Θέκα δηπισκαηηθήο εξγαζίαο:

Transcript

1 Θέκα δηπισκαηηθήο εξγαζίαο: «Αλαγλώξηζε ζπλαηζζεκάησλ κέζσ επεμεξγαζίαο ειεθηξνεγθεθαινγξαθήκαηνο ρξεζηκνπνηώληαο αλάιπζε πνιπδηάζηαηεο θαηεπζπλόκελεο πιεξνθνξίαο» Δθπόλεζε δηπισκαηηθήο εξγαζίαο: Βάγηα Καιηζά Δπηβιέπσλ θαζεγεηήο: θ. Λεόληηνο Υαηδειενληηάδεο 1

2 2

3 Δπραξηζηίεο Θα ήζεια λα επραξηζηήζσ ηνλ επηβιέπσλ θαζεγεηή θ. Λεόληην Υαηδειενληηάδε θαη ηνλ ππεύζπλν δηδαθηνξηθό θ. Παλαγηώηε Πεηξαλησλάθε γηα ηελ θαζνδήγεζε θαη βνήζεηα πνπ κνπ πξνζέθεξαλ θαζ νιε ηελ δηάξθεηα ηεο εξγαζίαο κνπ πάλσ ζηελ δηπισκαηηθή. Δπίζεο, ζα ήζεια λα επραξηζηήζσ όια ηα άηνκα ηα νπνία έιαβαλ κέξνο ζην πείξακα πνπ πξαγκαηνπνηήζεθε θαη κε ηνλ ηξόπν απηόλ πξόζθεξαλ ηελ βνήζεηά ηνπο γηα ηελ πεξάησζε ηεο δηπισκαηηθήο κνπ εξγαζίαο. Ηνύληνο 2009, Βάγηα Καιηζά 3

4 Πεξίιεςε θνπόο ηεο παξνύζαο εξγαζίαο ήηαλ ε αλάπηπμε ελόο ζπζηήκαηνο αλαγλώξηζεο ζπλαηζζεκάησλ κέζσ εγθεθαιηθώλ ζεκάησλ (EEG). Πξόθεηηαη γηα έλαλ ηνκέα έξεπλαο όπνπ ηα ηειεπηαία ρξόληα έρεη θεληξίζεη ηελ πξνζνρή πνιιώλ επηζηεκόλσλ θαη αξθεηά ζπζηήκαηα αιιειεπίδξαζεο αλζξώπνπππνινγηζηή πνπ βαζίδνληαη ζηελ ιήςε ηέηνησλ ζεκάησλ (Brain Computer Interface) έρνπλ πινπνηεζεί. Ζ ζπγθεθξηκέλε εξγαζία επηθεληξώζεθε ζηελ αλάιπζε ζεκάησλ πνπ ζπιιέρηεθαλ κέζσ ειεθηξνεγθεθαινγξαθήκαηνο, από 16 δεμηόρεηξα ππνθείκελα ειηθίαο 19 έσο 32 ρξνλώλ θαηά ηελ δηαδηθαζία πεηξάκαηνο πνπ πινπνηήζεθε. ην πείξακα απηό ρξεζηκνπνηήζεθαλ έηνηκεο εηθόλεο από ηηο βηβιηνζήθεο Iaps θαη Eckman, νη νπνίεο απνηέιεζαλ ην εξέζηζκα γηα ηελ εμαγσγή ζπγθεθξηκέλνπ ζπλαηζζήκαηνο. ηελ πξώηε πεξίπησζε (iaps) ρξεζηκνπνηήζεθαλ 4 θαηεγνξίεο ζπλαηζζεκάησλ, ελώ ζηελ δεύηεξε (eckman) ρξεζηκνπνηήζεθαλ 6 ζπλαηζζήκαηα. Καηά ηελ επεμεξγαζία ησλ παξαπάλσ ζεκάησλ εθαξκόζηεθε ν ηύπνο ηεο αλάιπζεο πνιπδηάζηαηεο θαηεπζπλόκελεο πιεξνθνξίαο (MDI) θαη ζηελ ζπλέρεηα νξίζηεθε έλα δηάλπζκα γλσξηζκάησλ (feature vector) βάζε ηνπ νπνίνπ εθπαηδεύηεθε ν ηαμηλνκεηήο (classifier). Σα πνζνζηά επηηπρίαο ηνπ ηαμηλνκεηή ππνινγίζηεθαλ ηόζν γηα αλαγλώξηζε κεηαμύ δύν όζν θαη γηα αλαγλώξηζε κεηαμύ πεξηζζνηέξσλ ζπλαηζζεκάησλ. Σα απνηειέζκαηα έδεημαλ όηη όζν απμάλεηαη ν αξηζκόο ησλ ζπλαηζζεκάησλ ηα νπνία θαιείηαη λα αλαγλσξίζεη ν ηαμηλνκεηήο, ηόζν κεηώλεηαη θαη ε αμηνπηζηία ηνπ. Σν κεγαιύηεξν πνζνζηό πνπ πξνέθπςε ήηαλ ηεο ηάμεο ηνπ 78% θαη αθνξνύζε ηα ζπλαηζζήκαηα Anger-Disgust. Γηα πεξηζζόηεξα ζπλαηζζήκαηα ην πνζνζηό έπεθηε αξθεηά αιιά ζε ζπγθξίζηκα θαη θάπνηεο θνξέο ζε θαιύηεξα επίπεδα από ηελ βηβιηνγξαθία. 4

5 Πεξηερόκελα ΠΔΡΙΔΥΟΜΔΝΑ... 5 ΚΔΦΑΛΑΙΟ ΔΗΑΓΧΓΖ ΔΦΑΡΜΟΓΔ ΠΡΟΣΔΗΝΟΜΔΝΖ ΛΤΖ ΓΟΜΖ ΔΡΓΑΗΑ ΚΔΦΑΛΑΙΟ ΣΑ ΤΝΑΗΘΖΜΑΣΑ ΣΖ ΕΧΖ ΜΑ ΤΝΑΗΘΖΜΑΣΑ ΚΑΗ ΔΓΚΔΦΑΛΟ EEG ΖΜΑΣΑ ΠΔΡΗΦΔΡΔΗΑΚΟ ΝΔΤΡΗΚΟ ΤΣΖΜΑ ΚΑΗ ΖΜΑΣΑ EEG Χ ΔΝΓΔΗΞΔΗ ΤΝΑΗΘΖΜΑΣΧΝ ΚΑΣΖΓΟΡΗΟΠΟΗΖΖ ΤΝΑΗΘΖΜΑΣΧΝ ΚΑΗ ΒΗΒΛΗΟΘΖΚΔ MIRROR NEURON SYSTEM STATE-OF THE ART ΚΔΦΑΛΑΙΟ ΜΑΘΖΜΑΣΗΚΖ ΑΝΑΛΤΖ ΑΝΑΛΤΖ ΠΟΛΤΓΗΑΣΑΣΖ ΚΑΣΔΤΘΤΝΟΜΔΝΖ ΠΛΖΡΟΦΟΡΗΑ (MDI) ΠΡΟΒΛΖΜΑ ΣΑΞΗΝΟΜΖΖ Quadratic Discriminant Analysis Mahalanobis Distance ΚΔΦΑΛΑΙΟ ΠΔΗΡΑΜΑΣΗΚΖ ΤΛΟΠΟΗΖΖ ΔΞΟΠΛΗΜΟ ΠΟΤ ΥΡΖΗΜΟΠΟΗΖΘΖΚΔ ΠΔΗΡΑΜΑΣΗΚΖ ΓΗΑΓΗΚΑΗΑ Απσή Πειπάμαηορ Τοποθέηηζη ηλεκηποδίων Δομή πειπάμαηορ ΚΔΦΑΛΑΙΟ ΑΝΑΛΤΖ ΚΑΗ ΑΠΟΣΔΛΔΜΑΣΑ ΦΗΛΣΡΑΡΗΜΑ ΚΑΗ ΣΑΞΗΝΟΜΖΖ ΣΧΝ ΖΜΑΣΧΝ ΑΝΑ ΚΑΣΖΓΟΡΗΔ ΑΝΑΛΤΖ ΖΜΑΣΧΝ Εθαπμογή ηος MDI Υπολογιζμόρ ηος διανύζμαηορ γνωπιζμάηων (feature vector) Ταξινόμηζη (Classification) α Ιaps μέπορ β Eckman μέπορ ΚΔΦΑΛΑΙΟ ΤΜΠΔΡΑΜΑΣΑ ΚΑΗ ΔΠΔΚΣΑΔΗ ΠΗΘΑΝΔ ΜΔΛΛΟΝΣΗΚΔ ΒΔΛΣΗΧΔΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

