکتریکی مغز به دلیل سهولت در ثبت، غیرتهاجمی بودن و دقت بالا کاربرد بسیار گستردهای در حوزههای کلینیکی و تحقیقات دانشگاهی پیدا کرده است که از آن جمله میتوان به بازشناسی احساس از روی سیگنال الکتریکی مغز اشاره کرد. برای مشخص کردن نوع احساس برانگیخته عموما از دو معیار خوشایندی و انگیختگی استفاده شده که به ترتیب میزان مثبت ...
بیشتر
سیگنال الکتریکی مغز به دلیل سهولت در ثبت، غیرتهاجمی بودن و دقت بالا کاربرد بسیار گستردهای در حوزههای کلینیکی و تحقیقات دانشگاهی پیدا کرده است که از آن جمله میتوان به بازشناسی احساس از روی سیگنال الکتریکی مغز اشاره کرد. برای مشخص کردن نوع احساس برانگیخته عموما از دو معیار خوشایندی و انگیختگی استفاده شده که به ترتیب میزان مثبت یا منفی بودن و میزان برونفکنی یا هیجان ایجاد شده را برای یک احساس خاص مشخص مینمایند. اهمیت احساس با توجه به عکسالعملهای ناشی از این پدیده در انجام وظایف روزانه به خصوص در فعالیتهایی که به دقت و تمرکز نیاز دارند مشخص میشود. در مسالهی بازشناسی احساس ابتدا احساسات مختلف با استفاده از محرکهای حسی مناسب برای سوژههای مورد بررسی ایجاد شده و سیگنالهای مغزی متناظر با هر تحریک ثبت میشود. دو مرحلهی پردازش اصلی در حل مسالهی بازشناسی احساسات، استخراج ویژگیهای مناسب و استفاده از طبقهبندها یا رگرسیونهای مناسب است. در پژوهشهای پیشین محرکهای مختلف بینایی و شنوایی مورد استفاده قرار گرفته و ویژگیها و طبقهبندهای متنوع خطی و غیرخطی بررسی شده است. هدف این مقاله بهبود الگوریتمهای رگرسیون خطی برای تخمین بهتر معیارهای بازشناسی احساسات انسانی است. بدین منظور یک الگوریتم جدید ارائه شده است که از تنک بودن بردار ترکیب در کنار تابع هزینهی رگرسیون خطی استفاده میکند. کارایی الگوریتم ارائه شده روی دادههای ساختگی مورد بررسی قرار گرفته و برتری آن نسبت به الگوریتمهای رگرسیون خطی PLS، LASSO، SOPLS و Ridge نشان داده شده است. همچنین برای اعمال الگوریتم ارائه شده روی دادههای EEG مربوط به بازشناسی احساسات از مجموعهی دادگان DEAP استفاده شده و ویژگی ضرایب مدل AR از سیگنالهای EEG استخراج شده است. نتایج به دست آمده از الگوریتم پیشنهادی با نتایج سایر الگوریتمها مقایسه شده است که در مجموع برتری نسبی الگوریتم ارائه شده را نشان میدهد.
پردازش سیگنالهای حیاتی
حسام احمدی؛ عمادالدین فاطمیزاده؛ علی مطیع نصرآبادی
دوره 14، شماره 3 ، مهر 1399، ، صفحه 235-249
چکیده
تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی روشی غیرتهاجمی برای بررسی عملکرد مغز از طریق نوسانات فرکانس پایین سیگنالهای وابسته به سطح اکسیژن خون میباشد. آنالیز عملکردی شبکههای مغزی بر پایهی سریهای زمانی تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی معمولا با استفاده از محاسبهی ضریب همبستگی پیرسون بین نواحی مختلف مغز انجام میشود. ...
بیشتر
تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی روشی غیرتهاجمی برای بررسی عملکرد مغز از طریق نوسانات فرکانس پایین سیگنالهای وابسته به سطح اکسیژن خون میباشد. آنالیز عملکردی شبکههای مغزی بر پایهی سریهای زمانی تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی معمولا با استفاده از محاسبهی ضریب همبستگی پیرسون بین نواحی مختلف مغز انجام میشود. از آنجا که همبستگی پیرسون ارتباطات خطی را آشکار ساخته و در مورد همبستگیهای غیرخطی محدودیت دارد، در این تحقیق با استفاده از روش کرنل ارتباطات عملکردی غیرخطی در دادههای تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی بیماران آلزایمر مورد ارزیابی قرار گرفته است. روش کرنل با افزایش بعد فضا و انجام محاسبات در فضای جدید که معادل رابطهی غیرخطی در فضای اولیه است، امکان ارزیابی ارتباطات عملکردی غیرخطی را فراهم میسازد. برای ساخت گرافهای وزندار بدون جهت از توابع کرنل مختلف با پارامترهای گوناگون استفاده شده، سپس ویژگیهای سراسری گراف از جمله درجه، قدرت، طول مسیر مشخصه، ماژولاریتی، جهان کوچک و بهرهوری محاسبه شده و آنالیز آماری غیرپارامتری جایگشتی انجام میشود. نتایج آنالیز آماری نشان میدهد که همبستگی به دست آمده از روش کرنل در مقایسه با همبستگی پیرسون تمایز بیشتری بین گروه بیمار و کنترل ایجاد کرده که میتواند به دلیل وجود ارتباطاتی غیرخطی باشد که روش پیرسون قادر به آشکارسازی آنها نیست. همچنین در بین توابع کرنل مختلف بیشترین تمایز آماری هنگام استفاده از کرنل چندجملهای درجهی سوم حاصل شده است. به منظور حصول اطمینان، از طبقهبند ماشین بردار پشتیبان با کرنلهای مختلف نیز استفاده شده که بیشترین صحت طبقهبندی برابر با 79/0±68/98% به دست آمده است. آنالیز شبکهی حالت پایه نیز با روش کرنل و پیرسون انجام شده که در آن روش کرنل تفاوت آماری معنیدار بیشتری نشان داده است. شایان ذکر است که نواحی آنگولار راست و چپ که جزئی از شبکهی حالت پایه هستند با هیچ کدام از دو روش تمایزی نشان نداده و میتوان نتیجه گرفت که بیماری آلزایمر بر ارتباط عملکردی این نواحی تاثیر چندانی ندارد.
پردازش سیگنالهای حیاتی
مریم دوروشی؛ ندا بهزادفر؛ غضنفر شاهقلیان
دوره 14، شماره 2 ، تیر 1399، ، صفحه 109-119
چکیده
اثر اصلی، عمده و کوتاهمدت مصرف الکل روی سیستم اعصاب مرکزی است. مصرف مشروبات الکلی باعث ایجاد ناتوانی در مغز شده به طوری که مصرف زیاد آن باعث فلج شدن فعالیتهای مغزی، دستگاه تنفس و در نتیجه مرگ میشود. در این مقاله به منظور تشخیص مصرف الکل، سیگنال الکتروانسفالوگرام (EEG) 20 فرد شرکت کننده شامل 10 فرد الکلی و 10 فرد کنترل در 64 کانال مورد ...
بیشتر
اثر اصلی، عمده و کوتاهمدت مصرف الکل روی سیستم اعصاب مرکزی است. مصرف مشروبات الکلی باعث ایجاد ناتوانی در مغز شده به طوری که مصرف زیاد آن باعث فلج شدن فعالیتهای مغزی، دستگاه تنفس و در نتیجه مرگ میشود. در این مقاله به منظور تشخیص مصرف الکل، سیگنال الکتروانسفالوگرام (EEG) 20 فرد شرکت کننده شامل 10 فرد الکلی و 10 فرد کنترل در 64 کانال مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور تحلیل سیگنال EEG، ویژگیهای فرکانسی و غیرفرکانسی شامل طیف توان زیرباندها، آنتروپی جایگشتی، آنتروپی تقریبی، بعد فراکتال کتز و پتروشن استخراج شده است. برای بررسی تفاوت معنادار بین دو گروه الکل و کنترل از تحلیل آماری و از شاخص دﯾﻮﯾﺲ-ﺑﻮﻟﺪﯾﻦ (DB) برای انتخاب بهترین کانال جهت ایجاد تفکیک بین سیگنال EEG افراد الکلی و کنترل استفاده شده است. نتایج به دست آمده نشان میدهد که در بین ویژگیهای فرکانسی، توان فرکانسی دومین زیرباند پایین آلفادر افراد الکلی کاهش یافته و با توجه به شاخص DB، کانال CP3 بهترین تفکیکپذیری را بین گروه الکل و کنترل داشته است. همچنین در بین ویژگیهای غیرفرکانسی، بعد فراکتال کتز در افراد گروه کنترل افزایش یافته و کانال FP2 بهترین تفکیکپذیری را داشته است. در ادامه با استفاده از طبقهبند k-نزدیکترین همسایه (KNN) با ویژگیهای توان فرکانسی دومین زیرباند پایین آلفا و بعد فراکتال کتز به ترتیب دقتهای 71% و 93% به دست آمده است. بر اساس نتایج به دست آمده نشان داده شده که بهترین ویژگی تفکیک کنندهی دو گروه الکل و کنترل، بعد فراکتال کتز و بهترین کانال FP2 است.
پردازش سیگنالهای حیاتی
علیرضا طالش جفادیده؛ بابک محمدزاده اصل
دوره 14، شماره 2 ، تیر 1399، ، صفحه 143-157
چکیده
اختلال طیف اوتیسم نوعی اختلال عصبی رشدی است که با اختلال در ارتباطات اجتماعی و رفتارهای محدود و تکراری تشخیص داده میشود. تصویربرداری تشدید مغناطیسیابزاری غیرتهاجمی و قدرتمند برای بررسی تغییرات در ساختار، عملکرد و متابولیسم مغز کودکان مبتلا به اوتیسم و معرفی نشانگرهای زیستی مفید به شمار میرود. مطالعهی مقایسهای بین افراد ...
بیشتر
اختلال طیف اوتیسم نوعی اختلال عصبی رشدی است که با اختلال در ارتباطات اجتماعی و رفتارهای محدود و تکراری تشخیص داده میشود. تصویربرداری تشدید مغناطیسیابزاری غیرتهاجمی و قدرتمند برای بررسی تغییرات در ساختار، عملکرد و متابولیسم مغز کودکان مبتلا به اوتیسم و معرفی نشانگرهای زیستی مفید به شمار میرود. مطالعهی مقایسهای بین افراد مبتلا به اوتیسم و کنترل با استفاده از تصویربرداری تشدید مغناطیسی درک باارزشی از تفاوت در عملکرد مغز فراهم میکند. امروزه با استفاده از آنالیز ارتباطات عملکردی پویا مشخص شده است که ارتباطات عملکردی مغزی ماهیتی پویا داشته و الگوهایی گذرا (استیت) از خود نشان داده که در طی زمان تکرار میشوند. در این مطالعهی مقایسهای که بین دو گروه مبتلا به اوتیسم و کنترل انجام شده از دادههای تصویربرداری تشدید مغناطیسی حالت استراحت دانشگاه ایالت سندیگو استفاده شده است تا ارتباطات درون و بین شبکهای مغزی و همچنین ارتباط سن و نمرات مربوط به پاسخدهی اجتماعی (نمرهای برای اندازهگیری خواص اوتیستیکی) با قدرت ارتباطات بین نواحی مورد بررسی قرار داده شود. این اهداف برای تمام استیتهای آنالیز ارتباطات عملکردی پویا اجرا شده است. افراد مبتلا به اوتیسم، استیتی با ارتباط درون و بین شبکهای کمتر را بیشتر تجربه کرده و همچنین، کاهش جدایی شبکهی مد پیشفرض از سایر شبکههای عملکردی به عنوان یک ویژگی رایج در بیشتر استیتها پدیدار شده است. برای گروه مبتلا به اوتیسم، با افزایش سن قدرت ارتباط بین شبکههای بینایی و شنوایی کمتر شده است. همچنین در گروه اوتیسم نسبت به کنترل، رابطهی خواص اوتیستیکی با قدرت ارتباطی شبکههای مخی، شنوایی و بینایی با شبکهی شناختی-کنترلی مثبتتر شده است. تمام این نتایج بیانگر تفاوتهایی بین ارتباطات بین شبکههای مغزی دو گروه مبتلا به اوتیسم و کنترل و تاثیر سن بر این تفاوتها است که این تفاوتها با کمک آنالیز ارتباطات عملکردی پویا بهتر تمیز داده میشوند.
پردازش سیگنالهای حیاتی
نسرین شعوری
دوره 14، شماره 2 ، تیر 1399، ، صفحه 159-168
چکیده
نتایج حاصل از تحقیقات قبلی نشان میدهد که حرکات چشم افراد مبتلا به اختلال نقص توجه-بیشفعالی (ADHD) و افراد سالم با هم متفاوت است. در نتیجه این امکان وجود دارد که بین سیگنالهای الکترواکولوگرام (EOG) دو گروه نیز تفاوت وجود داشته باشد. از اینرو در تحقیق حاضر، سیگنالهای EOG ثبت شده از 30 کودک مبتلا به ADHD و 30 کودک سالم در هنگام انجام ...
بیشتر
نتایج حاصل از تحقیقات قبلی نشان میدهد که حرکات چشم افراد مبتلا به اختلال نقص توجه-بیشفعالی (ADHD) و افراد سالم با هم متفاوت است. در نتیجه این امکان وجود دارد که بین سیگنالهای الکترواکولوگرام (EOG) دو گروه نیز تفاوت وجود داشته باشد. از اینرو در تحقیق حاضر، سیگنالهای EOG ثبت شده از 30 کودک مبتلا به ADHD و 30 کودک سالم در هنگام انجام یک فعالیت مرتبط با توجه، مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور، نمای مقیاسبندی سیگنالهای EOG دو گروه محاسبه شده، تفاوت دو گروه با استفاده از آزمونهای آماری بررسی شده و سپس سیگنالهای EOG دو گروه با استفاده از شبکهی Growing Neural Gas طبقهبندی شده است. نتایج به دست آمده نشان میدهد که نمای مقیاسبندی سیگنالهای EOG کودکان مبتلا به ADHD در مقایسه با کودکان سالم به صورت معنیداری بیشتر است (001/0p <). این نتیجه نشان میدهد که طیف توان سیگنالهای EOG کودکان مبتلا به ADHD در مقایسه با کودکان سالم، با شیب بیشتری کاهش پیدا میکند. علاوه بر این، سیگنالهای EOG دو گروه با صحت تشخیص 8/2±22/72% از هم تفکیک شده است. نتایج به دست آمده در این تحقیق میتواند در طراحی یک دورهی درمانی با بیوفیدبک EOG جهت درمان و یا کاهش علایم افراد مبتلا به ADHD مورد استفاده قرار گیرد.
