KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.17
no.11
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pp.3099-3120
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2023
The present fast-moving era brings a serious stress issue that affects elders and youngsters. Everyone has undergone stress factors at least once in their lifetime. Stress is more among youngsters as they are new to the working environment. whereas the stress factors for elders affect the individual and overall performance in an organization. Electroencephalogram (EEG) based stress level classification is one of the widely used methodologies for stress detection. However, the signal processing methods evolved so far have limitations as most of the stress classification models compute the stress level in a predefined environment to detect individual stress factors. Specifically, machine learning based stress classification models requires additional algorithm for feature extraction which increases the computation cost. Also due to the limited feature learning characteristics of machine learning algorithms, the classification performance reduces and inaccurate sometimes. It is evident from numerous research works that deep learning models outperforms machine learning techniques. Thus, to classify all the emotions based on stress level in this research work a hybrid deep learning algorithm is presented. Compared to conventional deep learning models, hybrid models outperforms in feature handing. Better feature extraction and selection can be made through deep learning models. Adding machine learning classifiers in deep learning architecture will enhance the classification performances. Thus, a hybrid convolutional neural network model was presented which extracts the features using CNN and classifies them through machine learning support vector machine. Simulation analysis of benchmark datasets demonstrates the proposed model performances. Finally, existing methods are comparatively analyzed to demonstrate the better performance of the proposed model as a result of the proposed hybrid combination.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.20
no.1
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pp.153-158
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2010
This paper showed the possibilities of performance improvement of Brain-Computer Interface (BCI) decreasing classification error rates of EEG signals by applying Variance-Considered Machine (VCM) which proposed in our previous study. BCI means controlling system such as computer by brain signals. There are many factors which affect performances of BCI. In this paper, we used suggested algorithm as a classification algorithm, the most important factor of the system, and showed the increased correct rates. For the experiments, we used data which are measured during imaginary movements of left hand and foot. The results indicated that superiority of VCM by comparing error rates of the VCM and SVM. We had shown excellence of VCM with theoretical results and simulation results. In this study, superiority of VCM is demonstrated by error rates of real data.
As a primary technology of Industry 4.0, human-robot collaboration (HRC) requires additional measures to ensure worker safety. Previous studies on avoiding collisions between collaborative robots and workers mainly detect collisions based on sensors and cameras attached to the robot. This method requires complex algorithms to continuously track robots, people, and objects and has the disadvantage of not being able to respond quickly to changes in the work environment. The present study was conducted to implement a web-based platform that manages collaborative robots by recognizing the emotions of workers - specifically their perception of danger - in the collaborative process. To this end, we developed a web-based application that collects and stores emotion-related brain waves via a wearable device; a deep-learning model that extracts and classifies the characteristics of neutral, positive, and negative emotions; and an Internet-of-things (IoT) interface program that controls motor operation according to classified emotions. We conducted a comparative analysis of our system's performance using a public open dataset and a dataset collected through actual measurement, achieving validation accuracies of 96.8% and 70.7%, respectively.
Lee, Ki-Baek;Kim, Ko Keun;Song, Jaeseung;Ryu, Jiwoo;Kim, Youngjoo;Park, Cheolsoo
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.11
no.6
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pp.1812-1824
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2016
The neural dynamics underlying the causal network during motor planning or imagery in the human brain are not well understood. The lack of signal processing tools suitable for the analysis of nonlinear and nonstationary electroencephalographic (EEG) hinders such analyses. In this study, noise-assisted multivariate empirical mode decomposition (NA-MEMD) is used to estimate the causal inference in the frequency domain, i.e., partial directed coherence (PDC). Natural and intrinsic oscillations corresponding to the motor imagery tasks can be extracted due to the data-driven approach of NA-MEMD, which does not employ predefined basis functions. Simulations based on synthetic data with a time delay between two signals demonstrated that NA-MEMD was the optimal method for estimating the delay between two signals. Furthermore, classification analysis of the motor imagery responses of 29 subjects revealed that NA-MEMD is a prerequisite process for estimating the causal network across multichannel EEG data during mental tasks.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.16
no.2
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pp.467-479
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2022
Working memory (WM), which plays a vital role in daily activities, is a memory system that temporarily stores and processes information when people are engaged in complex cognitive activities. The influence of music on WM has been widely studied. In this work, we conducted a series of n-back memory experiments with different task difficulties and multiple trials on 14 subjects under the condition of no music and Alpha wave leading music. The analysis of behavioral data show that the change of music condition has significant effect on the accuracy and time of memory reaction (p<0.01), both of which are improved after the stimulation of Alpha wave music. Behavioral results also suggest that short-term training has no significant impact on working memory. In the further analysis of electrophysiology (EEG) data recorded in the experiment, auto-regressive (AR) model is employed to extract features, after which an average classification accuracy of 82.9% is achieved with support vector machine (SVM) classifier in distinguishing between before and after WM enhancement. The above findings indicate that Alpha wave leading music can improve WM, and the combination of AR model and SVM classifier is effective in detecting the brain activity changes resulting from music stimulation.