6 Κεθάιαην Δηζαγσγή Ζ ξαγδαία αλάπηπμε ηνπ Ζιεθηξνληθνύ Τπνινγηζηή (HY) ηηο ηειεπηαίεο δεθαεηίεο θαη θπξίσο ηηο δύν ηειεπηαίεο, έρεη ζπληειέζεη ζην λα ηνλ θαηαζηήζεη απαξαίηεην εξγαιείν ζε πνιινύο ηνκείο ηεο αλζξώπηλεο δξαζηεξηόηεηαο. αλ απνηέιεζκα, ε επηξξνή ηνπ ζηελ θνηλσλία καο έρεη απμεζεί ζεκαληηθά, αθνύ δελ είλαη ιίγεο νη θνξέο πνπ νη άλζξσπνη επηιέγνπλ λα επηθνηλσλνύλ πεξηζζόηεξν κέζσ ηνπ ππνινγηζηή θαη λα αθηεξώλνπλ πνιιέο ώξεο ηεο εκέξαο ηνπο κπξνζηά από ηελ νζόλε ηνπ. Ζ όιν θαη απμαλόκελε απηή επηξξνή ηνπ ΖΤ, έρεη θαηαζηήζεη απαξαίηεηε ηελ δεκηνπξγία ζπζηεκάησλ όιν θαη πην θηιηθώλ πξνο ηνλ άλζξσπν. Έλαο πνιιά ππνζρόκελνο ηνκέαο έξεπλαο, ν νπνίνο ηα ηειεπηαία ρξόληα έρεη ζπγθεληξώζεη ην ελδηαθέξνλ πιήζνπο επηζηεκόλσλ, είλαη ν ιεγόκελνο πλαηζζεκαηηθή Τπνινγηζηηθή (Affective Computing). Ο όξνο απηόο, απνηειεί έλαλ θιάδν κειέηεο θαη αλάπηπμεο ηεο ηερλεηήο λνεκνζύλεο, ν νπνίνο εμεηάδεη ηε δεκηνπξγία ζπζηεκάησλ θαη ζπζθεπώλ πνπ κπνξνύλ λα αλαγλσξίζνπλ, λα εξκελεύζνπλ, θαη λα επεμεξγαζηνύλ ηα αλζξώπηλα ζπλαηζζήκαηα. Έηζη, επηηπγράλεηαη βειηίσζε από ηελ κία ηεο αιιειεπίδξαζεο αλζξώπνπ-ππνινγηζηή (ΑΑΤ) αιιά από ηελ άιιε έρνπκε θαη ζπζηήκαηα δεκηνπξγηθά θαη απξόβιεπηα, ηα νπνία κπνξνύλ λα αμηνπνηεζνύλ ζε ηνκείο όπσο ε εθπαίδεπζε, νη ηέρλεο, ε ςπραγσγία αιιά θαη ε αλζξώπηλε Τγεία. Υαξαθηεξηζηηθά παξαδείγκαηα ηνπ ηξόπνπ εθαξκνγήο ηέηνησλ ζπζηεκάησλ αλαθέξεη ε R. W. Picard [1]. Δλδεηθηηθά, αλαθέξεηαη ην παξάδεηγκα ηνπ δαζθάινπ πηάλνπ. Ο ρξήζηεο είλαη ν καζεηήο θαη ν δάζθαιόο ηνπ ν ππνινγηζηήο. Ο δάζθαινο πέξα από ηελ δπλαηόηεηα λα δηαβάδεη ηηο θηλήζεηο ηνπ καζεηή θαη ην θαηά πόζν ην κνπζηθό θνκκάηη παίδεηαη κε ηνλ ζσζηό ξπζκό, έρεη ηελ ηθαλόηεηα λα αληηιακβάλεηαη θαη ηελ ζπλαηζζεκαηηθή θαηάζηαζε ηνπ καζεηή. Έηζη, αλ αληρλεύζεη γηα παξάδεηγκα ην ζπλαίζζεκα ηεο επραξίζηεζεο από ηνλ καζεηή, ζα ζπλερίζεη κε όιν θαη πην απαηηεηηθά θνκκάηηα, ελώ αληηζέησο, αλ αληηιεθζεί απνγνήηεπζε ή ζηξεο 6

7 ζα κεηώζεη ηνλ ξπζκό δηδαζθαιίαο ηνπ θαη ζα ηνλ ελζαξξύλεη, όπσο αθξηβώο ζα έθαλε θαη έλαο πξαγκαηηθόο άλζξσπνο, δάζθαινο πηάλνπ. Από όια ηα παξαπάλσ γίλεηαη θαλεξό πσο ε αλάπηπμε ηνπ ηνκέα Affective Computing (AC) είλαη πνιιά ππνζρόκελνο θαη ζα πξνζθέξεη πνιιέο δηεπθνιύλζεηο ζηελ θαζεκεξηλόηεηά καο θη όρη κόλν. Απνηειεί έλαλ θαηλνύξην ηνκέα έξεπλαο, ζε πξώηκν αθόκα ζηάδην, πνπ όκσο απαζρνιεί θαη ζα απαζρνιήζεη πνιύ πεξηζζόηεξν ζην κέιινλ ηελ επηζηεκνληθή θνηλόηεηα. 1.2 Δθαξκνγέο Αξθεηέο είλαη νη εθαξκνγέο νη νπνίεο έρνπλ πινπνηεζεί ηα ηειεπηαία ρξόληα θαη έρνπλ θάλεη ήδε πξάμε ηνλ όξν AC. Υαξαθηεξηζηηθά αλαθέξνληαη κεξηθέο από απηέο. Οη Iolanda Leite, Carlos Martinho, André Pereira θαη Ana Paiva δεκηνύξγεζαλ έλα παηρλίδη αιιειεπίδξαζεο κε ηνλ ρξήζηε [2]. πγθεθξηκέλα, πξόθεηηαη γηα έλα παηρλίδη ζθάθη θαηά ην νπνίν ν έλαο παίθηεο είλαη ν άλζξσπνο θαη ν άιινο ην εηδηθό θνηλσληθό ξνκπόη πνπ έρεη αλαπηπρζεί, ην icat. Πξόθεηηαη γηα κία πεηξακαηηθή πιαηθόξκα, ε νπνία έρεη ηελ δπλαηόηεηα αθνύ ιάβεη ζπγθεθξηκέλεο πιεξνθνξίεο από ην πεξηβάιινλ, λα εθθξάζεη ε ίδηα θάπνην ζπλαίζζεκα ρξεζηκνπνηώληαο ηηο εθθξάζεηο πξνζώπνπ. ηελ ζπγθεθξηκέλε εθαξκνγή, ε θαηάζηαζε ηνπ ραξαθηήξα πνπ εθθξάδεηαη από ην icat, πεξηγξάθεηαη από δύν κόιηο παξακέηξνπο: ηελ ζπλαηζζεκαηηθή ηνπ αληίδξαζε, πνπ αθνξά ζύληνκεο ρξνληθέο ζηηγκέο θαη ηελ δηάζεζή ηνπ, ε νπνία δηαξθεί κελ πεξηζζόηεξν αιιά εκθαλίδεηαη ζε πην ήπηα κνξθή. Καηά ηελ εμέιημε ηνπ παηρληδηνύ, αλάινγα κε ηελ έθβαζή ηνπ θαη ηηο θηλήζεηο ηνπ αληηπάινπ ηνπ, ην icat αιιάδεη ζπλερώο ηηο εθθξάζεηο ηνπ πξνζώπνπ ηνπ, θάλνληαο έηζη αληηιεπηή ηελ δηάζεζή ηνπ ζηνλ αληίπαιν. Σν γεγνλόο απηό, ύζηεξα από πεηξακαηηθέο δηαδηθαζίεο, έδεημε όηη αύμεζε ηελ αληίιεςε ηνπ ρξήζηε γύξσ από ην παηρλίδη, κε απνηέιεζκα λα ηνλ βνεζήζεη λα βειηησζεί. 7