پردازش سیگنالهای حیاتی
فرزانه داسار؛ مجید قشونی؛ قاسم صادقی بجستانی
دوره 14، شماره 1 ، اردیبهشت 1399، ، صفحه 13-22
چکیده
اوتیسم یک بیماری عصبی رشدی شامل اختلال در تعامل و ارتباطات اجتماعی و رفتار تکراری یا کلیشهای است. در تعدادی از کودکان مبتلا به اوتیسم (تندکار) میزان حساسیت به تحریکهای صوتی بسیار بیشتر از حد نرمال و در بعضی دیگر از این کودکان (کندکار) این حساسیت کمتر از حد نرمال است. هدف پژوهش حاضر ارائهی راهکاری برای ارزیابی سیستم شنیداری ...
بیشتر
اوتیسم یک بیماری عصبی رشدی شامل اختلال در تعامل و ارتباطات اجتماعی و رفتار تکراری یا کلیشهای است. در تعدادی از کودکان مبتلا به اوتیسم (تندکار) میزان حساسیت به تحریکهای صوتی بسیار بیشتر از حد نرمال و در بعضی دیگر از این کودکان (کندکار) این حساسیت کمتر از حد نرمال است. هدف پژوهش حاضر ارائهی راهکاری برای ارزیابی سیستم شنیداری کودکان تندکار وکندکار با استفاده از پتانسیلهای وابسته به رویداد مغزی (ERPs) است. سیگنال مغزی از 10 کودک مبتلا به اوتیسم (2 دختر) با میانگین سنی 7/7 سال و انحراف استاندارد 31/2 سال اخذ شده است. به منظور ثبت ERP، 2000 تحریک شنیداری بر اساس الگوی منفیگرایی عدم انطباق (MMN) برای شرکت کنندگان پخش شده است. این تحریکها شامل 1600 تحریک استاندارد با فرکانس 1000 هرتز، تحریک انحرافی با فرکانس 1300 هرتز و تحریک نویز با فرکانسهای 500، 1000، 1500 و 2000 هرتز میباشد. به منظور تحلیل دادهها، 18 ویژگی زمانی در هر سه نوع تحریک (استاندارد، انحرافی و نویز) از مولفههای ERP استخراج شده و در نهایت ویژگیهای معنیدار برگزیده شده است. بر اساس نتایج حاصل از تحریکهای انحرافی، افزایش معنیداری در مجموع ناحیهی مثبت کانال Pz (028/0=p) در گروه تندکار نسبت به گروه کندکار مشاهده شده است. همچنین در تحریکهای نویز، افزایش معنیداری در مجموع ناحیهی مثبت کانال C4 (028/0=p) و مجموع ناحیهی مثبت کانال Pz (009/0=p) در گروه کندکار نسبت به گروه تندکار مشاهده شده است. در نتیجه در کودکان مبتلا به اوتیسم تندکار، هنگام مواجهه با صداهای انحرافی، فعالیت نورونی در ناحیهی آهیانهای افزایش یافته، اما در کودکان مبتلا به اوتیسم کندکار، هنگام مواجهه با صداهای نویز، افزایش فعالیت نورونی در نواحی مرکزی و آهیانهای رخ داده است. بنابراین روش ارائه شده در این مقاله در ارزیابی کودکان طیف اوتیسم از نظر میزان حساسیت به حس شنوایی سودمند است.
پردازش سیگنالهای حیاتی
سمیه رئیسدانا؛ سمانه صفری
دوره 13، شماره 2 ، شهریور 1398، ، صفحه 117-134
چکیده
در این پژوهش، یک طرح بازاریابی عصبی توسط پردازش سیگنالهای EEG انجام شده و در آن میزان علاقهمندی افراد جامعه به خرید یک کالای تزئینی نسبتا لوکس مورد ارزیابی قرار گرفته است. سیگنالهای مغزی 24 شرکت کننده در هنگام تماشای تصاویر سنگهای زینتی (که بر اساس معیارها و شاخصهای ارزیابی متداول در امور اقتصادی، دارای مزیت نسبی در صادرات است) ...
بیشتر
در این پژوهش، یک طرح بازاریابی عصبی توسط پردازش سیگنالهای EEG انجام شده و در آن میزان علاقهمندی افراد جامعه به خرید یک کالای تزئینی نسبتا لوکس مورد ارزیابی قرار گرفته است. سیگنالهای مغزی 24 شرکت کننده در هنگام تماشای تصاویر سنگهای زینتی (که بر اساس معیارها و شاخصهای ارزیابی متداول در امور اقتصادی، دارای مزیت نسبی در صادرات است) ثبت و پردازش شده تا اطلاعات معناداری از فعالیت مغزی که درگیر فرایند احساسی/دوستداشتن و تصمیمگیری/انتخاب است به دست آید. سیگنالهای ثبت شده در فاز تحریک و انتخاب، برای حذف نویزها و آرتیفکتها در چند مرحله پیشپردازش شدهاند. سپس برای به دست آوردن نواحی فعال مغز هنگام تماشای سنگهای ارزشمند، دادههای 19-کانالهی EEG توسط ابزارهای چندگانه پردازش شده است. نگاشت مغزی و آنالیز منطقهای نشان میدهد که فعالیت نواحی اکسیپیتال>فرونتال>لیمبیک بیش از سایر نواحی مغز بوده و همچنین نیمکرهی چپ بیش از نیمکرهی راست فعالیت داشته است. در فاز بعدی، ویژگی غیرخطی آنتروپی تقریبی از سیگنالها استخراج شده و از آن برای آموزش شبکهی عصبی-فازی استفاده شده است. شبکهی نوروفازی به عنوان طبقهبند اتوماتیک جهت آموزش و پیشبینی انتخاب افراد به کار گرفته شده است. نتایج حاصل از این پردازش دارای صحت 25/86% و دقت 4/87% در کلاسبندی سهگروهه (دو گروه خوشایند و یک گروه ناخوشایند بر حسب انتخابهای کابران) میباشد. در فاز نهایی، با استفاده از اطلاعات به دست آمده از پرسشنامهای که توسط شرکت کنندگان تکمیل شده، بعد از جلسهی ثبت، آنالیز آماری ناخودآگاه و خودآگاه توسط آزمون t، آنالیز واریانس و رگرسیون انجام شده است. نتایج آزمون آماری حاکی از وجود تفاوت معناداری بین شناخت خوشانیدی و ناخوشایندی در انتخاب بین گروه خانمها و آقایان و در انتخاب انواع سنگها میباشد. همچنین با استفاده ازنتایج آزمون آماری، فرضیهی عدم وجود تفاوت معنادار میان انتخابهای خودآگاه و ناخودآگاه، مردود شد.
بیوالکتریک
امیر سلیمانخانی؛ وحید شالچیان
دوره 12، شماره 2 ، شهریور 1397، ، صفحه 85-96
چکیده
ثبت خارجسلولی فعالیت تکنورونهای مغزی به عنوان روشی پرطرفدار در تحقیقات حوزهی علوم اعصاب و مهندسی توانبخشی عصبی شناخته میشود. این ثبتها شامل فعالیت تمام نورونهای اطراف الکترود میشود که برای استفادهی بهتر از آنها باید با روشهای طبقهبندی اسپایک به فعالیت تکنورونها رسید. بر اساس ویژگیهای ساختاری نورون، مانند ...
