Análise de sinais de eletroencefalografia durante imagética motora por meio de técnicas de processamento tempo-frequência

dc.creatorHenrico Reis Barbosa
dc.date.accessioned2026-02-05T12:20:45Z
dc.date.issued2025-06-04
dc.description.abstractMotor imagery (MI) is the act of imagining a movement without actually executing it, and correlated activity can be found in the electroencephalogram (EEG). Event-related desynchronization (ERD) in the alpha band of the EEG is the most consistent phenomenon during MI, representing a reduction in power at frequencies from 8 to 13 Hz. MI EEG has been studied in the time, frequency and time-frequency domains. In this work, we investigated the temporal evolution of dynamic spectral parameters (DSPs) calculated from the short-time Fourier transform (STFT) and the discrete Hilbert transform (DHT). The DSPs calculated were: instantaneous amplitude (Ai) and instantaneous frequency (Fi) from the DHT, and root-mean-square (Arms) and center frequency (Fce) from the STFT. These parameters were calculated for EEG recordings during MI, with the aim of developing brain-machine interfaces based on easy-to-interpret measurements. These recordings are from 9 volunteers, taken from the 2A dataset of the fourth Berlin Brain-Computer Interface Competition. The experimental protocol has the following key events: a beep at t = 0 s; a visual signal prompting the subject to start the MI to be performed (4 classes of MI: right hand - RH, left hand - LH, feet and tongue) from t = 2 s to t = 3.25 s; sustained MI until t = 6 s; pause between trials lasting at least 1.5 s after t = 6 s. The results indicate the amplitude parameters (Ai, and Arms) start to increase at t = 2 s, reaching a peak around t = 3 s, decreasing until t = 4 s, and rising again at the end of the MI (t = 6 s). The frequency parameters (Fi and Fce) showed an inverted profile with respect to the amplitude parameters, with a negative correlation (corr(Ai, Fi) and corr(Arms, Fce)) present from t = 1 s to t = 6 s. Using the integral of the DSPs in the 3 to 4 s interval, statistically significant differences (SSD) were identified between the MIs in most leads and for all DSPs, with the differences between the MI of the feet compared to the MI of the tongue or RH being more evident. SSDs were also identified using the DSP integrals in the 4 to 5 s range for most leads, with the frequency DSPs complementing the amplitude DSPs, one identifying SSDs for cases where the other failed to detect, and vice-versa. As reported by other studies, it was easier to differentiate MIs related to different muscle groups (feet vs RH and feet vs tongue) than MIs related to similar muscle groups (RH vs LH).
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/1586
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso aberto
dc.subjectEngenharia elétrica
dc.subjectEletroencefalografia
dc.subjectFourier, transformações de
dc.subjectHilbert, Transformadas de
dc.subject.otherImagética motora
dc.subject.otherEEG
dc.subject.otherAnálise tempo-frequência
dc.subject.otherTransformada discreta de Hilbert
dc.subject.otherTransformada de Fourier de tempo curto
dc.titleAnálise de sinais de eletroencefalografia durante imagética motora por meio de técnicas de processamento tempo-frequência
dc.typeDissertação de mestrado
local.contributor.advisor1Danilo Barbosa Melges
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1901875357681045
local.contributor.referee1Hani Camille Yehia
local.contributor.referee1Renan Fernandes Kozan
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/2792536354879521
local.description.resumoA imagética motora (IM) consiste no ato de imaginar um movimento sem efetivamente executá-lo, sendo possível encontrar atividade correlata no eletroencefalograma (EEG). A dessincronização relacionada a evento (DRE) na banda alfa do EEG é o fenômeno mais consistente durante IM, representando uma redução na potência nas frequências de 8 a 13 Hz. O EEG durante IM vem sendo estudado nos domínio do tempo, da frequência e tempo-frequência. Neste trabalho, foi investigada a evolução temporal de parâmetros espectrais dinâmicos (PEDs) calculados a partir da transformada de Fourier de tempo curto (TFTC) e da transformada discreta de Hilbert (TDH). Os PEDs calculados foram: a amplitude instantânea (Ai) e a frequência instantânea (Fi) pela TDH, e a amplitude eficaz (Aef) e a frequência central (Fce) pela TFTC. Estes parâmetros foram calculados para registros de EEG durante IM, visando ao desenvolvimento de interfaces cérebro-máquina baseando-se em medidas de fácil interpretação. Estes registros são de 9 voluntários, oriundos do conjunto de dados 2A da quarta Competição de Interface Cérebro-Máquina de Berlim. O protocolo experimental possui os seguintes marcos temporais: beep sonoro em t = 0 s; sinal visual indicando início da IM a desempenhar (4 classes de IM: mão direita - MD, mão esquerda - ME, pés e língua) de t = 2 s a t = 3,25 s; sustentação da IM até t = 6 s; pausa entre ensaios com pelo menos 1,5 s de duração após t = 6 s. Os resultados indicam que os parâmetros de amplitude (Ai, e Aef) começa a aumentar em t = 2 s, atingindo um pico em torno de t = 3 s, seguido por uma queda até t = 4 s, voltando a subir ao fim da IM (t = 6 s). Os parâmetros de frequência (Fi e Fce) apresentaram traçados com perfil invertido em relação aos parâmetros de amplitude, com correlação negativa (corr(Ai, Fi) e corr(Aef, Fce)) presente de t = 1 s a t = 6 s. Usando a integral dos PEDs no intervalo de 3 a 4 s, foram identificadas diferenças estatisticamente significativas (DES) entre as IMs na maioria das derivações e para todos os PEDs, tendo sido mais evidente as diferenças entre a IM dos pés quando comparada a IM da língua ou MD. Também foram identificadas DES usando as integrais dos PEDs no intervalo de 4 a 5 s para a maioria das derivações, com os PEDs de frequência complementando os PEDs de amplitude, um identificando DES para os casos em que o outro falhou em detectar, e vice-versa. Assim como reportado por outros trabalhos, foi mais fácil diferenciar IMs relacionadas a grupos musculares distintos (pés vs MD e pés vs língua) do que IMs relacionadas a grupos musculares similares (MD vs ME).
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
local.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
local.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA::BIOENGENHARIA::PROCESSAMENTO DE SINAIS BIOLOGICOS

Arquivos

Pacote original

Agora exibindo 1 - 1 de 1
Carregando...
Imagem de Miniatura
Nome:
Texto_Dissertacao_Henrico_FINAL_pos_defesa_v3_completa.pdf
Tamanho:
4.34 MB
Formato:
Adobe Portable Document Format

Licença do pacote

Agora exibindo 1 - 1 de 1
Carregando...
Imagem de Miniatura
Nome:
license.txt
Tamanho:
2.07 KB
Formato:
Item-specific license agreed to upon submission
Descrição: