Desarrollo de un sistema BCI basado en redes neuronales y movimientos de la cabeza para el manejo de un ordenador

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Title: Desarrollo de un sistema BCI basado en redes neuronales y movimientos de la cabeza para el manejo de un ordenador
Authors: Corrales Bastidas, Eddy Fabián
Advisor: Celi Sánchez, Carmen Johanna
Abstract: The present work has arisen with the purpose of providing a contribution to the BCI systems, through the field of Artificial Intelligence; thus, a brain-computer interface (BCI) has been developed, aimed at the management of a computer and mainly oriented to people who have reduced mobility in their upper limbs. Since a BCI system is characterized by making use of the user’s brain signals by relating certain brain patterns, the use of eye winks was established as patterns or control signal strategies. By virtue of this, the Emotiv Insight headset was selected as the EEG signal capture device. The treatment of the signals obtained was carried out in the feature extraction stage, in which aspects of time series and time windows were considered for the process of signal labeling and event determination. For the signal classification process, a MLP neural network was used as the algorithm for classifying the data set of features, with the classifier achieving a classification accuracy of 91.53 % during the training process. This allowed to generate a classification model, in order to classify in real time the signals captured by the headset on three possible actions of the mouse events: left click, right click and none. To control the mouse cursor through the user’s head movements, the headband accelerometers and the Kalman Filter were used as a tool to minimize noise and estimate the real position of the mouse cursor. Finally, tests were carried out to validate the system, including healthy people and people with some type of physical limitation in their upper limbs, achieving an accuracy of 88.06 %.
Translated abstract: El presente trabajo ha surgido con la finalidad de brindar un aporte a los sistemas BCI, a través del campo de la Inteligencia Artificial, es así, que se ha desarrollado una interfaz cerebro computadora (BCI), destinada al manejo de un ordenador y orientada principalmente a personas que poseen movilidad reducida en sus extremidades superiores. Dado que un sistema BCI se caracteriza por hacer uso de señales cerebrales del usuario a través de relacionar ciertos patrones cerebrales, se estableció como patrones o estrategias de señales de control el uso de guiños de ojos. En virtud de esto, se seleccionó la diadema Emotiv Insight como dispositivo de captura de señales EEG. El tratamiento de las señales obtenidas se las realizó en la etapa de extracción de características, en la que se consideró aspectos de series temporales y ventanas de tiempo para el proceso de etiquetado de las señales y la determinación de eventos. Por su parte, para el proceso de clasificación de las señales se utilizó una red neuronal MLP, como algoritmo de clasificación del data set de features, alcanzando el clasificador durante el proceso de entrenamiento una precisión de clasificación del 91.53 %. Esto permitió generar un modelo de clasificación, a fin de clasificar en tiempo real las señales captadas por la diadema sobre tres posibles acciones de los eventos del mouse: click izquierdo, click derecho y none. Para el control del cursor del mouse a través de movimientos de la cabeza del usuario, se utilizó los acelerómetros de la diadema y el Filtro de Kalman como herramienta para minimizar ruidos y estimar la posición real del cursor del mouse. Finalmente, se realizaron pruebas para validar el sistema donde se incluyó personas sanas y personas con algún tipo de limitación física en sus extremidades superiores, alcanzando el sistema una precisión del 88.06 %.
Keywords: ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
ANÁLISIS DE SISTEMAS
CONTROLADORES
PID
INTELIGENCIA ARTIFICIAL
PROCESAMIENTO DE SEÑALES - TÉCNICAS DIGITALES
MOVIMIENTO
CABEZA
Issue Date: 2021
URI: http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/20288
Language: spa
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