بیشتر
ثبت خارجسلولی فعالیت تکنورونهای مغزی به عنوان روشی پرطرفدار در تحقیقات حوزهی علوم اعصاب و مهندسی توانبخشی عصبی شناخته میشود. این ثبتها شامل فعالیت تمام نورونهای اطراف الکترود میشود که برای استفادهی بهتر از آنها باید با روشهای طبقهبندی اسپایک به فعالیت تکنورونها رسید. بر اساس ویژگیهای ساختاری نورون، مانند درخت دندریتی آن و فاصله و جهت ثابتی که نسبت به الکترود ثبت دارد، میتوان نتیجه گرفت که شکل اسپایک تولیدی آن منحصر به فرد و ثابت است. با این حال انجام طبقهبندی پتانسیل عملها در مقادیر نسبت سیگنال به نویز پایین، همواره با چالشهایی همراه است. طبقهبندی اسپایکهای نورونی معمولا شامل سه بخش آشکارسازی، استخراج ویژگی و طبقهبندی میشود. در این مقاله، روشی بر مبنای بهینهسازی ضرایب ویولت پیوسته در مرحلهی استخراج ویژگیها ارائه شده که در مقادیر نسبت سیگنال به نویز پایین نیز کارایی خوبی دارد. در روش پیشنهادی، بعد از محاسبهی ضرایب ویولت پارامتریشده، با استفاده از معیارهای فاصلهی اقلیدسی و سطح زیر منحنی مشخصهی عملگر گیرنده در طبقهبندی دو گروه، بهترین پارامترها برای افزایش تفکیکپذیری ویژگیها انتخاب میشوند، به طوری که ابتدا مقیاس مناسب با معیار فاصلهی اقلیدسی پیدا شده و در نهایت انتقال زمانی با معیار دوم انتخاب میشود. در این پژوهش برای خوشهبندی از الگوریتم ساده و در عین حال کارامد k-means استفاده شده است. برای بررسی و ارزیابی روش پیشنهادی از سه مجموعه دادهی شبیهسازیشده استفاده گردید که در 9 حالت مختلف نسبت سیگنال به نویز و با مدلسازی نویز زمینه از نویز حقیقی ثبتشده تهیه شده بودند. نتایج به دست آمده از مرتبسازی دادههای شبیهسازیشده نشان داد که بهینهسازی پارامترهای تبدیل ویولت پیوسته با روش پیشنهادی میتواند در ارتقای کارایی طبقهبندی اسپایکها نسبت به روش آنالیز اجزای اصلی، موثر واقع شود.
پردازش سیگنالهای حیاتی
راحله داودی؛ محمدحسن مرادی
دوره 12، شماره 1 ، خرداد 1397، ، صفحه 25-39
چکیده
افسردگی یکی از شایعترین اختلالات روانی عصر حاضر است که تشخیص زودهنگام شدت آن میتواند در روند درمان مفید باشد. یکی از روشهای تشخیص این بیماری، تحلیل اطلاعات حاصل از سیگنالهای الکتریکی مغزی میباشد. در این مقاله، به دنبال تمایز میان سطوح افسردگی با استفاده از تحلیل سیگنال مغزی هستیم. مدل پیشنهادی، سیستم عمیق مبتنی بر قاعده با ...
بیشتر
افسردگی یکی از شایعترین اختلالات روانی عصر حاضر است که تشخیص زودهنگام شدت آن میتواند در روند درمان مفید باشد. یکی از روشهای تشخیص این بیماری، تحلیل اطلاعات حاصل از سیگنالهای الکتریکی مغزی میباشد. در این مقاله، به دنبال تمایز میان سطوح افسردگی با استفاده از تحلیل سیگنال مغزی هستیم. مدل پیشنهادی، سیستم عمیق مبتنی بر قاعده با استفاده از قابلیت پشته است و تمرکز روی تفسیرپذیری قواعد در کنار دقت بالا میباشد. سیستمهای فازی قابلیت مناسبی را در طبقهبندی دادگان پزشکی با عدم قطعیت نشان دادهاند. افزون بر این، در سالهای اخیر یادگیری عمیق، توجه ویژهای را در حوزهی هوش مصنوعی کسب کرده است. در این مقاله به دنبال بهرهگیری از قابلیتهای هر دو رویکرد، در قالب یک سیستم فازی عمیق هستیم. سیستم پیشنهادی از یک رویکرد خوشهبندی مقاوم بهره میبرد که قادر است تعداد خوشههای بهینه برای هر لایه را به صورت بدون سرپرست تعیین نماید. در کنار آن، مدل پیشنهادی از یک ساختار سلسلهمراتبی پشتهای بهره میبرد، به این صورت که قواعد آموزشیافتهی تفسیرپذیر در لایهی اول را با برچسبهای زبانی یکسان برای تمام ورودیها، به صورت خروجی لایهی اول در کنار ورودی، به لایهی بعد منتقل نماید. وجود خروجی قواعد لایههای قبل در فضای ورودی لایههای بعد معادل قابلیت اطمینان در سیستم فازی با تالی خطی یا یک سیستم فازی با تالی غیرخطی میباشد. دادگان مورد استفاده پس از پیشپردازش، استخراج ویژگیهای زمانی، فرکانسی و غیرخطی نظیر بعد نگاشت بازگشتی و کاهش بعد، به سیستم پیشنهادی ارائه شد. سیستم پیشنهادی با طبقهبندهای متداول نظیر شبکهی عصبی، ماشین بردار پشتیبان، بیز ساده، درخت تصمیم و آنالیز افتراقی خطی مقایسه شد. نتایج صحت دادگان تست به دست آمده در 30 تکرار (۴۹.۰۱% در مقابل به ترتیب 32/41 %، 47/40%، 01/40%، 38/38% و 28/40%)، بیانگر قابلیت قابل توجه این مدل در تفکیک چهار سطح افسردگی میباشد.
پردازش سیگنالهای حیاتی
حامد داننده حصار؛ مریم محبی
دوره 11، شماره 4 ، بهمن 1396، ، صفحه 275-289
چکیده
فیلتر ذرهای-حاشیهای کالمن گسترشیافته (MP-EKF)، از جمله روشهای نوین در پردازش سیگنال الکتروکاردیوگرام (ECG) است که با استفاده از مزیتهای دو نوع فیلتر بیزی ذرهای و کالمن گسترشیافته (EKF)، میتواند با محاسبات کمتری نسبت به فیلترهای ذرهای متداول، برای تخمین مدلهای دینامیکی غیرخطی ECG مورد استفاده قرار گیرد. برتری این روش در ...
