EEG TEMELLİ YENİLİKÇİ DHGUP- P300 HİBRİT HECELEYİCİ TASARIMI

Abstract

ÖZET

Bu tez çalışmasında farklı EEG kontrol sinyalleri ile 3 farklı beyin- bilgisayar arayüz ortamı tasarlanmıştır. Bunlardan ilki Kolay Ekran P300 Heceleyicidir. Bu çalışma, geleneksel P300 heceleyicilerle karşılaştırıldığında daha az uyaran sunumu kullanarak ve kelime görüntüleme sürecini hızlandırarak, yenilikçi bir beyin-bilgisayar arayüzü olan Kolay Ekran P300 Heceleyicinin 30 denek üzerinde gerçekleştirilen çevrimdışı, çevrimiçi ve kelime yazma uygulamalarını içermektedir. Kolay Ekran P300 Heceleyici’nin 7x7’lik görsel uyaran matrisi, başarılı kelime gösterimi için gereken ortalama süreyi 4.53 dakikadan 1.31 dakikaya indirgemektedir. Bu sistem, ilk karakter algılandıktan sonra 20 kelimeyi doğrudan ekranda görüntüleyebilmekte ve kelimelerin zenginliği nedeniyle avantaj sağlamaktadır. Bu sistem, dakikada yazdırılan karakter sayısını (OCM) 5.62’ye ve doğruluk oranını % 94.56’ya çıkararak literatürdeki en avantajlı heceleyici olma konumuna sahip bir arayüz sunmaktadır.

Tez kapsamında gerçekleştirilen ikinci çalışmamızda farklı uygulamalarda kullanılabilir, taşınabilir, 500 Hz’e kadar görsel uyaran sunabilir bir Durağan Hal Görsel Uyarılmış Potansiyel (DHGUP) kaynağı tasarlanmıştır. Çalışmada, verimlilik açısından kırmızı renkte ve LED kaynaklı bir uyaran tercih edilmiş ve bu uyaran kaynakları sütun şeklinde tasarlanmıştır. Bu DHGUP kaynağı, hem seyyar uygulamalarda hem de sabit uygulamalarda kullanılabilir. Ayrıca, göz takip cihazı entegrasyonu ile hem oküler kasları zayıflamış hastalar için kullanım kolaylığı sağlanmış hem de DHGUP deneyimi olmayan bireyler için odaklanma kolaylığı sunulmuştur. LED kaynağı kullanımı, görsel seçiciliğe katkıda bulunması, uyaran kaynağı sayısının uygun olması ve farklı BBA’lara uyarlanabilir olması gibi özellikleri bu sistemin avantajları oluşturur.

Tez kapsamında gerçekleştirilen üçüncü çalışmada ise, P300 OİP ve DHGUP’nin dezavantajlarını birbirlerinin avantajlı taraflarıyla gidererek hızlı, evrensel ve verimli bir heceleyici tasarlamak amaçlanmıştır. Bu kapsamda, daha az sayıda farklı harmonik frekansta DHGUP belirlenerek ve uyaran sunumu LED ile gerçekleştirilerek bir beyin-bilgisayar arayüzü oluşturulmuştur. Benzer çalışmalarla yapılan karşılaştırmada, bu çalışmanın diğerlerine göre çeşitli avantajlara sahip olduğu belirtilmiştir. Çalışma, DHGUP ve P300 OİP kullanımı konusunda yeni bir yaklaşım sunmakta ve bu alandaki mevcut teknolojileri geliştirmeyi hedeflemektedir.

Bu tez içeriğine bağlı olarak Karabük Üniversitesi Rektörlüğü Girişimsel Olmayan Klinik Araştırmalar Etik Kurulu tarafından 2021/764 Nolu Karar ile amaç, gerekçe, yaklaşım ve yöntemle ilgili açıklamaları açısından etik olarak uygun olduğuna karar verilmiştir.

ABSTRACT

In this thesis, 3 different brain-computer interface environments were designed with different EEG control signals. The first of these is the Easy Display P300 Speller. This study includes offline, online, and word writing applications of the Easy Screen P300 Speller, an innovative brain-computer interface, on 30 subjects, using less stimulus presentation and speeding up the word display process compared to traditional P300 spellers. The 7x7 visual stimulus matrix of the Easy Screen P300 Speller reduces the average time required for successful word display from 4.53 minutes to 1.31 minutes. This system can display 20 words directly on the screen after the first character is detected, which is advantageous due to the richness of the words. This system provides an interface that increases the number of characters printed per minute (OCM) to 5.62 and the accuracy rate to 94.56%, making it the most advantageous speller in the literature.

In the second study carried out within the scope of the thesis, a portable Steady State Visual Evoked Potentials (SSVEP) source that can be used in different applications and can provide visual stimuli up to 500 Hz was designed. In the study, a colored and LED source stimulus was preferred for efficiency, and these stimulus sources were designed as columns. This SSVEP source can be used in both mobile and stationary applications. In addition, with the integration of the eye tracker, both ease of use for patients with weakened ocular muscles and ease of focusing for individuals who do not have SSVEP experience are provided. The advantages of this system include the use of LED sources, its contribution to visual selectivity, the appropriate number of stimulus sources, and its adaptability to different BCIs.

The third study conducted within the scope of the thesis aimed to design a fast, universal, and efficient speller by overcoming the disadvantages of P300 ERP and SSVEP with the advantages of each other. In this context, a brain-computer interface was created by determining SSVEP at fewer harmonic frequencies and using LED stimulus presentation. In a comparison with similar studies, it was stated that this study has several advantages over others. The study presents a new approach to using SSVEP and P300 ERP and aims to improve the existing technologies in this field.

Depending on the content of this thesis, Karabük University Rectorate Non-Invasive Clinical Research Ethics Committee has decided that it is ethically appropriate in terms of its explanations regarding the purpose, justification, approach and method with Decision No. 2021/764.