Ανίχνευση νοητικής κόπωσης μέσω ΗΕΓ σε κατάσταση ηρεμίας: Διερεύνηση υπολογιστικών παραμέτρων και πόρων

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζει τον σχεδιασμό και την εκπόνηση μιας πολυπαραμετρικής διαδικασίας επεξεργασίας σημάτων ΗΕΓ με στόχο την αξιολόγηση συνδυασμών μεθόδων προεπεξεργασίας και αλγορίθμων στο πρόβλημα της κατηγοριοποίησης των διαθέσιμων δεδομένων μεταξύ κατάστασης νοητικής κόπωσης και ξεκούρασης. Η αξιολόγηση εστιάζει στα βήματα της επιλογής χαρακτηριστικών ταξινόμησης και των απαιτήσεων υπολογιστικών πόρων και χρόνου επεξεργασίας των αλγορίθμων. Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν προέρχονται από μια σειρά καταγραφών ΗΕΓ σε 71 συμμετέχοντες σε κατάσταση ηρεμίας, όπου για κάθε συμμετέχον μέλος έχουν πραγματοποιηθεί καταγραφές σε κατάσταση νοητικής ξεκούρασης και νοητικής κόπωσης. Πραγματοποιήθηκε αρχικά η προεπεξεργασία των δεδομένων ακολουθώντας τα τυπικά βήματα προεπεξεργασίας ΗΕΓ. Για την κατασκευή των εγκεφαλικών δικτύων αξιοποιήθηκε ο δείκτης Phase Lag Index (PLI), ενώ εφαρμόστηκαν μετρικές από τη θεωρία γράφων (Συντελεστής συγκέντρωσης, Μήκος Διαδρομής, Ιδιότητα Μικρόκοσμου, Παγκόσμια Αποδοτικότητα) για τη μελέτη της τοπολογικής διαφοροποίησης των δικτύων μεταξύ των δύο καταστάσεων. Παράλληλα, πραγματοποιήθηκε συγκριτική αξιολόγηση έντεκα μεθόδων επιλογής χαρακτηριστικών σε συνδυασμό με τέσσερις ταξινομητές (SVM linear kernel, SVM rbf kernel, KNN, LDA). Από τα αποτελέσματα διαπιστώθηκε διαφοροποίηση στη μορφολογία των δικτύων με την αύξηση της συχνότητας, και αναδείχθηκε η σημασία της συνδυαστικής προσέγγισης τοπολογικών δεικτών και ταξινομητών στην αποτίμηση της λειτουργικής συνδεσιμότητας σε συνθήκες κόπωσης. Οι ακρίβειες που επιτεύχθηκαν αποδίδονται στη φύση των δεδομένων σε κατάσταση ηρεμίας, ενώ ορισμένοι συνδυασμοί μεθόδων αναδείχθηκαν αποτελεσματικοί, ιδιαίτερα για τις χαμηλότερες συχνότητες, προσφέροντας ενδείξεις για πιθανές περιοχές λειτουργικής διαφοροποίησης.