بیشتر
فیلتر ذرهای-حاشیهای کالمن گسترشیافته (MP-EKF)، از جمله روشهای نوین در پردازش سیگنال الکتروکاردیوگرام (ECG) است که با استفاده از مزیتهای دو نوع فیلتر بیزی ذرهای و کالمن گسترشیافته (EKF)، میتواند با محاسبات کمتری نسبت به فیلترهای ذرهای متداول، برای تخمین مدلهای دینامیکی غیرخطی ECG مورد استفاده قرار گیرد. برتری این روش در حذف نویزهای ایستان و غیر ایستان، در مقایسه با سایر روشهای بیزی مدلپایه، همچون فیلترهای کالمن گسترشیافته و نرمکنندهی کالمن گسترشیافته (EKS)، اثبات شده است. فیلتر MP-EKF این ظرفیت را دارد که بتوان از آن در سایر مدلهای دینامیکی ECG که قبلا برای کاربردهایی همچون قطعهبندی سیگنال ECG بهکاررفتهاند، استفاده شود. اما وجود معادلات کالمن داخل این فیلتر، سبب میشود که مشکلات عددی و خطاهای گردسازی معادلات فیلتر کالمن در سیستمهایی که دقت و رزولوشن محاسباتی محدودی دارند، گریبانگیر MP-EKF نیز بشود. فیلترهای کالمن مجذور مربعات، در مقایسه با فیلترهای کالمن معمولی، مقاومت بیشتری نسبت به خطاهای گردسازی دارند. در این مقاله با الهام گرفتن از اینگونه فیلترها، برای بالا بردن مقاومت MP-EKF نسبت به خطاهای گردسازی و مشکلات عددی، پیشنهاد میشود که MP-EKF بهصورت مجذور مربعات پیاده شود. اما به دلیل وجود عملگرهای تفریق در برخی از معادلات MP-EKF، نمیتوان از روشهای متداول در پیادهسازی مجذور مربعات فیلتر کالمن برای فیلتر MP-EKF استفاده نمود. روشی که در این مقاله پیشنهاد میشود، روش جدیدی است که با الهام گرفتن از تجزیهی میتواند معادلات MP-EKF را بهصورت مجذور مربعات پیادهسازی کند.
پردازش سیگنالهای حیاتی
مرجان مظفریلقا؛ سیدمحمدصادق موحد
دوره 11، شماره 3 ، آبان 1396، ، صفحه 255-264
چکیده
از ویژگیهای پردازشهای ساقهی مغز، حضور پیچیدگی و تاثیرگذاری عوامل فردی در رمزگذاری اصوات میباشد. تشریح این پردازشها بر مبنای تحلیلهای خطی دشوار بوده و این خود انگیزهای است مبنی بر استفاده از روشهای غیرخطی که قادر به تحلیل مناسبتر سیگنالهای غیرمانا هستند. هدف این تحقیق، بررسی رفتار ساقهی مغز در پاسخ به تحریک ...
بیشتر
از ویژگیهای پردازشهای ساقهی مغز، حضور پیچیدگی و تاثیرگذاری عوامل فردی در رمزگذاری اصوات میباشد. تشریح این پردازشها بر مبنای تحلیلهای خطی دشوار بوده و این خود انگیزهای است مبنی بر استفاده از روشهای غیرخطی که قادر به تحلیل مناسبتر سیگنالهای غیرمانا هستند. هدف این تحقیق، بررسی رفتار ساقهی مغز در پاسخ به تحریک شنوایی هجای گفتاری /دا/ (s-ABR)، با استفاده از تحلیل چندفراکتالی MFDFA)) به همراه روشهای تحلیل روندزدایی، شامل تجزیه به مقادیر تکین (SVD)، روش تطبیقی (AD) و روش تجزیه به مدهای تجربی (EMD) میباشد. در این تحلیل، پس از ثبت پاسخهای شنوایی ساقهی مغز برانگیخته شده با هجای ساختگی /دا/ در 40 فرد بزرگسال هنجار با میانگین سنی 22 سال، تحلیل MFDFA روی سیگنال، جهت ارزیابی تغییرات پیچیدگی و چندمقیاسی آنها انجام میشود. همچنین، بهمنظور روندزدایی بهینه از سیگنال، ابتدا روشهای SVD، AD و EMD روی دادههای ورودی اعمال میشود. با محاسبهی تابع افتوخیز و ارزیابی رفتار مقیاسی، نماهای مقیاسی مانند نمای هارست تعمیمیافته و طیف تکینگی تعیین میشود. نتایج نشان میدهد که در مقیاسهای کوچک، سیگنال دارای خاصیت نامانایی است. اما در مقیاسهای بزرگ، ویژگی سیستم توسط روند کنترل میشود. تمام نمونههای مورد بررسی در مقیاس میلیثانیه، دارای تغییر رفتاری در تابع افتوخیز هستند که معادل با روند تناوبی غالب است. متوسط نمای هارست تعمیمیافتهی محاسبهشده توسط این روش در مقیاسهای کوچک، یعنی میلیثانیه، برابر با در 68 درصد تراز تطابق است. وابستگی به ، نشان میدهد که سیگنال s-ABR خاصیت چندفراکتالی دارد، که غالبا به دلیل همبستگیها است. پهنای طیف تکینگی، که معیاری از پیچیدگی سیگنال است، برای دادههای مورد استفاده به طور میانگین برابر با در تراز اطمینان است.
پردازش سیگنالهای حیاتی
سعیده داودی؛ محمدرضا دلیری
دوره 11، شماره 3 ، آبان 1396، ، صفحه 265-273
چکیده
تنوع وظایف مغز نشان میدهد که تعامل بین فعالیت نوسانی در باندهای فرکانسی مختلف، مکانیزمهای کلی ارتباط عصبی را شکل میدهد. روشی که اخیرا برای کدگذاری اطلاعات در مغز مورد استفاده قرار میگیرد، روش همگامی فاز میباشد، که به فرایندی اطلاق میشود که از طریق آن دو یا چند سیگنال چرخهای، با نوسان تکراری از زاویههای فاز نسبی ...
بیشتر
تنوع وظایف مغز نشان میدهد که تعامل بین فعالیت نوسانی در باندهای فرکانسی مختلف، مکانیزمهای کلی ارتباط عصبی را شکل میدهد. روشی که اخیرا برای کدگذاری اطلاعات در مغز مورد استفاده قرار میگیرد، روش همگامی فاز میباشد، که به فرایندی اطلاق میشود که از طریق آن دو یا چند سیگنال چرخهای، با نوسان تکراری از زاویههای فاز نسبی نوسان میکنند. برخی مطالعات، نقش محوری همگامی فاز را در آزمایشهای شناختی نشان دادهاند. در این مقاله، ما نقش این معیار را در یک وظیفهی جدید بینایی تمایز رنگ بررسی کردهایم. بدین منظور، سیگنال الکتروانسفالوگرافی را برای 15 سوژه، در طی وظیفهی بینایی تمایز رنگ جمعآوری نمودهایم. سپس، از الگوریتم یادگیری ماشین، ماشین بردار پشتیبان، استفاده شد تا توانایی معیار همگامی فاز در تمایز دو حالت، یعنی تفکیک دو رنگ آبی و نارنجی، در وظیفهی بینایی مورد نظر مشخص گردد. نتایج نشان میدهد که این معیار با دقت کلاسبندی 75% میتواند در طبقهبندی دو حالت مختلف در وظیفهی بینایی مورد استفاده قرار گیرد. همچنین، باندهای فرکانسی موثر و الکترودهایی که موثرترین ویژگیها از آنها استخراج شدهاند، نشان داده شده است.
پردازش سیگنالهای حیاتی
فرین کهربا؛ مریم محبی؛ حامد داننده حصار
دوره 11، شماره 2 ، مرداد 1396، ، صفحه 187-199
چکیده
مرگ ناگهانی قلبی یکی از مهمترین عوامل مرگ و میر در جهان به شمار رفته، و در بین مرگهای ناشی از بیماریهای قلبی سهم عمدهای را به خود اختصاص میدهد. یکی از راههای کاهش آمار مرگ ناشی از این دسته از بیماریها، تشخیص به موقع وقوع ناهنجاریهای خطرناک قلبی است. اساس این تحقیق بر این باور استوار است که ناهنجاریهای مخاطرهآمیز ...