Through the output of brain waves during muscle operation, this paper checks whether it is possible to find characteristic vectors of brain waves that are capable of dividing left and right movements by extracting brain waves in specific areas of muscle signal output that include the motion of the left and right muscles or the will of the user within EEG signals, where uncertainties exist considerably. A typical surface EMG and noninvasive brain wave extraction method does not exist to distinguish whether the signal is a motion through the degree of ionization by internal neurotransmitter and the magnitude of electrical conductivity. In the case of joint and motor control through normal robot control systems or electrical signals, signals that can be controlled by the transmission and feedback control of specific signals can be identified. However, the human body lacks evidence to find the exact protocols between the brain and the muscles. Therefore, in this paper, efficiency is verified by utilizing the results of application of CSP (Common Spatial Pattern) filter to verify that the left-hand and right-hand signals can be extracted through brainwave analysis when the subject's behavior is performed. In addition, we propose ways to obtain data through experimental design for verification, to verify the change in results with or without filter application, and to increase the accuracy of the classification.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.39C
no.10
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pp.887-895
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2014
Drowsy driving is a large proportion of the total car accidents. For this reason, drowsiness detection and warning system for drivers has recently become a very important issue. Monitoring physiological signals provides the possibility of detecting features of drowsiness and fatigue of drivers. Many researches have been published that to measure electroencephalogram(EEG) signals is the effective way in order to be aware of fatigue and drowsiness of drivers. The aim of this study is to extract drowsiness-related features from a set of EEG signals and to classify the features into three states: alertness, transition, and drowsiness. This paper proposes a drowsiness detection system using errors-in-variables(EIV) for extraction of feature vectors and multilayer perceptron (MLP) for classification. The proposed method evaluates robustness for noise and compares to the previous one using linear predictive coding (LPC) combined with MLP. From evaluation results, we conclude that the proposed scheme outperforms the previous one in the low signal-to-noise ratio regime.
Zafar, Raheel;Malik, Muhammad Noman;Hayat, Huma;Malik, Aamir Saeed
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.14
no.4
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pp.1543-1561
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2020
Taxonomy of human brain activity is a complicated rather challenging procedure. Due to its multifaceted aspects, including experiment design, stimuli selection and presentation of images other than feature extraction and selection techniques, foster its challenging nature. Although, researchers have focused various methods to create taxonomy of human brain activity, however use of multivariate pattern analysis (MVPA) for image recognition to catalog the human brain activities is scarce. Moreover, experiment design is a complex procedure and selection of image type, color and order is challenging too. Thus, this research bridge the gap by using MVPA to create taxonomy of human brain activity for different categories of images, both colored and gray scale. In this regard, experiment is conducted through EEG testing technique, with feature extraction, selection and classification approaches to collect data from prequalified criteria of 25 graduates of University Technology PETRONAS (UTP). These participants are shown both colored and gray scale images to record accuracy and reaction time. The results showed that colored images produces better end result in terms of accuracy and response time using wavelet transform, t-test and support vector machine. This research resulted that MVPA is a better approach for the analysis of EEG data as more useful information can be extracted from the brain using colored images. This research discusses a detail behavior of human brain based on the color and gray scale images for the specific and unique task. This research contributes to further improve the decoding of human brain with increased accuracy. Besides, such experiment settings can be implemented and contribute to other areas of medical, military, business, lie detection and many others.
Park, Seung-Soo;Koh, Eun-Jeong;Oh, Young-Min;Lee, Woo-Jong;Eun, Jong-Pil;Choi, Ha-Young
Journal of Korean Neurosurgical Society
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v.41
no.5
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pp.283-290
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2007
Objective : This study was designed to analyze seizure outcome and to investigate the prognostic factors for predicting seizure outcome according to the preoperative evaluations, surgical procedures, topectomy sites and histopathological findings in patients with extratemporal lobe epilepsy [ETLE]. Methods : This study comprised 63 patients with ETLE who underwent surgery. Preoperative evaluations included semiologic analysis, chronic video-EEG monitoring, and neuroimaging studies. Surgical procedures consisted of topectomy in 51 patients, corpus callosotomy in 9, functional hemispherectomy in 2, and vagus nerve stimulation [VNS] in 1. Histopathological findings were reviewed. Postoperative seizure outcomes were assessed by Engel's classification at the average follow up period of 66.8 months. Chi-square test was used for statistics. Results : Total postoperative seizure outcomes were class I in 51 [80%] patients, class II in 6 [10%], class III in 6 [10%]. Patients with structural abnormalities on neuroimaging study showed class I in 49 [88%] patients [p<0.05]. Patients with focal and regional ictal EEG onset revealed class I in 47 [90%] patients [p<0.05]. Semiologic findings, surgical procedures, topectomy sites and histopathological findings did not show statistical correlation with seizure outcome [p<0.05]. Conclusion : A good seizure outcome was obtained in patients with ETLE. The factors for favorable seizure outcome are related to the presence of structural abnormalities on neuroimaging study, and focal and regional ictal EEG onset.
Objectives: Both the valence and arousal components of affect are important considerations when managing mental healthcare because they are associated with affective and physiological responses. Research on arousal and valence analysis, which uses images, texts, and physiological signals that employ deep learning, is actively underway; research investigating how to improve the recognition rate is needed. The goal of this research was to design a deep learning framework and model to classify arousal and valence, indicating positive and negative degrees of emotion as high or low. Methods: The proposed arousal and valence classification model to analyze the affective state was tested using data from 40 channels provided by a dataset for emotion analysis using electrocardiography (EEG), physiological, and video signals (the DEAP dataset). Experiments were based on 10 selected featured central and peripheral nervous system data points, using long short-term memory (LSTM) as a deep learning method. Results: The arousal and valence were classified and visualized on a two-dimensional coordinate plane. Profiles were designed depending on the number of hidden layers, nodes, and hyperparameters according to the error rate. The experimental results show an arousal and valence classification model accuracy of 74.65 and 78%, respectively. The proposed model performed better than previous other models. Conclusions: The proposed model appears to be effective in analyzing arousal and valence; specifically, it is expected that affective analysis using physiological signals based on LSTM will be possible without manual feature extraction. In a future study, the classification model will be adopted in mental healthcare management systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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