8 Αλάινγε ΑΑΤ έρεη επηηεπρζεί θαη κε ηελ ρξήζε θη άιισλ ηέηνησλ θνηλσληθώλ ξνκπόη πνπ έρνπλ αλαπηπρζεί ηα ηειεπηαία ρξόληα. Γηα παξάδεηγκα, ηέηνηνπ είδνπο αιιειεπηδξάζεηο, πνπ βαζίδνληαη όκσο ζηνλ ηόλν ηεο θσλήο ηνπ ρξήζηε, αλαθέξνληαη θη από ηνπο Cynthia Breazeal θαη Lijin Aryananda [3] νη νπνίνη ρξεζηκνπνίεζαλ ην ξνκπόη kismet (βι. εηθ. 1.1), πνπ δηαζέηεη αλάινγεο θνηλσληθέο δεμηόηεηεο. εηθόλα 1.1- ξνκπόη Kismet Μία αθόκε εθαξκνγή, πνπ θάλεη πξαγκαηηθόηεηα ηελ ΑΑΤ θαη πνπ κπνξεί λα αμηνπνηεζεί ζε πιήζνο εθαξκνγώλ πνπ έρνπλ λα θάλνπλ κε ην e- learning είλαη απηή ησλ P. Ravindra De Silva et al. [4]. Πξόθεηηαη γηα ηνλ πξάθηνξα Mix, ν νπνίνο έρεη ηελ ηθαλόηεηα λα ειέγρεη έλα ειεθηξνληθό παηρλίδη αλάινγα κε ηελ έληαζε ησλ ζπλαηζζεκάησλ ηνπ παηδηνύ πνπ ην παίδεη. Υξεζηκνπνηώληαο έλα ζύζηεκα αλαγλώξηζεο θηλήζεσλ, ειέγρεη αλά πάζα ζηηγκή ηελ έληαζε ηόζν ησλ αξλεηηθώλ όζν θαη ησλ ζεηηθώλ ζπλαηζζεκάησλ ηνπ παηδηνύ θαη θξνληίδεη κεηαβάιινληαο ην επίπεδν δπζθνιίαο ηνπ παηρληδηνύ λα ηα θξαηήζεη ζε ζπγθεθξηκέλα επηζπκεηά όξηα. Με ηνλ ηξόπν απηόλ, ην παηδί κπνξεί λα εμαζθεζεί θαη λα βειηησζεί κε ηξόπν επράξηζην θαη ρσξίο λα θνπξαζηεί. Σέινο, αμίδεη λα αλαθεξζεί έλα ζεκαληηθό project πάλσ ζην AC, πνπ έρεη αλαπηπρζεί ηα ηειεπηαία ρξόληα θαη εμειίζζεηαη ζπλερώο. Πξόθεηηαη γηα ην project AURORA (AUtonomous RObotic platform as a Remedial tool for children with Autism). Σν πξόγξακκα απηό, εξεπλά πώο έλα απηόλνκν θηλεηό 8

9 ξνκπόη κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί σο ζεξαπεπηηθό εξγαιείν, πξνθεηκέλνπ λα ελζαξξπλζνύλ παηδηά κε απηηζκό γηα λα πάξνπλ ηελ πξσηνβνπιία δηαθόξσλ ελεξγεηώλ [5]. Μηα από ηηο πξνζπάζεηεο πινπνίεζεο απηνύ ηνπ project είλαη απηό ηεο ρξήζεο ηεο αλζξσπνεηδνύο θνύθιαο-ξνκπόη Robota [6]. Οη πην πάλσ εθαξκνγέο είλαη κόλν ελδεηθηηθέο απηώλ πνπ έρνπλ πξαγκαηνπνηεζεί ηα ηειεπηαία ρξόληα ζην πεδίν ηνπ AC. Ο αλαγλώζηεο κπνξεί εύθνια λα παξαηεξήζεη όηη πηάλνπλ κία επξεία γθάκα ζεκάησλ, από ςπραγσγία θαη εθπαίδεπζε κέρξη θαη ζεξαπεία ζε ζνβαξέο αζζέλεηεο. Χζηόζν, όπσο αλαθέξζεθε θαη λσξίηεξα, νη πεξηζζόηεξεο από απηέο είλαη ζε πεηξακαηηθό ζηάδην αθόκε θαη δελ έρνπλ θπθινθνξήζεη ζηελ αγνξά. 1.3 Πξνηεηλόκελε Λύζε Ζ παξνύζα εξγαζία επηθεληξώζεθε ζηελ αλάιπζε ζεκάησλ πνπ πάξζεθαλ κε ηελ ρξήζε ειεθηξνεγθεθαινγξάθνπ 3 θαλαιηώλ εγγξαθήο (EEG ζήκαηα), ζην εξγαζηήξην ηνπ ηνκέα Σειεπηθνηλσληώλ, ηνπ ηκήκαηνο Ζιεθηξνιόγσλ Μεραληθώλ θαη Μεραληθώλ Τπνινγηζηώλ ζην Αξηζηνηέιεην Παλεπηζηήκην Θεζζαινλίθεο. πλνπηηθά ε δηαδηθαζία πνπ αθνινπζήζεθε είλαη ε παξαθάησ. Αξρηθά έγηλε ιήςε ησλ ζεκάησλ από 16 δεμηόρεηξεο ειηθίαο 19 έσο 32 ρξνλώλ, νη νπνίνη ππνβιήζεθαλ ζε κηα πεηξακαηηθή δηαδηθαζία δηάξθεηαο πεξίπνπ κηζήο ώξαο. Καηά ηελ δηάξθεηα απηήο, ηνπο πξνβιήζεθαλ ζπγθεθξηκέλεο εηθόλεο από έηνηκεο βηβιηνζήθεο (Iaps θαη Eckman - βι. θεθ. 2.5) νη νπνίεο δεκηνπξγνύλ ζπγθεθξηκέλα ζπλαηζζήκαηα. Αλαιπηηθά ε δηαδηθαζία πνπ αθνινπζήζεθε γηα ηελ πεξάησζε ηνπ ζπγθεθξηκέλνπ πεηξάκαηνο πεξηγξάθεηαη ζην θεθάιαην 4. ηελ ζπλέρεηα, ηα ζήκαηα θηιηξαξίζηεθαλ ρξεζηκνπνηώληαο Butterworth ώζηε λα πεξηνξηζηεί ν ζόξπβνο θαη απνκνλώζεθαλ ηα θνκκάηηα θαηά ηα νπνία ην ππνθείκελν έβιεπε ηελ εηθόλα. Καηόπηλ, εθαξκόζηεθε ν ηύπνο αλάιπζεο θαηεπζπλόκελεο πιεξνθνξίαο ζηηο ηξεηο δηαζηάζεηο πνπ 9

10 πξνηείλνπλ ζηελ εξγαζία ηνπο νη Osamu Sakata, Tsuyoshi Shiina θαη Yoichi Saito [7]. Σέινο, αθνινύζεζε ν ππνινγηζκόο ζπγθεθξηκέλσλ ζηαηηζηηθώλ κεηαβιεηώλ γηα θάζε ζπλαίζζεκα, νη νπνίεο ρξεζηκνπνηήζεθαλ σο δηάλπζκα γλσξηζκάησλ ζε ηαμηλνκεηή, κε ηειηθό ζθνπό ηελ δπλαηόηεηα απηόκαηεο θαηεγνξηνπνίεζεο ησλ ζπλαηζζεκάησλ από ην ζύζηεκα. ηόρνο ηνπ ππό πινπνίεζε ζπζηήκαηνο ήηαλ λα είλαη ζε ζέζε λα αλαγλσξίδεη ηα βαζηθά ζπλαηζζήκαηα ηνπ ρξήζηε, παίξλνληαο κόλν EEG-ζήκαηα από απηόλ. Πεξηζζόηεξεο πιεξνθνξίεο γηα ηελ αλάιπζε θαη επεμεξγαζία ησλ ζεκάησλ δίλνληαη ζην θεθάιαην Γνκή Δξγαζίαο δνκή. Ζ ηξέρνπζα εξγαζία ρσξίδεηαη ζε 6 θεθάιαηα θη αθνινπζεί ηελ εμήο Κεθάλαιο 2: Δθζέηνληαη κεξηθέο βαζηθέο αξρέο ησλ ζπλαηζζεκάησλ, όπσο ην ηί ξόιν παίδνπλ ζηελ αλζξώπηλε δσή, ζε πνην ζεκείν ηνπ εγθεθάινπ γελληνύληαη θαη ην πσο ηα θαηαηάζζνπλ ζπρλά νη επηζηήκνλεο. Δπίζεο, γίλεηαη αλαθνξά ζηνπο ηξόπνπο κε ηνπο νπνίνπο κπνξνύκε λα πάξνπκε πιεξνθνξίεο γηα ηελ ζπλαηζζεκαηηθή θαηάζηαζε θάπνηνπ ρξεζηκνπνηώληαο δηάθνξεο ελδείμεηο από ην ζώκα ηνπ. Δμεγείηαη ηί είλαη ηα EEG ζήκαηα, ην mirror neuron system θαη ηέινο παξνπζηάδεηαη ζπλνπηηθά ην ηη έρεη πξαγκαηνπνηεζεί κέρξη ηώξα ζηνλ ζπγθεθξηκέλν ηνκέα έξεπλαο. Κεθάλαιο 3: Αθνινπζεί ε καζεκαηηθή αλάιπζε πνπ πξαγκαηνπνηήζεθε ζηα ζήκαηα πνπ ζπιιέρηεθαλ. Κεθάλαιο 4: Πεξηγξάθεηαη ε πεηξακαηηθή πινπνίεζε πνπ πξαγκαηνπνηήζεθε ζην εξγαζηήξην θαη ην ηη κέηξα πάξζεθαλ ώζηε λα εμαζθαιηζηεί ε όζν ηνλ δπλαηόλ κεγαιύηεξε αμηνπηζηία ησλ κεηξήζεσλ. Κεθάλαιο 5: Δθηίζεηαη ε αλάιπζε θαη ε επεμεξγαζία πνπ έγηλε ζηα ζήκαηα, θαζώο θαη ηα απνηειέζκαηα πνπ πξνέθπςαλ από απηήλ. 10

11 Κεθάλαιο 6: Πεξηιακβάλεη ηα ζπκπεξάζκαηά καο θαζώο θαη ηηο επεθηάζεηο καο, πνπ κπνξνύλ λα γίλνπλ ζην κέιινλ. Σέινο αθνινπζεί ε βηβιηνγξαθία ε νπνία ρξεζηκνπνηήζεθε. 11

12 Κεθάιαην Σα πλαηζζήκαηα ζηε δσή καο Σα ζπλαηζζήκαηα παίδνπλ πξσηαγσληζηηθό ξόιν ζηελ δσή θάζε αλζξώπνπ. Παξόια απηά, πνιιέο θνξέο ζην παξειζόλ έρνπλ θαηεγνξεζεί ζηνλ δπηηθό πνιηηηζκό, σο ππεύζπλα γηα ηελ ιήςε απζόξκεησλ θαη κε νξζνινγηζηηθώλ απνθάζεσλ. αλ ζπλέπεηα, γηα έλα κεγάιν ρξνληθό δηάζηεκα, ηα ζπλαηζζήκαηα δελ απνηεινύζαλ έλα επηζπκεηό ραξαθηεξηζηηθό γηα ηα ζπζηήκαηα ηερλεηήο λνεκνζύλεο, ηα νπνία απαηηνύληαλ λα είλαη ηειείσο νξζνινγηζηηθά, κε ηελ ειπίδα όηη θάηη ηέηνην ζα ηα νδεγνύζε ζε ζσζηόηεξεο απνθάζεηο. Χζηόζν, ε πεπνίζεζε απηή έρεη εγθαηαιεηθζεί ηειείσο ηα ηειεπηαία ρξόληα, θαζώο έρεη απνδεηρηεί όηη ην ζπλαίζζεκα ζπρλά παίδεη θαζνξηζηηθό ξόιν ζηνλ ηξόπν κε ηνλ νπνίν ζα ιεθζεί κία απόθαζε θαη είλαη άκεζα ζπλδεδεκέλν κε ηελ ινγηθή ζθέςε. Δίλαη γλσζηό γηα παξάδεηγκα, όηη ε ιήςε κηαο ινγηθήο απόθαζεο γηα έλα θαζεκεξηλό πξόβιεκα, βαζίδεηαη ζηηο εκπεηξίεο πνπ έρνπλ απνθηεζεί από ην άηνκν σο ηόηε θαη νη νπνίεο ζπλδένληαη κε θάπνην ζπλαίζζεκα, επράξηζην ή δπζάξεζην. Ζ απόθαζε ηειηθά πνπ ζα παξζεί από ην άηνκν θαη ζα είλαη θαη ε πην ινγηθή, ζα θξηζεί από απηό αθξηβώο ην ζπλαίζζεκα. Ζ εξγαζία ηνπ Damasio έξρεηαη λα απνδείμεη κε ηελ ζεηξά ηεο, όηη ε κε εκπινθή ζπλαηζζεκάησλ ζηελ ιήςε απνθάζεσλ, κπνξεί λα νδεγήζεη ζε πιήξε αλαπνθαζηζηηθόηεηα [8]. πσο αλαθέξεη, αζζελείο ηνπ πνπ έπαζραλ από δπζιεηηνπξγία ηνπ κεησπηθνύ ινβνύ, ε νπνία επεξέαδε κέξνο ηνπ θινηνύ πνπ επηθνηλσλεί κε ην επηρείιην ζύζηεκα (εγθεθαιηθέο δνκέο πνπ βξίζθνληαη θάησ από ηνλ εγθεθαιηθό θινηό θαη απνηεινύλ ηνπο βαζηθνύο ξπζκηζηέο ηεο ζπλαηζζεκαηηθήο ζπκπεξηθνξάο), εκθαλίδνληαλ έμππλνη κελ αιιά θαη αζπλήζηζηα ινγηθνί, αθνύ έδεηρλαλ αδπλακία λα ελζσκαηώζνπλ ην ζπλαίζζεκα ζηηο απνθάζεηο ηνπο. ύκθσλα κε ηνλ Damasio, νη ζπγθεθξηκέλνη αζζελείο, παξαηεξήζεθε όηη ππέθεξαλ από έιιεηςε ηεο ηθαλόηεηαο λα ιακβάλνπλ κία νπνηαδήπνηε απόθαζε. Αθόκα θαη ζε πνιύ απιέο πεξηπηώζεηο, όπνπ έλαο πγηήο άλζξσπνο ζα θαηέιεγε πνιύ γξήγνξα 12

