Reconocimiento del habla silenciosa con señales electroencefalográficas (EEG) para interfaces cerebro-computador (2015)
Las interfaces cerebro computador tienen relevancia médica en el tratamiento de individuos que sufren de parálisis motora o amputaciones de miembro superior o miembro inferior; sin embargo, la dificultad para extraer y procesar con exactitud, particularmente las señales cerebrales de habla silenciosa, limita en gran medida su aplicación. Esta tesis presenta dos novedosos sistemas de procesamiento de señales basados en electroencefalografía con la habilidad de clasificar vocales y sílabas con habla silenciosa. Una de las metodologías se basa en las características de la entropía de la información con la dimensión de regularización, y el otro en las características de datos funcionales en el espacio de Hilbert $L^2$, utilizando los datos de la posición de los electrodos. Dentro de las ventajas de los métodos desarrollados en comparación con otros métodos de BCI, pueden establecerse los siguientes: no requieren de procesos de entrenamiento dispendiosos como en el caso de la imaginería motora; no requieren de un proceso de atención riguroso como ocurre utilizando potenciales evocados visuales de estado estable (steady-state visual evoked potential - SSVEP) o imaginería motora; no requieren de un estímulo externo como en el caso de SSVEP o P300; y no requieren de tareas cognitivas que generen fatiga muscular o cognitiva como en el caso de la imaginería motora. Adicionalmente, utilizan señales cerebrales que están relacionadas con el área de lenguaje (vocales y sílabas) y tienen la posibilidad de utilizar la innumerable cantidad de palabras (léxico) de un lenguaje. La relevancia de esta tesis está en aportar dos métodologías novedosas de habla silenciosa con EEG, como una opción importante donde las BCIs mejoren su desempeño para controlar dispositivos como: spellers, sillas de ruedas, prótesis y robots, entre otros. En esta tesis, una máquina de soporte vectorial para clasificación multiclase es implementada usando la estrategia uno contra el resto (1-rest) y uno contra uno (1-1) con una función kernel de base radial. Los parámetros óptimos son calculados con un algoritmo genético. Los resultados son demostrados con la clasificación de cinco vocales (/a/, /e/, /i/, /o/, /u/) y cinco sílabas (/fa/, /pa/, /ma/, /la/ /ra/), usando habla silenciosa con señales electroencefalográficas. El desempeño de las metodologías propuestas medidas en términos de exactitud (accuracy) son los siguientes: Con la metodología basada en vector de características con entropía de la información y dimensión de regularización, se seleccionaron dos algoritmos SVM de clasificación multiclase (1-rest) y (1-1). Los mejores resultados de clasificación fueron obtenidos con el clasificador (1-1) para vocales y sílabas con habla silenciosa. En el caso de vocales con habla silenciosa se alcanzó una exactitud (media estadística) de 69.83%, y en sílabas con habla silenciosa una exactitud (media estadística) de 66.89%. Para la metodología basada en vector de características con datos funcionales, aplicado a vocales y sílabas con habla silenciosa, se seleccionó el algoritmo SVM de clasificación multiclase (1-1). Para el caso de vocales con habla silenciosa se utilizaron ritmos $δ$, $δθ$ y δθα. Los mejores resultados de exactitud fueron obtenidos con los ritmos δθα con una media estadística de 71.92%. En el caso de sílabas con habla silenciosa se utilizaron ritmos δ, con los cuales se alcanzó una exactitud (media estadística) de 67.13%. De los resultados de la clasificación se concluye que la exactitud alcanzada para vocales y sílabas con habla silenciosa, utilizando la metodología basada en vector de características con datos funcionales, es más alta que aquella alcanzada con la metodología basada en vector de características con entropía de la información y dimensión de regularización.