بیشتر
مرگ ناگهانی قلبی یکی از مهمترین عوامل مرگ و میر در جهان به شمار رفته، و در بین مرگهای ناشی از بیماریهای قلبی سهم عمدهای را به خود اختصاص میدهد. یکی از راههای کاهش آمار مرگ ناشی از این دسته از بیماریها، تشخیص به موقع وقوع ناهنجاریهای خطرناک قلبی است. اساس این تحقیق بر این باور استوار است که ناهنجاریهای مخاطرهآمیز قلبی به صورت ناگهانی رخ نمیدهند، بلکه دقایقی قبل از وقوعشان، علائم و یا اختلالات پیشزمینهای به وجود میآید که حاکی از وقوع آنها است. هدف این مقاله، بررسی و مدلسازی سیگنالهای قلبی با استفاده از فیلتر کالمن تعمیمیافته، بر اساس مدل دینامیکی غیرخطی برای آشکارسازی ناهنجاریهای پیشزمینهای و معرفی یک اندیس برای تشخیص زودهنگام مرگ ناگهانی قلبی میباشد. در رویکرد ارائه شده، از نسخهی قطبی مدل دینامیکی غیرخطی سیگنال قلب مکشری استفاده میشود. در این مدل غیرخطی، هر ضربان از سیگنال الکتروکاردیوگرام به صورت مجموعهای از موجکهای گوسی بیان می شود. در الگوریتم پیشنهادی این مقاله، ابتدا مدل دینامیکی قلب با افزودن معادلات خودبازگشتی مربوط به پارامترهای مدل، اصلاح شده و سپس یک فیلتر کالمن تعمیمیافته، از آن مدل برای پردازش سیگنال قلبی استفاده میکند. در گام بعد، یک الگوریتم ابتکاری بر اساس ساختار پیشنهادی و با استفاده از نظارت بر سیگنال وفاداری (که تابعی از سیگنال نوآوری فیلتر کالمن است)، به تشخیص ناهنجاریهای موجود قبل از وقوع مرگ ناگهانی قلبی میپردازد. روش ارائه شده، روی سیگنالهای قلبی گرفته شده از 20 فرد مبتلا به مرگ ناگهانی قلبی (گروه تست) و همچنین 18 فرد نرمال (گروه کنترل) موجود در پایگاههای دادهی فیزیونت ارزیابی شده است. نتایج به دست آمده حاکی از تغییر رفتار سیگنال وفاداری قبل از وقوع مرگ ناگهانی قلبی است. نتایج اعمال این الگوریتم روی20 فرد بیمار موجود در پایگاه دادهی "مرگ ناگهانی قلبی هولتر" فیزیونت نشان داده است که شاخص استخراج شده قادر است 17 مورد از 20 حمله را قبل از وقوع تشخیص دهد و دقتی در حدود 85 % داشته باشد.
پردازش سیگنالهای حیاتی
علیرضا طالش جفادیده؛ بابک محمدزاده اصل
دوره 10، شماره 4 ، دی 1395، ، صفحه 347-359
چکیده
در مکانیابی فعالیت مغز از روی سیگنال EEG یا MEG، روشهای مبتنی بر شکلدهندة پرتوی وفقی کمینه واریانس، بهدلیل رزولوشن بالا، کاربرد گستردهای دارند. متأسفانه، این روشها بهدلیل استفاده از وارون ماتریس کوواریانس داده، اغلب زمانی که تعداد لحظات نمونهبرداری در مقایسه با تعداد گیرندهها کم است، با شکست مواجه میشوند. این ...
بیشتر
در مکانیابی فعالیت مغز از روی سیگنال EEG یا MEG، روشهای مبتنی بر شکلدهندة پرتوی وفقی کمینه واریانس، بهدلیل رزولوشن بالا، کاربرد گستردهای دارند. متأسفانه، این روشها بهدلیل استفاده از وارون ماتریس کوواریانس داده، اغلب زمانی که تعداد لحظات نمونهبرداری در مقایسه با تعداد گیرندهها کم است، با شکست مواجه میشوند. این اتفاق، بهخصوص برای دادههای حاصل از پتانسیلهای برانگیخته رخ میدهد. برای حل مشکل، روشی به نام تماموفقی سریع (FFA) پیشنهاد شد، که یک روش چندمرحلهای وفقی با الهام از ساختار پروانهای تبدیل فوریه (FFT) بوده و تعداد نمونههای لازم برای مکانیابی را به مقدار قابلتوجهی کاهش میدهد. از سوی دیگر، حساسیت زیاد این روش به توالی تقسیم داده و عملکرد ضعیف آن در SNRهای پایین، استفاده از آن را برای مکانیابی فعالیتهای کوتاهمدت مغزی با تردید همراه کرده است. در این مقاله، یک مرحلة پیشپردازشی برای بهبود عملکرد FFA ارائه میشود که در آن، مغز به نواحی مجزا تقسیم و پایههای هر ناحیه تعیین شده و با استفاده از این پایهها، دادة هر ناحیه بهدست میآید. در ادامه، الگوریتم FFA روی دادة بهدست آمده، اعمال میشود. برای اثبات عملکرد روش ارائهشده، از دادههای شبیهسازی ERP و دادة واقعی ERF استفاده شد. در تمام شبیهسازیها، FFA بهبودیافته، عملکرد بهتری از لحاظ شعاع پراکندگی (بهبود در حدود 4-9 میلیمتر) و خطای مکانیابی (بهبود در حدود 2-10 میلیمتر) در مقایسه با روش FFA از خود نشان داد. همچنین روش پیشنهادی، رزولوشن بهتری در مکانیابی داده واقعی ERF نشان داد. این نکته نیز مهم است که روش پیشنهادی، حساسیت کمتری نسبت به توالی تقسیم داده دارد. نتایج هر دو دادة شبیهسازی و واقعی نشان میدهد، که میتوان از FFA بهبودیافته بهعنوان روشی مطمئن برای مکانیابی فعالیتهای کوتاهمدت مغزی استفاده کرد.
پردازش سیگنالهای حیاتی
زهرا تابانفر؛ سیدمحمد فیروزآبادی؛ زینب شنکائی؛ گیو شریفی؛ کامبیز نوین؛ آناهیتا ذوقی
دوره 10، شماره 3 ، مهر 1395، ، صفحه 211-221
چکیده
در پژوهش حاضر، سیگنالهای الکتروانسفالوگرام بیماران مبتلا به تومور مغزی و افراد سالم را برای مطالعة تغییرات ناشی از بروز تومور مغزی در سیگنالهای مغزی و درنهایت امکانسنجی تشخیص این بیماری توسط سیگنالهای EEG، بررسی کردهایم. برای این منظور از دادههای EEG ثبتشده از چهار کانال F3، F4، T3 و T4 برای پنج فرد مبتلا به تومور مغزی ...
