https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/19346
File | Description | Size | Format | |
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hierohenriquesbarceloscosta.pdf | PDF/A | 1.53 MB | Adobe PDF | View/Open |
Type: | Trabalho de Conclusão de Curso |
Title: | Análise de janelamento em imaginação motora para interface cérebro-máquina |
Author: | Costa, Hiero Henrique Barcelos |
First Advisor: | Souza, Gabriel Henrique de |
Co-Advisor: | Bernardino, Heder Soares |
Referee Member: | Vieira, Alex Borges |
Referee Member: | Campos, Luciana Conceição Dias |
Resumo: | Diversos métodos vêm sendo desenvolvidos para a coleta da atividade neuronal, sendo o eletroencefalograma (EEG) um dos mais utilizados por sua natureza não invasiva e acessível. Com o avanço das Interfaces Cérebro-Máquina (BCI), tornou-se possível aplicar esses sinais cerebrais em diversas áreas, permitindo a interação direta entre o cérebro e dispositivos externos. Um dos paradigmas mais estudados em BCI é a imaginação motora (MI), na qual o sujeito imagina movimentos sem executá-los fisicamente. Esses sinais sãocaptados e processados para que possam ser interpretados por sistemas computacionais. Na literatura, é comum o uso de janelas temporais fixas iniciando cerca de 2,5 segundos após o início da tentativa para realizar análises e classificações. O objetivo deste trabalho é avaliar os principais métodos presentes na literatura para diferentes estratégias de janelamento investigando não apenas a eficácia, mas também a eficiência e a estabilidade dos modelos ao longo do tempo. Para isso, foram testados os algoritmos Common Spatial Patterns com LogPower e classificador Naive Bayesian Parzen Window , Filter Bank Common Spatial Patterns e a rede convolucional EEGNet, aplicando-os em diferentes configurações de janelas. Os testes foram realizados em conjuntos de dados amplamente utilizados na área, provenientes das competições internacionais de BCI. Os resultados indicaram uma justificativa neurofisiológica clara para o uso recorrente de janelas em torno de 2,5 segundos. Esse intervalo coincide com uma maior sincronização das frequências beta, associadas à imaginação motora, o que potencializa a discriminabilidade dos sinais. Além disso, o estudo demonstrou que o uso de janelas maiores tende a melhorar os resultados, ao fornecer mais informações temporais relevantes para os classificadores. Outro ponto importante revelado foi que a combinação de múltiplas janelas, abrangendo diferentes intervalos de tempo, não apenas melhora o desempenho pontual dos classificadores, como também contribui para uma maior estabilidade e qualidade dos resultados ao longo do tempo. Isso sugere que a abordagem tradicional de utilizar apenas uma janela fixa pode ser limitada e que a exploração de estratégias mais dinâmicas e informativas é promissora para avanços na área. |
Abstract: | Various methods have been developed to record neural activity, with electroencephalography (EEG) being one of the most widely used due to its non-invasive and accessible nature. With the advancement of Brain-Computer Interfaces (BCIs), it has become possible to apply these brain signals in various domains, enabling direct interaction between the brain and external devices. One of the most studied paradigms in BCI is motor imagery (MI), in which the subject imagines movements without physically executing them. These signals are captured and processed so they can be interpreted by computational systems. In the literature, it is common to use fixed time windows starting around 2.5 seconds after the beginning of a trial to perform analyses and classifications. The aim of this work is to evaluate the main methods present in the literature for different temporal windowing strategies, investigating not only efficacy but also the efficiency and stability of methods over time. To this end, the following algorithms were tested: Common Spatial Patterns with LogPower and Naive Bayesian Parzen Window classifier, Filter Bank Common Spatial Patterns, and the EEGNet convolutional neural network, applied under different window configurations. The tests were conducted on widely used datasets from international BCI competitions. The results indicated a clear neurophysiological justification for the recurring use of windows around 2.5 seconds. This interval coincides with greater synchronization of beta frequencies, which are associated with motor imagery, thus enhancing signal discriminability. Furthermore, the study showed that using larger windows tends to improve results by providing more relevant temporal information for the classifiers. Another important finding was that combining multiple windows covering different time intervals not only improves the point performance of classifiers but also contributes to greater stability and quality of results over time. This suggests that the traditional approach of using a single fixed window may be limited and that exploring more dynamic and informative strategies holds promise for advancing BCI research. |
Keywords: | Interface cérebro-máquina Imaginação motora Eletroencefalograma Janelamento Brain-computer interface Motor imagination Electroencephalogram Windowing |
CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::MATEMATICA DA COMPUTACAO::MODELOS ANALITICOS E DE SIMULACAO |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) |
Institution Initials: | UFJF |
Department: | Faculdade de Engenharia |
Access Type: | Acesso Aberto Attribution-ShareAlike 3.0 Brazil |
Creative Commons License: | http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/br/ |
URI: | https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/19346 |
Issue Date: | 15-Aug-2025 |
Appears in Collections: | Engenharia Computacional - TCC Graduação |
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