13 ζε κηα απόθαζε, νη αζζελείο απηνί κπνξνύζαλ λα πεξλάλε θαη ώξεο νιόθιεξεο ρσξίο λα έρνπλ θαηαιήμεη ζε θάπνηα απόθαζε. ια ηα παξαπάλσ, θαζηζηνύλ ζαθέο όηη πξνθεηκέλνπ λα έρνπκε ππνινγηζηέο απηόλνκνπο, πξαγκαηηθά απνηειεζκαηηθνύο ζηε ιήςε απνθάζεσλ αιιά θαη θηιηθνύο πξνο ηνλ άλζξσπν-ρξήζηε, είλαη απαξαίηεηε ε αλάπηπμε κεραληζκώλ πνπ ζα πξνζνκνηάδνπλ ην αλζξώπηλν ζπλαίζζεκα θαη ζα θάλνπλ ηνλ ππνινγηζηή, ηόζν λα αληηιακβάλεηαη, κε ηνλ ηξόπν ηνπ, ηα ζπλαηζζήκαηα ηνπ ρξήζηε όζν θαη λα εθθξάδεη ν ίδηνο θάπνηα ζπλαηζζήκαηα. Ζ παξνύζα εξγαζία, επηθεληξώλεηαη ζην πξώην θνκκάηη πνπ έρεη λα θάλεη κε ηελ αλαγλώξηζε ησλ βαζηθώλ ζπλαηζζεκάησλ ηνπ ρξήζηε από ην ππνινγηζηηθό ζύζηεκα. 2.2 πλαηζζήκαηα θαη εγθέθαινο ύκθσλα κε ηνπο λεπξνεπηζηήκνλεο, ηα ζπλαηζζήκαηα ησλ αλζξώπσλ ζπλδένληαη θαηά θύξην ιόγν κε κηα κηθξή πεξηνρή ηνπ εγθεθάινπ ηελ ακπγδαιή (βι. εηθ. 2.1). Πξόθεηηαη γηα κία πνιύπινθε λεπξηθή δνκή ζε ζρήκα ακπγδάινπ, ε νπνία βξίζθεηαη ζην ζηεθαληαίν ζύζηεκα, κέζα ζηνλ δηάκεζν θξνηαθηθό ινβό. Οη ακπγδαιέο ζηνλ αλζξώπηλν εγθέθαιν είλαη δύν, κία ζε θάζε εκηζθαίξην. Ζ εμέιημή ηνπο κε ηελ πάξνδν ησλ ρξόλσλ ππήξμε θαζνξηζηηθή ώζηε λα απνηειέζνπλ ην πην ζεκαληηθό ηκήκα όζνλ αθνξά ζηελ έθθξαζε ησλ ζπλαηζζεκάησλ θαη ηελ αλάπηπμε ηεο κλήκεο. ύκθσλα κε παιηόηεξεο ζεσξίεο πνπ είραλ αλαπηπρζεί, νη επηζηήκνλεο ζεσξνύζαλ όηη ην αξηζηεξό εκηζθαίξην επζύλεηαη θπξίσο γηα ηηο γλσζηηθέο ιεηηνπξγίεο, ελώ ην δεμί είλαη απηό πνπ είλαη ππεύζπλν θαηά θύξην ιόγν γηα ηελ αλάπηπμε ησλ ζπλαηζζεκάησλ. Χζηόζν, ηα ηειεπηαία ρξόληα ε θπξίαξρε αληίιεςε είλαη όηη ηόζν ην αξηζηεξό εκηζθαίξην όζν θαη ην δεμί ζπκκεηέρνπλ εμίζνπ ζηελ έθθξαζε ζπλαηζζεκάησλ, αιιά κε δηαθνξεηηθό ηξόπν ην θαζέλα [9]. Μειέηεο, απνδεηθλύνπλ όηη ην αξηζηεξό εκηζθαίξην είλαη ππεύζπλν θαηά θύξην ιόγν γηα ηα ζεηηθά ζπλαηζζήκαηα, ελώ ην δεμί είλαη απηό πνπ θπξηαξρεί ζηα αξλεηηθά [10]. 13

14 εηθόλα 2.1- Σνκή ηνπ αλζξώπηλνπ εγθεθάινπ Δλδεηθηηθά, έξεπλεο γηαηξώλ απνθαιύπηνπλ, όηη έλαο αξηζκόο αζζελώλ πνπ έπαζραλ από βιάβεο ζηνλ αξηζηεξό κεησπηαίν ινβό εκθάληδαλ ζπκπηώκαηα θαηάζιηςεο. Σν αληίζεην δε ζπλέβαηλε κε αζζελείο όπνπ ε βιάβε εληνπηδόηαλ ζην δεμί ηκήκα ηνπ κεησπηαίνπ ινβνύ. ε απηήλ ηελ πεξίπησζε, ζεκάδηα αλεμήγεηεο ραξάο θαη καλίαο έθαλαλ ηελ εκθάληζή ηνπο [11][12]. ια απηά ζπληέιεζαλ ζην λα εδξαησζεί ηειηθά ε άπνςε όηη ην δεμί εκηζθαίξην είλαη εληνλόηεξα ελεξγό θαηά ηελ εκθάληζε ησλ αξλεηηθώλ ζπλαηζζεκάησλ, ελώ ην αληίζεην ζπκβαίλεη κε ην αξηζηεξό εκηζθαίξην. Απηήλ ηελ δηαθξηηνπνίεζε ηεο δξαζηεξηόηεηαο ηνπ εγθεθάινπ έρνπκε ηελ δπλαηόηεηα λα ηελ εληνπίδνπκε θπξίσο ζηνλ κεησπηαίν ινβό, θαζώο ε αλίρλεπζε ζεκάησλ θαη άιινπ είδνπο πιεξνθνξηώλ από ηελ ακπγδαιή δπζρεξαίλεηαη εμαηηίαο ηεο ζέζεο ηεο, εζσηεξηθά ηνπ εγθεθάινπ. 2.3 EEG ζήκαηα Ο θαηεμνρήλ ρξεζηκνπνηνύκελνο ηξόπνο κέηξεζεο ηεο δξαζηεξηόηεηαο ζηνλ θινηό ηνπ εγθεθάινπ είλαη ην 14

15 ειεθηξνεγθεθαινγξάθεκα (electroencephalogram - EEG). Ζ ειεθηξηθή δξαζηεξηόηεηα ε νπνία θαηαγξάθεηαη από ηνλ ειεθηξνεγθεθαινγξάθν (ζπζθεπή ιήςεο ζεκάησλ EEG), νθείιεηαη ζηα λεπξηθά θύηηαξα, ηνπο ιεγόκελνπο λεπξώλεο. Σν ζήκα από κία ζπγθεθξηκέλε πεξηνρή ηνπ εγθεθάινπ, απνηειεί νπζηαζηηθά ην άζξνηζκα ηνπ ζπλόινπ ησλ ζεκάησλ όισλ ησλ λεπξώλσλ πξνο ηελ ζπγθεθξηκέλε πεξηνρή. Σα EEG ζήκαηα πνπ ιακβάλνπκε, αλάινγα κε ηελ ζπρλόηεηά ηνπο, ρσξίδνληαη ζε 4 θύξηεο θαηεγνξίεο. Delta (0,5-4Hz) Theta (4-7Hz) Alpha (8-12Hz) Beta (12-30Hz) ύκθσλα κε έξεπλεο πνπ έρνπλ γίλεη [13], ηα alpha θύκαηα κεζαίνπ κεγέζνπο πνπ εθπέκπνληαη από ηνλ εγθέθαιν, ππνδειώλνπλ κία θαηάζηαζε εξεκίαο θαη ραιάξσζεο ηνπ αηόκνπ. Ζ παξνπζία ησλ θπκάησλ απηώλ γίλεηαη πεξηζζόηεξν έθδειε ζηελ πεξηνρή ηνπ βξεγκαηηθνύ θαη ηληαθνύ ινβνύ (βι. Δηθ. 2.2). ε πεξίπησζε κεηάβαζεο από κία ήξεκε θαηάζηαζε ζε κηα θαηάζηαζε εγξήγνξζεο, έρεη παξαηεξεζεί σζηόζν, κείσζε ηεο δξαζηεξηόηεηαο ησλ alpha θπκάησλ θαη παξάιιειε αύμεζε απηήο ησλ beta. Ζ δξαζηεξηόηεηα απηή ησλ beta θπκάησλ είλαη πεξηζζόηεξν εκθαλήο ζην κπξνζηηλό ηκήκα ηνπ θινηνύ ηνπ εγθεθάινπ, ζηνλ κεησπηαίν ινβό. Οη άιιεο δύν θαηεγνξίεο θπκάησλ, delta θαη theta, εκθαλίδνληαη ζηνπο ελήιηθεο κόλν ζε θαηάζηαζε ύπλνπ ή ππλειίαο, ελώ ε παξνπζία ηνπο ζε άιιε πεξίπησζε ππνδειώλεη θάπνηα δπζιεηηνπξγία ηνπ εγθεθάινπ. 15