بیشتر
در پژوهش حاضر، سیگنالهای الکتروانسفالوگرام بیماران مبتلا به تومور مغزی و افراد سالم را برای مطالعة تغییرات ناشی از بروز تومور مغزی در سیگنالهای مغزی و درنهایت امکانسنجی تشخیص این بیماری توسط سیگنالهای EEG، بررسی کردهایم. برای این منظور از دادههای EEG ثبتشده از چهار کانال F3، F4، T3 و T4 برای پنج فرد مبتلا به تومور مغزی و چهار فرد سالم، استفاده شده است. پس از پیشپردازش، ویژگیهای خطی زمانی و طیف فرکانسی و ویژگیهای غیرخطی بُعد فرکتال و آنتروپی، استخراج شد. سپس تمایزپذیری میان دو گروه، با استفاده از اندیس دیویس-بولدین، طبقهبندی خطی LDA، غیرخطی KNN و SVM بررسی شد. براساس مقادیر بهدستآمده برای اندیس دیویس-بولدین در وضعیت استراحت ذهنی چشمبسته، ویژگیهای RMS، توان مطلق باند تتا، آنتروپی نمونه و آنتروپی تقریبی و در وضعیت استراحت ذهنی چشمباز، ویژگیهای RMS و توان مطلق باند تتا، بیشترین تمایزپذیری را میان دو گروه سالم و بیمار نشان دادند. در این مرحله، طبقهبندی دو گروه سالم و بیمار با استفاده از تکویژگیها انجام شد، که بهترین صحت طبقهبندی مربوط به ویژگی RMS در حالت استراحت ذهنی چشمبسته و 88.89% بهدست آمد. این موضوع نشاندهندة این است که ویژگی خطی RMS در افراد سالم و مبتلایان به تومور مغزی، تمایز خوبی ایجاد میکند. در پایان نیز برای دو حالت استراحت ذهنی چشمبسته و چشمباز و با استفاده از تمامی ویژگیهای منتخب، طبقهبندی انجام شد. با توجه به نتایج، بیشترین صحت طبقهبندی 82.54% با استفاده از ویژگیهای برتر RMS، توان مطلق باند تتا، آنتروپی نمونه و آنتروپی تقریبی در حالت استراحت ذهنی چشمبسته، بهدست آمد. با توجه به نتایج مشاهده میشود که ویژگیهای خطی، قابلیت خوبی برای جداسازی سیگنالهای EEG افراد سالم و بیماران مبتلا به تومور مغزی دارند، که میتوان از آنها، بهدلیل سادگی و بار محاسباتی کم، برای تشخیص برخط بیماری تومور مغزی، بهخصوص در آزمونهای دورهای غربالگری، استفاده کرد.
پردازش سیگنالهای حیاتی
مریم توکلی نجف آبادی؛ وحید ابوطالبی؛ فرزانه شایق بروجنی
دوره 10، شماره 1 ، اردیبهشت 1395، ، صفحه 1-10
چکیده
هدف این مقاله، ارزیابی روش ترکیبی آنالیز همبستگی کانونی- فیلتر تطبیقی حداقل مربعات بازگشتی (CCA-RLS) در حذف آرتیفکت چشمی (EOG) از سیگنال مغزی (EEG) و مقایسة آن با روشهای آنالیز مؤلفههای مستقل (ICA)، آنالیز همبستگی کانونی(CCA)، فیلتر تطبیقی حداقل مربعات بازگشتی (RLS) و روش ترکیبی ICA-RLS است. برای این منظور، بعد از تجزیة سیگنال نویزی توسط CCA، مؤلفة ...
بیشتر
هدف این مقاله، ارزیابی روش ترکیبی آنالیز همبستگی کانونی- فیلتر تطبیقی حداقل مربعات بازگشتی (CCA-RLS) در حذف آرتیفکت چشمی (EOG) از سیگنال مغزی (EEG) و مقایسة آن با روشهای آنالیز مؤلفههای مستقل (ICA)، آنالیز همبستگی کانونی(CCA)، فیلتر تطبیقی حداقل مربعات بازگشتی (RLS) و روش ترکیبی ICA-RLS است. برای این منظور، بعد از تجزیة سیگنال نویزی توسط CCA، مؤلفة شامل آرتیفکت EOG با محاسبة مقدار کرتوزیس شناسایی شده و با استفاده از فیلتر RLS، فیلتر شد؛ سپس با ترکیب مؤلفهها، سیگنال حذف نویزشده بازسازی شد. برای مقایسة کمّی روشها از دو معیار ارزیابی میانگین مجذور مربعات خطا (MSE) و نسبت سیگنال به نویز (SNR) برای دادههای شبیهسازی شده استفادهشده است. متوسط مقادیر MSE وSNR برای 5 نفر در 4 کانال مختلف محاسبه شد. دادههای استفادهشده از مجموعه دادههای مسابقات BCI2008 انتخاب شدند. با توجه به نتایج بهدست آمده، روش ترکیبی پیشنهادی CCA-RLS ، عملکرد بهتری نسبت به سایر روشهای استفادهشده در این مقاله دارد.
پردازش سیگنالهای حیاتی
معصومه رحیمی؛ محمد حسن مرادی؛ فرناز قاسمی
دوره 10، شماره 1 ، اردیبهشت 1395، ، صفحه 59-68
چکیده
هدف این مقاله، بررسی ارتباطات مؤثر مغزی براساس روش تابع انتقال جهتدار (DTF) است. این ارتباطات برای دادههای ثبتشده، از ترکیب حالتهای توجه و هوشیاری، که چهار دستة توجه-هوشیاری، توجه-عدم هوشیاری، عدم توجه-هوشیاری و عدم توجه-عدم هوشیاری را ایجاد کردهاند، بهدست آمدند. از روی ماتریسهای بهدستآمده برای هر دسته، شاخصهایی ...
بیشتر
هدف این مقاله، بررسی ارتباطات مؤثر مغزی براساس روش تابع انتقال جهتدار (DTF) است. این ارتباطات برای دادههای ثبتشده، از ترکیب حالتهای توجه و هوشیاری، که چهار دستة توجه-هوشیاری، توجه-عدم هوشیاری، عدم توجه-هوشیاری و عدم توجه-عدم هوشیاری را ایجاد کردهاند، بهدست آمدند. از روی ماتریسهای بهدستآمده برای هر دسته، شاخصهایی مرسوم در حوزة DTF، معرفی و محاسبه شدند. سپس شاخصهای این چهار دسته، برای بررسی وجود اختلاف معنادار از نظر ارتباطات مؤثر، با یکدیگر مقایسه شدند. برای بهدست آوردن روابط علّی خطی میان کانالها به روش DTF، از مدل خودکاهشی چندمتغیره استفاده شد. برای بررسی دقیقتر، سیگنالها به چهار باند فرکانسی پایه تقسیم شده و با آزمون اندازههای تکراری دوطرفه، وجود اختلاف معنادار در دستهها و باندها بررسی شد. براساس نتایج، از 12 شاخص بهدستآمده، دو شاخص و به تنهایی قادر به نمایش تمایز میان 5 حالت از 6 حالت ممکن از ترکیبات دوتایی دستهها هستند. تنها حالتی که هیچ کدام از شاخصها، تفاوت معناداری برای آن نشان ندادند، حالت عدم توجه-هوشیاری و عدم توجه-عدم هوشیاری بود.
پردازش سیگنالهای حیاتی
علیرضا رضائی؛ سارا بلباسی
دوره 10، شماره 1 ، اردیبهشت 1395، ، صفحه 69-83
چکیده
در مقاله حال حاضر، با آنالیز سیگنالهای صوتی قلب به طراحی الگوریتمی ترکیبی پرداخته شده که متشکل از استخراج ویژگی بر اساس تکنیک آشوب، کاهش ابعاد توسط آنالیز اجزای اصلی و دسته بندی خروجیها با اتکاء بر شبکههای عصبی-فازی تطبیقی میباشد. عدم قطعیت و خطای بالا در تشخیص روزنه بین بطنی از عدیده مشکلات روشهای پیشین است که در این ...
