Submitted by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2015-05-25T18:19:42Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22974 bytes, checksum: 99c771d9f0b9c46790009b9874d49253 (MD5) Dissertacao_DeteccaoPotenciaisCorticais.pdf: 95024201 bytes, checksum: e561c4ba3fbac99bfb2a9c5a135b2131 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2015-05-26T16:32:55Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22974 bytes, checksum: 99c771d9f0b9c46790009b9874d49253 (MD5) Dissertacao_DeteccaoPotenciaisCorticais.pdf: 95024201 bytes, checksum: e561c4ba3fbac99bfb2a9c5a135b2131 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-26T16:32:55Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22974 bytes, checksum: 99c771d9f0b9c46790009b9874d49253 (MD5) Dissertacao_DeteccaoPotenciaisCorticais.pdf: 95024201 bytes, checksum: e561c4ba3fbac99bfb2a9c5a135b2131 (MD5) Previous issue date: 2015-03 / O reconhecimento da intenção do condutor a partir de sinais de eletroencefalografia (EEG) pode ser útil no desenvolvimento de interfaces cérebro computador (BCI) para serem usadas em sinergia com veículos inteligentes. Isso pode ser benéfico para melhorar a qualidade de interação entre o motorista e o carro, por exemplo, fornecendo uma resposta do carro inteligente alinhada com a intenção do motorista. Neste estudo, considera-se a antecipação como sendo o estado cognitivo que leva a ações especificas durante a condução de um automóvel. Portanto, propomos investigar a presença de padrões antecipatórios em sinais EEG durante a condução de veículos para determinar duas ações especifícas (1) virar à esquerda e (2) virar à direita, alguns milissegundos antes que tais ações aconteçam. Um protocolo experimental foi proposto para gravar sinais EEG de 5 indivíduos enquanto eles operam um simulador de realidade virtual não invasiva - que foi projetado para tal experimento - que simula a condução de um carro virtual. O protocolo experimental é uma variante do paradigma da variação negativa contingente (CNV) com condições Go e No-go no sistema de condução de realidade virtual. Os resultados apresentados neste estudo indicam a presença de padrões antecipatórios em potenciais corticais lentos observados no domínio do tempo (medias dos sinais EEG) e da frequência (Power Spectra e coerência de fase). Isso abre um leque de possibilidades no desenvolvimento de sistemas BCI - baseados em sinais antecipatórios - que conectem o motorista ao veiculo inteligente favorecendo uma tomada de decisão que analise as intenções dos condutores podendo eventualmente evitar acidentes durante a condução. / The recognition of the driver’s intention from electroencephalographic signals (EEG) may be useful in the development of brain computer interface (BCI) to be used in synergy with intelligent vehicles. This can be beneficial to improve the quality of interaction between the driver and the car, for example, providing a response from the smart car aligned with the intention of the driver. In this study, the anticipation is considered as the cognitive state that leads to specific actions while driving a car. Therefore, we propose to investigate the presence of anticipatory patterns in EEG signals while driving vehicles to determine two specific actions (1) left and (2) turn right, a few milliseconds before such actions take place. An experimental protocol was proposed to record EEG signals of 5 individuals as they operate a virtual reality simulator non-invasive - it was designed for this experiment - which simulates driving a virtual car. The experimental protocol is a variant of the paradigm of contingent negative variation (CNV) with Go and Nogo conditions in virtual reality training system. The results of this study indicate the presence of anticipatory patterns observed in slow cortical potentials in the time domain (medium EEG signal) and the frequency (Power Spectra and phase coherence). This opens a range of possibilities in the development of BCI systems - based on anticipatory signals - that connect the driver to the intelligent vehicle favoring a decision-making to assess the intentions of drivers may eventually prevent accidents while driving.

Orientadores: Gabriela Castellano, Romis Ribeiro de Faissol Attux / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-06T19:40:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 StefanoFilho_CarlosAlberto_M.pdf: 6581881 bytes, checksum: fb23f8cb938a72e69a97b2bf2ff14cab (MD5) Previous issue date: 2016 / Resumo: Interfaces cérebro-computador (BCIs, brain-computer interfaces) são sistemas cuja finalidade é fornecer um canal de comunicação direto entre o cérebro e um dispositivo externo, como um computador, uma prótese ou uma cadeira de rodas. Por não utilizarem as vias fisiológicas convencionais, BCIs podem constituir importantes tecnologias assistivas para pessoas que sofreram algum tipo de lesão e, por isso, tiveram sua interação com o ambiente externo comprometida. Os sinais cerebrais a serem extraídos para utilização nestes sistemas devem ser gerados mediante estratégias específicas. Nesta dissertação, trabalhamos com a estratégia de imaginação motora (MI, motor imagery), e extraímos a resposta cerebral correspondente a partir de dados de eletroencefalografia (EEG). Os objetivos do trabalho foram caracterizar as redes cerebrais funcionais oriundas das tarefas de MI das mãos e explorar a viabilidade de utilizar métricas da teoria de grafos para a classificação dos padrões mentais, gerados por esta estratégia, de usuários de um sistema BCI. Para isto, fez-se a hipótese de que as alterações no espectro de frequências dos sinais de eletroencefalografia devidas à MI das mãos deveria, de alguma forma, se refletir nos grafos construídos para representar as interações cerebrais corticais durante estas tarefas. Em termos de classificação, diferentes conjuntos de pares de eletrodos foram testados, assim como diferentes classificadores (análise de discriminantes lineares ¿ LDA, máquina de vetores de suporte ¿ SVM ¿ linear e polinomial). Os três classificadores testados tiveram desempenho similar na maioria dos casos. A taxa média de classificação para todos os voluntários considerando a melhor combinação de eletrodos e classificador foi de 78%, sendo que alguns voluntários tiveram taxas de acerto individuais de até 92%. Ainda assim, a metodologia empregada até o momento possui várias limitações, sendo a principal como encontrar os pares ótimos de eletrodos, que variam entre voluntários e aquisições; além do problema da realização online da análise / Abstract: Brain-computer interfaces (BCIs) are systems that aim to provide a direct communication channel between the brain and an external device, such as a computer, a prosthesis or a wheelchair. Since BCIs do not use the conventional physiological pathways, they can constitute important assistive technologies for people with lesions that compromised their interaction with the external environment. Brain signals to be extracted for these systems must be generated according to specific strategies. In this dissertation, we worked with the motor imagery (MI) strategy, and we extracted the corresponding cerebral response from electroencephalography (EEG) data. Our goals were to characterize the functional brain networks originating from hands¿ MI and investigate the feasibility of using metrics from graph theory for the classification of mental patterns, generated by this strategy, of BCI users. We hypothesized that frequency alterations in the EEG spectra due to MI should reflect themselves, in some manner, in the graphs representing cortical interactions during these tasks. For data classification, different sets of electrode pairs were tested, as well as different classifiers (linear discriminant analysis ¿ LDA, and both linear and polynomial support vector machines ¿ SVMs). All three classifiers tested performed similarly in most cases. The mean classification rate over subjects, considering the best electrode set and classifier, was 78%, while some subjects achieved individual hit rates of up to 92%. Still, the employed methodology has yet some limitations, being the main one how to find the optimum electrode pairs¿ sets, which vary among subjects and among acquisitions; in addition to the problem of performing an online analysis / Mestrado / Física / Mestre em Física / 165742/2014-3 / 1423625/2014 / CNPQ / CAPES