16 εηθόλα 2.2- Μέξε ηνπ εγθεθάινπ Δπνκέλσο ηα EEG ζήκαηα πνπ καο ελδηαθέξνπλ είλαη ηα alpha θαη beta waves. Σα κελ πξώηα εκθαλίδνληαη ζε κεγαιύηεξν βαζκό όηαλ ην άηνκν βξίζθεηαη ζε θαηάζηαζε εξεκίαο, όπνπ παξαηεξείηαη κεησκέλε δξαζηεξηόηεηα ηνπ εγθεθάινπ, ελώ αληίζεηα ηα ηειεπηαία θπξηαξρνύλ, όηαλ ην άηνκν είλαη ζε εγξήγνξζε θαη επνκέλσο ν εγθέθαινο εκθαλίδεη εληνλόηεξε πλεπκαηηθή δξαζηεξηόηεηα [14]. 2.4 Πεξηθεξεηαθό Νεπξηθό ύζηεκα θαη ζήκαηα EEG σο ελδείμεηο ζπλαηζζεκάησλ Έξεπλεο ηεο Φπρνθπζηνινγίαο, έρνπλ θαηαιήμεη ζην γεγνλόο όηη ππάξρεη έληνλε ζπζρέηηζε κεηαμύ ησλ ζεκάησλ ηνπ πεξηθεξεηαθνύ λεπξηθνύ ζπζηήκαηνο ηνπ αλζξώπνπ θαη ησλ ζπλαηζζεκάησλ ηνπ. Ζ ιεγόκελε γιώζζα ηνπ ζώκαηνο αλ αλαιπζεί ζσζηά κπνξεί λα καο δώζεη πιήζνο πιεξνθνξηώλ γηα ηελ παξνύζα ζπλαηζζεκαηηθή θαηάζηαζε ηνπ αηόκνπ. Καηά ηνπο R. S. Lazarus, A. D. Kanner and S. Folkman ην θάζε ζπλαίζζεκα 16

17 είλαη πνιύ πηζαλόλ λα έρεη ην δηθό ηνπ κνλαδηθό ηξόπν ζσκαηηθήο αληαπόθξηζεο [17]. Οη δύν πην επξέσο ρξεζηκνπνηνύκελεο σο ηώξα ελδείμεηο, πξνθεηκέλνπ λα αλαγλσξηζηνύλ ηα ζπλαηζζήκαηα θάπνηνπ, είλαη νη εθθξάζεηο ηνπ πξνζώπνπ ηνπ θαη ε θσλή ηνπ. Οη εθθξάζεηο ηνπ πξνζώπνπ άξρηζαλ λα απαζρνινύλ ηνπο επηζηήκνλεο από πνιύ λσξίο. Ήδε ν Duchenne, [18] ζην βηβιίν ηνπ πνπ δεκνζίεπζε ην 1862, αλαγλσξίδεη αλεμάξηεηνπο κπο έθθξαζεο ζην πξόζσπν, νη νπνίνη ζπλδένληαη κε δηαθνξεηηθό ζπλαίζζεκα. Μηα πην επαξθήο θαη αμηόπηζηε σζηόζν πξνζπάζεηα θαηαγξαθήο ηεο ζρέζεο κεηαμύ εθθξάζεσλ πξνζώπνπ θαη ζπλαηζζήκαηνο, απνηειεί ε πνιύ πην πξόζθαηε δεκνζίεπζε ηνπ Paul Eckman ην 1978 [19]. Αληίζηνηρεο πνιύρξνλεο έξεπλεο έρνπλ γίλεη θαη γηα ηελ επίδξαζε ησλ ζπλαηζζεκάησλ ζηελ αλζξώπηλε νκηιία [20]. ρεηηθά πεηξάκαηα έρνπλ επηβεβαηώζεη επαλεηιεκκέλσο ην γεγνλόο όηη κπνξνύκε λα θαηαιάβνπκε ηελ ζπλαηζζεκαηηθή θαηάζηαζε θάπνηνπ (ηνπιάρηζηνλ όζνλ αθνξά θάπνηα βαζηθά ζπλαηζζήκαηα) από ηνλ ηόλν ηεο θσλήο ηνπ θαη κόλν [21]. Δθηόο ησλ παξαπάλσ σζηόζν, ππάξρνπλ θαη πιεζώξα άιισλ ζσκαηηθώλ ελδείμεσλ, νη νπνίεο κπνξνύλ λα ρξεζηκνπνηεζνύλ θαη λα ζπλδπαζηνύλ, πξνθεηκέλνπ λα βνεζήζνπλ ζηελ ζσζηή αλαγλώξηζε ησλ ζπλαηζζεκαηηθώλ θαηαζηάζεσλ. Απηά ζπκπεξηιακβάλνπλ ηνπο θηύπνπο ηεο θαξδηάο, ηελ αξηεξηαθή πίεζε, ηνλ ζθπγκό, ηελ δηαζηνιή ηεο θόξεο ηνπ καηηνύ, ηελ αλαπλνή, ην ρξώκα θαη ηελ αγσγηκόηεηα ηνπ δέξκαηνο θαη ηέινο ηελ ζεξκνθξαζία. Μεγάινο αξηζκόο πεηξακάησλ έρνπλ πξαγκαηνπνηεζεί ρξεζηκνπνηώληαο θάηη από όια ηα παξαπάλσ, κε ζθνπό ηελ κειινληηθή αλαγλώξηζε ησλ αλζξώπηλσλ ζπλαηζζεκάησλ από ππνινγηζηηθά ζπζηήκαηα. Δλδεηθηηθά, αλαθέξεηαη ην ζύζηεκα πνπ αλέπηπμε ε K. H. Kim θαη ην νπνίν δείρλεη ηελ αληαλάθιαζε ηεο επηξξνήο πνπ έρνπλ ηα ζπλαηζζήκαηα ζην απηόλνκν λεπξηθό ζύζηεκα [15]. ηελ ζπγθεθξηκέλε πεξίπησζε ηα ζήκαηα εηζόδνπ πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ ήηαλ ην ειεθηξνθαξδηνγξάθεκα (electrocardiogram- ECG), ην ειεθηξνκπνγξάθεκα (electromyography- 17