بیشتر
در مقاله حال حاضر، با آنالیز سیگنالهای صوتی قلب به طراحی الگوریتمی ترکیبی پرداخته شده که متشکل از استخراج ویژگی بر اساس تکنیک آشوب، کاهش ابعاد توسط آنالیز اجزای اصلی و دسته بندی خروجیها با اتکاء بر شبکههای عصبی-فازی تطبیقی میباشد. عدم قطعیت و خطای بالا در تشخیص روزنه بین بطنی از عدیده مشکلات روشهای پیشین است که در این زمینه مطرح بوده و به سبب اهمیت تشخیص خودکار این عارضه قلبی، نیاز است تا طراحی وفقی و به دور از بروز خطا باشد. انتقال فضای ویژگیها با نگاشت آنها توسط الگوریتم آنالیز اجزای اصلی در دو گام، با انتخاب تعداد 18 تا 25 ویژگی از میان حدود 50 ویژگی استخراج شده، ورودی طبقهبندی پیشنهادی را میسازد. طبقه بند پیشنهادی، سیستم شبکه عصبی فازی تطبیقی با امکان پیشبینی بروز بیماری قلبی است که با ورود دادهها، در تعداد تکرارهای محدود در سطح قابل قبولی خروجیها را پیشبینی مینماید. دادهها از پایگاه دادهUmichدانشگاهمیشیگاندریافت شده و شامل نمونههای از بیماری روزنه بین بطنی است. نسبت تقسیم دادهها در مرحله یادگیری و آزمایش، 9/0 به 1/0 (ارزیابی متقاطع) است و از شیوه اعتبارسنجی K-fold استفاده شده است. محاسبه معیارهایی چون دقت، حساسیت و نیز عدم قطعیت توسط مفهوم آنتروپی در الگوریتم ترکیبی حاکی از عملکرد مناسب روش پیشنهادی است.
پردازش سیگنالهای حیاتی
فرشته سلیمیان ریزی؛ وحید ابوطالبی؛ محمدتقی صادقی
دوره 9، شماره 4 ، بهمن 1394، ، صفحه 387-397
چکیده
آشکارسازی پتانسیلهای وابسته به رخداد، یک پیشنیاز مهم در سیستمهای واسط مغز و کامپیوتر (BCI) مبتنی بر ERP است. برای افزایش درصد صحت طبقهبندی در این سیستمها، از روشهای فیلترینگ مختلفی استفاده میشود تا نرخ سیگنال به نویز بهبود یابد و در نتیجه تشخیص و طبقهبندی پتانسیلهای وابسته به رخداد آسان شود. پیش از این، عملکرد فیلترهای ...
بیشتر
آشکارسازی پتانسیلهای وابسته به رخداد، یک پیشنیاز مهم در سیستمهای واسط مغز و کامپیوتر (BCI) مبتنی بر ERP است. برای افزایش درصد صحت طبقهبندی در این سیستمها، از روشهای فیلترینگ مختلفی استفاده میشود تا نرخ سیگنال به نویز بهبود یابد و در نتیجه تشخیص و طبقهبندی پتانسیلهای وابسته به رخداد آسان شود. پیش از این، عملکرد فیلترهای الگوی مکانی مشترک (CSP) و الگوی زمانی مشترک (CTP) که بهترتیب فیلترهای مکانی و زمانی هستند، در آشکارسازی مولفة P300 بررسی شده است. در این روشها، فیلترها به صورتی آموزش داده میشوند که واریانس یک کلاس، بیشینه شده و واریانس کلاس دیگر بهطور همزمان کمینه شود. نتایج نشان داده است که در سیستم P300Speller، عملکرد فیلترهای زمانی CTP بهتر از فیلترهای مکانی CSP است. در این مطالعه برای بهبود عملکرد روش CTP، الگوریتم ترکیبی الگوی زمانی مشترک وزندار (WCTP) پیشنهاد شده است. در این روش به هر دسته ویژگی، وزنی متناسب با اهمیت مقادیر ویژه مربوطه داده میشود. در واقع در این روش، ویژگیهای تولیدی توسط فیلترهای ابتدایی و انتهایی CTP وزن بیشتری در تصمیمگیری دارند. در روش ترکیبی بهکار رفته در این الگوریتم، از طبقهبندی کنندههای LDA استفاده شده است. با توجه به آزمایشهای انجام شده روی دو نمونة مورد بررسی و با 5 ثبت میانگینگیری شده، دسته ویژگی بهدست آمده توسط WCTP با میانگین درصد صحت طبقهبندی 2/90 بهترین عملکرد را از خود نشان داد که نشانگر بهبود تقریباً 4 درصدی نسبت به CTP است.
پردازش سیگنالهای حیاتی
سارا محمدی؛ قاسم عازمی
دوره 9، شماره 3 ، آذر 1394، ، صفحه 215-227
چکیده
یکی از مهمترین اختلالات سیگنالهای EEG نوزادان، همزمان نبودن کانالها است. مطالعات بالینی نشانداده است که این امر میتواند به نتایج عصبی و جسمی نامطلوبی در بزرگسالی منجر شود. هدف اصلی این مقاله، معرفی روشی جدید برای تشخیص خودکار همزمانی فاز در سیگنالهای EEG چندکانالة نوزادان است. در روش پیشنهادی، ابتدا فاز لحظهای هر کانال ...
بیشتر
یکی از مهمترین اختلالات سیگنالهای EEG نوزادان، همزمان نبودن کانالها است. مطالعات بالینی نشانداده است که این امر میتواند به نتایج عصبی و جسمی نامطلوبی در بزرگسالی منجر شود. هدف اصلی این مقاله، معرفی روشی جدید برای تشخیص خودکار همزمانی فاز در سیگنالهای EEG چندکانالة نوزادان است. در روش پیشنهادی، ابتدا فاز لحظهای هر کانال از سیگنال EEG نوزاد با استفاده از تبدیل هیلبرت برآوردشده است. بهدلیل چندجزئی بودن سیگنالهای EEG، اجزای سیگنال قبل از استخراج فاز لحظهای با استفاده از مجموعهای از فیلترهای میانگذر روی باندهای فرکانسی EEG، بهدست میآیند. سپس با استفاده از معیاری مبتنیبر اطلاعات متقابل بین فازهای لحظهای مولفههای بهدستآمده، همزمانی کانالهای مختلف در سیگنال بهطور کمّی اندازهگیری میشود. در ادامه، از روش پیشنهادی در این مقاله برای بررسی همزمانی کانالهای سیگنالهای EEG نوزادان در دورههای تشنجی-غیرتشنجی و الگوهای B-S استفاده میشود. از منحنی ROC برای نمایش عملکرد روش پیشنهادی استفادهشده است.همچنین عملکرد روش پیشنهادی با روش مبتنیبر کواینتگریشن مقایسهشده است. نتایج بهدستآمده از تحلیل سیگنالهای EEG پنج نوزاد نشان میدهند که روش پیشنهادی عملکرد بهتری در اندازهگیری همزمانی فاز تعمیمیافته نسبت به روشهای موجود دارد. همچنین با توجه به نتایج، مقدار همزمانی فاز تعمیمیافته در طول هر دو دورة تشنجی و غیرتشنجی بزرگتر از صفر است که این نتیجه نشاندهندة وجود اتصالاتی در نیمکرههای مغز نوزادان در هر دو حالت است. همچنین نتایج نشان میدهند که دورههای تشنجی نسبت به دورههای غیرتشنجی همزمانتر هستند. از بررسی همزمانی فاز در الگوهای B-S مشاهده میشود که دورههای Burst همزمانتر از دورههای Suppression هستند و در هردو حالت، همزمانی فاز وجود دارد.