Skip to main content
SUPERVISOR
Behzad Nazari,Said Sadri,Reyhaneh Rikhtegaran
بهزاد نظری (استاد راهنما) سعید صدری (استاد راهنما) ریحانه ریخته گران (استاد مشاور)
 
STUDENT
Foozie Foroozmehr
فوزیه فروزمهر

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
The main purpose of this thesis is to study spike sorting methods and to develop a new method using Bayesian Non-parametric Models. Spike sorting is the process of detection, feature extraction, and clustering signals recorded from deep brain embedded electrodes.The output of the process isthe neuronal firing pattern. Spike sorting is the first step in each brain information process.The most important methods for detection, feature extraction and clustering in spike sorting are studied in this thesis.In addition, the two main challenges i.e., the existence of overlapped spikes and variations of spike waveforms over time are investigated. This thesis is focused on non-stationary data clustering and proposes a new method to overcome the second challenge.Model-based clustering and especially Bayesian clustering methods have alreadybeen used for this purpose. In these methods, a mixture distribution is considered as probability density function of the data. It means that each data point is produced by one of the mixture components. In the Bayesian point of view, model parameters are random variables with a prior probability distribution. Bayesian clustering is categorized in two main groups, parametric and non-parametric. In the parametric approaches the number of clusters is assumed to be known and the parameters are unknown. However, the number of clusters is also unknown in the non-parametric Bayesian methods. Dirichlet process mixture (DPM) is one of the methods used for estimating number of clusters. In this thesis a new approach has been developed to track data changes over time based onDPM. Previous frame information is used as the prior for the current frame. Therefore, it is possible to track cluster variations as well as detect changes in the cluster number. Our method was compared with a similar method based on DPM without any prior information. Results showed that the proposed method has a better performance in terms of error rate. Cluster variations were also tracked acceptably. Keywords Spike sorting; Detection, Feature extraction; Clustering; Bayesian inference; Dirichlet proce Non-stationary data
در این پایان‌نامه هدف، مطالعه و توسعه روش‌های دسته‌بندی اسپایک است. فرایندی که طی آن سیگنال‌های ضبط شده از الکترودهای فرورفته در مغز، تحت عملیات آشکارسازی، استخراج ویژگی و خوشه‌بندی قرار می‌گیرند. با این مراحل در حقیقت اسپایک‌های نورون‌های مختلف که واحد انتقال اطلاعات در مغز هستند جداسازی شده و الگوی تولید اسپایک هر نورون، در ازای تحریک ایجاد شده بدست می‌آید. بنابراین دسته‌بندی اسپایک اولین مرحله در پردازش اطلاعات مغز خواهد بود. در این پروژه روش‌های ارائه شده برای هر یک از مراحل دسته‌بندی اسپایک مطالعه شده است. به علاوه دو چالش اصلی پیش روی این موضوع یعنی اولاً وجود اسپایک‌های درهم فرورفته و دوماً تغییر اسپایک‌هادر طول زمان مورد بررسی قرار گرفته است. در تحقیقات انجام شده سعی می‌شود یا روشی ساده‌تر، با پیچیدگی محاسباتی و خطای کم‌تر برای هر یک از مراحل ارائه شود و یا برای چالش‌ها راه حلی پیشنهاد گردد. در این پایان‌نامه نیز تمرکز بر مسئله خوشه‌بندی و ارائه راهکاری برای دنبال کردن تغییرات زمانی است. به این منظور از روش‌های خوشه‌بندی مبتنی بر مدل و به طور مشخص از روش‌های خوشه‌بندی بیزی استفاده شده است. در این نوع خوشه‌بندی ابتدا تابع توزیع احتمال مجموعه داده، به صورت توزیع آمیخته در نظر گرفته می‌شود. یعنی داده‌های هر خوشه (که همان اسپایک‌های تولیدی یک نورون هستند)، توسط یکی از اجزای توزیع تولید شده‌اند. حال برای تخمین پارامترهای مدل در دیدگاه بیزی، به خود پارامترها نیز به صورت متغیر تصادفی نگاه شده و برای آن‌ها تابع چگالی احتمال پیشین در نظر گرفته می‌شود. روش‌های خوشه‌بندی بیزی به دو دسته پارامتری و ناپارامتری تقسیم می‌شوند. در روش‌های پارامتری، تعداد خوشه‌ها دانسته‌شده است و تنها پارامترها مجهول هستند. اما در روش‌های ناپارامتری، تعداد خوشه‌ها نیز به همراه پارامترهای آن‌ها مجهول‌اند. یکی از روش‌هایی که در چارچوب برآوردیابی بیزی، جهت برآورد تعداد خوشه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد، توزیع آمیخته فرایند دیریکله است. بنابر توضیحات داده شده و به منظور دنبال کردن تغییرات زمانی داده‌ها، در این پایان‌نامه، روشی مبتنی بر توزیع آمیخته فرایند دیریکله ارائه شده است. ویژگی این روش، استفاده از اطلاعات بدست آمده از فریم قبل به عنوان اطلاعات پیشین برای فریم فعلی است. بنابراین علاوه بر امکان دنبال کردن تغییرات خوشه‌ها نسبت به فریم قبل، به‌دلیل بهره‌مندی از خواص فرایند دیریکله، امکان تشخیص دادن تغییر تعداد خوشه‌ها در طول زمان نیز فراهم شده است. به منظور بررسی روش پیشنهادی، ابتدا آشکارسازی داده‌های واقعی و استخراج ویژگی به روش PCA صورت گرفت. سپس خوشه‌بندی این داده‌ها توسط روش پیشنهادی و روشی مشابه که از اطلاعات فریم قبل هیچ استفاده‌ای نمی‌کند، انجام شد. نتایج بدست آمده، حاکی از عملکرد بهتر روش پیشنهادی در نرخ خطای به‌وجود آمده و دنبال کردن مناسب تغییرات زمانی خوشه‌ها بوده است. کلمات کلیدی دسته‌بندی اسپایک، آشکارسازی، استخراج ویژگی، خوشه‌بندی، استنباط بیزی، فرایند دیریکله، داده غیر ایستان

ارتقاء امنیت وب با وف بومی