18 EMG), ν ζθπγκόο θαη ηέινο ε ζεξκνθξαζία ηεο επηθάλεηαο ηνπ δέξκαηνο (skin temperature- SKT). Παξ όια απηά, αλ θαη ην πεξηθεξεηαθό λεπξηθό ζύζηεκα κπνξεί νκνινγνπκέλσο λα καο δώζεη ζηνηρεία γηα ηελ ζπλαηζζεκαηηθή θαηάζηαζε ηνπ αηόκνπ, δελ κπνξεί ζε θακηά πεξίπησζε λα ζεσξεζεί ηόζν αμηόπηζην όζν ηα ζήκαηα πνπ πξνέξρνληαη απεπζείαο από ηνλ εγθέθαιν (EEG). πσο αλαθέξζεθε θαη λσξίηεξα, ν ηόπνο γέλλεζεο ησλ ζπλαηζζεκάησλ είλαη ε ακπγδαιή ηνπ εγθεθάινπ, γεγνλόο πνπ θη από κόλν ηνπ δείρλεη όηη ηα EEG ζήκαηα θαίλεηαη λα ππεξηεξνύλ έλαληη όισλ ησλ ππνινίπσλ ζεκάησλ Πξνο απηήλ ηελ άπνςε ζπγθιίλνπλ ηνπιάρηζηνλ θαη ηα κέρξη ζηηγκήο πεηξάκαηα πνπ έρνπλ πξαγκαηνπνηεζεί. Υαξαθηεξηζηηθά γίλεηαη αλαθνξά ζην πείξακα ησλ Guillaume Chanel, Karim Ansari-Asl θαη Thierry Pun [16], νη νπνίνη ρξεζηκνπνίεζαλ ηόζν EEG όζν θαη πεξηθεξεηαθά ζήκαηα. Σν ζπκπέξαζκα ζην νπνίν θαηαιήγνπλε είλαη όηη ηα EEG ζήκαηα είλαη γηα πνιινύο ιόγνπο πνιύ πην απνηειεζκαηηθά από ηα αληίζηνηρα πεξηθεξεηαθά όζνλ αθνξά ζηελ αλαγλώξηζε ησλ ζπλαηζζεκάησλ. Δηδηθά ε ηθαλόηεηά ησλ πεξηθεξεηαθώλ ζεκάησλ λα δηαθξίλνπλ ην θαηά πόζν ζεηηθό ή αξλεηηθό είλαη έλα ζπλαίζζεκα ζεσξείηε πνιύ κηθξή ζε ζύγθξηζε κε ηα EEG. Γηα ηνλ ιόγν απηόλ, ελδείθλπηαη ε ρξεζηκνπνίεζε EEG ζεκάησλ πξνθεηκέλνπ λα έρνπκε όζν ην δπλαηόλ πην αμηόπηζηα απνηειέζκαηα. Ζ ηξέρνπζα εξγαζία επηθεληξώλεηαη ζηελ αλάιπζε απηώλ ησλ ζεκάησλ, θαζώο είλαη θαη ηα κόλα ζήκαηα ηα νπνία ρξεζηκνπνηήζεθαλ θαηά ηελ πεηξακαηηθή δηαδηθαζία. 2.5 Καηεγνξηνπνίεζε ζπλαηζζεκάησλ θαη βηβιηνζήθεο Έλα θπξίαξρν πξόβιεκα κε ην νπνίν εξρόκαζηε αληηκέησπνη ζηελ πξνζπάζεηα αλαγλώξηζεο ησλ ζπλαηζζεκάησλ ελόο αηόκνπ, είλαη ε ίδηα ε θύζε ησλ ζπλαηζζεκάησλ, θαζώο θαη νη ίδηνη νη ςπρνιόγνη δελ έρνπλ δώζεη έλαλ θνηλώο απνδεθηό νξηζκό ηνπ ηη είλαη ην ζπλαίζζεκα θαη ζε πόζα είδε ρσξίδεηαη. Δπίζεο, ε δηάθξηζε κεηαμύ ηνπ ζπλαηζζήκαηνο θαη άιισλ ζρεηηθώλ 18

19 δνκώλ όπσο είλαη νη αηζζήζεηο, ε δηάζεζε ή ε πξνζσπηθόηεηα ελόο αηόκνπ παξακέλεη αθόκε ζθνηεηλή θη αδηεπθξίληζηε. Χζηόζν, ζηελ ζπγθεθξηκέλε εξγαζία ην δεηνύκελν δελ είλαη ν νξηζκόο ηνπ ηη είλαη αθξηβώο ην ζπλαίζζεκα θαη ην πσο δεκηνπξγείηαη, αιιά ε πξνζέγγηζή ηνπ σο κία ππνινγηζηηθή θαη αληηπξνζσπεπηηθή λνεηηθή δνκή, ε νπνία κπνξεί λα αλαπαξαζηαζεί θαη λα θαηαλνεζεί από ηα ζπζηήκαηα ηερλεηήο λνεκνζύλεο. Πξνο απηήλ ηελ θαηεύζπλζε έρνπλ πξνηαζεί δηάθνξα κνληέια. Tν γλσζηό σο OCC κνληέιν πνπ πξνηάζεθε από ηνπο Ontony, Clore θαη Collins ην 1988 [22], θαηεγνξηνπνηεί ηα ζπλαηζζήκαηα κε βάζε ηηο ζεηηθέο ή αξλεηηθέο αληηδξάζεηο ζε γεγνλόηα, πξάμεηο ή αληηθείκελα. Σν κνληέιν νξίδεη 22 δηαθνξεηηθά ζπλαηζζήκαηα, ζηα νπνία αξγόηεξα πξνζηέζεθαλ θη άιια 4 από ηνλ Elliott. Έλαο πνιύ δηαδεδνκέλνο αιιά θαη απινπζηεπκέλνο ηξόπνο αλαπαξάζηαζεο ησλ ζπλαηζζεκάησλ είλαη απηόο ηεο δηζδηάζηαηεο απεηθόληζεο. Σν θάζε ζπλαίζζεκα ραξαθηεξίδεηαη από 2 ζπληεηαγκέλεο. Απηήλ ηεο πνιηθόηεηαο (ην αλ δειαδή είλαη ζεηηθό ή αξλεηηθό) θαη ηελ δεύηεξε πνπ εθθξάδεη ηελ έληαζε ηνπ εθάζηνηε ζπλαηζζήκαηνο. Πξνθεηκέλνπ λα πξνσζεζεί θαη λα δηεπθνιπλζεί ε παγθόζκηα έξεπλα πάλσ ζηελ αλαγλώξηζε ζπλαηζζεκάησλ ν Peter J. Lang πξαγκαηνπνίεζε κηα ζεηξά πεηξακάησλ ην 1988 θαη θαηέιεμε ζηελ δεκηνπξγία ηεο βηβιηνζήθεο IAPS (International Affective Picture System). Γεκηνύξγεζε κηα βάζε δεδνκέλσλ απνηεινύκελε από εηθόλεο πνηθίινπ πεξηερνκέλνπ, ηηο νπνίεο θαη ρξεζηκνπνίεζε σο ζπλαηζζεκαηηθό εξέζηζκα. Όζηεξα από αιιεπάιιεια πεηξάκαηα, θαηέηαμε θάζε κία από απηέο, ζύκθσλα κε ηελ πνιηθόηεηα θαη ηελ έληαζε ηνπ ζπλαηζζήκαηνο πνπ πξνθαινύλ ζε 4 θαηεγνξίεο, αλάινγα κε ην ηεηαξηεκόξην ζην νπνίν βξίζθνληαλ ε απεηθόληζή ηνπο. Με ηνπο δύν άμνλεο ζην θαξηεζηαλό ζύζηεκα λα εθθξάδνπλ ηελ πνιηθόηεηα ηνπ ζπλαηζζήκαηνο θαη ηελ έληαζή ηνπ, ην πξώην ηεηαξηεκόξην ζπκβνιίδεη ζεηηθό ζπλαίζζεκα θαη πςειή έληαζε, ην δεύηεξν αξλεηηθό ζπλαίζζεκα θαη πςειή έληαζε, ην ηξίην αξλεηηθό ζπλαίζζεκα θαη ρακειή έληαζε θαη ην ηέηαξην ηεηαξηεκόξην ζεηηθό ζπλαίζζεκα θαη ρακειή έληαζε (βι. Δηθ. 2.3) [24]. 19

20 εηθόλα 2.3- Καξηεζηαλό επίπεδν πνιηθόηεηαο-έληαζεο Μία δηαθνξεηηθή ηειείσο πξνζέγγηζε απνηειεί ε εξγαζία ηνπ P. Eckman [25]. ύκθσλα κε απηόλ, ππάξρνπλ θάπνηα βαζηθά ζπλαηζζήκαηα παγθνζκίσο θνηλά ζε όινπο ηνπο αλζξώπνπο θαη ηα νπνία κπνξνύλ εύθνια λα πξνζδηνξηζηνύλ από ηηο εθθξάζεηο ηνπ πξνζώπνπ θαη κόλν. Ζ ιίζηα ησλ βαζηθώλ ζπλαηζζεκάησλ πνπ πξόηεηλε πεξηιάκβαλε 6 ζπλαηζζήκαηα: ζπκόο, αεδία, θόβνο, ραξά, ιύπε θαη έθπιεμε. ηελ ζπλέρεηα επέθηεηλε ηελ ιίζηα απηήλ κε αθόκε έληεθα ζπλαηζζήκαηα, ηα νπνία σζηόζν δελ είλαη όια δηαθξηηά από ηνπο κπο ηνπ πξνζώπνπ. ηελ παξνύζα εξγαζία έγηλε ρξήζε ηόζν ηεο βηβιηνζήθεο IAPS κε ηελ δηζδηάζηαηε απεηθόληζε ησλ ζπλαηζζεκάησλ όζν θαη θσηνγξαθηώλ από ηελ βηβιηνζήθε ηνπ Δckman, πνπ αθνξνύζαλ εηθόλεο πξνζώπσλ πνπ εθδήισλαλ έλα από ηα παξαπάλσ 6 βαζηθά ζπλαηζζήκαηα. 2.6 Mirror Neuron System Μία από ηηο κεγαιύηεξεο θαη ζεκαληηθόηεξεο αλαθαιύςεηο ηεο Νεπξνεπηζηήκεο απνηειεί ε αλαθάιπςε ησλ λεπξώλσλ θαζξεπηώλ (mirror neurons), πνπ ζπλέβε κόιηο πξηλ κία δεθαεηία. 20

21 Οη λεπξώλεο, όπσο αλαθέξζεθε θαη παξαπάλσ, απνηεινύλ έλα από ηα δνκηθά ζπζηαηηθά ηνπ εγθεθάινπ. Πξόθεηηαη γηα θύηηαξα πνπ έρνπλ ηελ ηθαλόηεηα λα δηαβηβάδνπλ θαη λα εθπέκπνπλ ειεθηξνρεκηθά ζήκαηα. Αληαπνθξίλνληαη ζε εξεζίζκαηα θαη ζρεηίδνληαη ηόζν κε ηηο αηζζήζεηο καο όζν θαη κε ηηο θηλήζεηο καο. Ζ αλαθάιπςε ησλ mirror neurons πξαγκαηνπνηήζεθε ζην παλεπηζηήκην ηεο Πάξκα ην 1996 θαηά ηελ δηεμαγσγή πεηξακάησλ ζε πηζήθνπο ηνπ είδνπο macaque θαη ζρεηίδνληαλ κε ηνπο θηλεηηθνύο λεπξώλεο. πγθεθξηκέλα, ρξεζηκνπνηήζεθαλ ειεθηξόδηα ηα νπνία θαηέγξαθαλ ηελ δξαζηεξηόηεηα ησλ θηλεηηθώλ λεπξώλσλ θάζε θνξά πνπ ν πίζεθνο άπισλε ην ρέξη ηνπ λα πάξεη ηα θηζηίθηα πνπ είρε κπξνζηά ηνπ. Κάπνηα ζηηγκή πνπ ν πίζεθνο ήηαλ αθίλεηνο θαη ν επηζηήκνλαο γηα θάπνηνλ ιόγν άξπαμε έλα από ηα θηζηίθηα, έθπιεθηνο παξαηήξεζε όηη νη θηλεηηθνί λεπξώλεο ηνπ πηζήθνπ ελεξγνπνηήζεθαλ ρσξίο λα έρεη θάλεη ν ίδηνο θακία θίλεζε. Πεηξάκαηα πνπ αθνινύζεζαλ, έδεημαλ όηη νη ίδηνη λεπξώλεο πνπ ελεξγνπνηνύληαη όηαλ ν πίζεθνο θάλεη κία ζπγθεθξηκέλε θίλεζε, ελεξγνπνηνύληαη θαη όηαλ απιά παξαθνινπζεί ηελ ίδηα θίλεζε από θάπνηνλ άιινλ, ρσξίο ν ίδηνο λα θηλείηαη. Λόγσ απηήο ηεο ηδηόηεηάο ηνπο, πήξαλ θαη ην όλνκα mirror neurons, θαζώο ν εγθέθαινο θαίλεηαη λα θαζξεθηίδεη ηηο θηλήζεηο πνπ βιέπεη θαη λα αληηδξά ζαλ λα ηηο έθαλε θαη ν ίδηνο. Υξεζηκνπνηώληαο ηερληθέο απεηθνλίζεσλ ηνπ εγθεθάινπ (functional magnetic resonance imaging - fmri, Computed axial tomography - CAT) απνδείρηεθε όηη θαη νη άλζξσπνη δηαζέηνπλ αληίζηνηρνπο θαζξεπηηθνύο λεπξώλεο όπσο θαη νη πίζεθνη. Τπάξρνπλ ελδείμεηο όηη νη λεπξώλεο απηνί ζρεηίδνληαη κε ηελ αλάπηπμε ηεο γιώζζαο, ηελ θνηλσληθή κάζεζε κέζσ ηεο κίκεζεο αιιά θαη ηελ αλάπηπμε ηεο ελζπλαίζζεζεο, ράξεο ζηελ νπνία κπνξνύκε λα κπαίλνπκε ζηελ ζέζε ηνπ άιινπ θαηαλνώληαο ηνλ θαη ζπκπάζρνληαο καδί ηνπ. Πεξηζζόηεξεο ιεπηνκέξεηεο ζρεηηθά κε ηα mirror neurons θαη ηελ ιεηηνπξγία ηνπο ζηνπο αλζξώπνπο κπνξεί ν αλαγλώζηεο λα αλαηξέμεη ζε ζρεηηθή βηβιηνγξαθία [26] [27]. 21

22 2.7 State-of the art ηελ παξάγξαθν απηήλ ζα αλαθεξζεί πεξηιεπηηθά ην ηί έρεη γίλεη κέρξη ζήκεξα, όζνλ αθνξά ηα ζπζηήκαηα BCI (Brain Computer Interface), ηα νπνία είλαη ζπζηήκαηα αιιειεπίδξαζεο αλζξώπνπ-ππνινγηζηή θαη βαζίδνληαη ζηελ ιήςε EEG ζεκάησλ (βι. Δηθ. 2.4). Πνηθίιεο εθαξκνγέο έρνπλ αλαπηπρζεί κε ηελ ρξήζε ζπζηεκάησλ BCI, θάπνηεο από ηηο νπνίεο έρνπλ λα θάλνπλ κε ηελ αλαγλώξηζε ζπλαηζζεκάησλ. Δδώ, ζα αλαθεξζνύλ ελδεηθηηθά θάπνηα από ηελ πιεζώξα ησλ πεηξακάησλ πνπ έρνπλ γίλεη ηα ηειεπηαία ρξόληα θαη ηα απνηειέζκαηά ηνπο. Ο K. Takahashi [28] ρξεζηκνπνηώληαο SVM (Support Vector Machines) πξόηεηλε έλα ζύζηεκα αλαγλώξηζεο ζπλαηζζεκάησλ, ην νπνίν βαζίζηεθε ζην ζπλδπαζκό ζεκάησλ EEG, ζθπγκνύ θαη αγσγηκόηεηαο ηνπ δέξκαηνο ησλ ππνθεηκέλσλ, πνπ ζπκκεηείραλ ζην πείξακα. Γεκηνύξγεζε έλαλ classifier πξνθεηκέλνπ λα ππάξρεη ε δπλαηόηεηα αλαγλώξηζεο 5 ζπλαηζζεκάησλ. Υαξάο, ιύπεο, ζπκνύ, θόβνπ θαη εξεκίαο. Σα απνηειέζκαηά ηνπ είραλ πνζνζηό επηηπρίαο 41.7%. εηθόλα 2.4- Γηάγξακκα ζπζηήκαηνο BCI (Brain Computer Interface) 22

23 Μία άιιε πξνζπάζεηα, πξαγκαηνπνηήζεθε από ηελ Σ. Ν. Lapshina [29] ε νπνία πξαγκαηνπνηώληαο πεηξάκαηα θαηά ηα νπνία πξνβάιινληαλ ζηα ππνθείκελα νπηηθά ζπλαηζζεκαηηθά εξεζίζκαηα, γηλόηαλ θαηαγξαθή ησλ EEG ζεκάησλ ηνπο. Σα πεηξάκαηα απηά έδεημαλ όηη ππήξρε αμηνζεκείσηε δηαθνξά ζην θάζκα ησλ ζεκάησλ αλάινγα κε ην ζπλαίζζεκα, σζηόζν ζε θακηά πεξίπησζε δελ κπόξεζαλ λα εμαρζνύλ γεληθά θαη θαζνιηθά ζπκπεξάζκαηα. Παξόκνηα είλαη θαη ε πξνζπάζεηα ηνπ Danny Oude Bos [30] ν νπνίνο ρξεζηκνπνηώληαο νπηηθά αιιά θαη αθνπζηηθά εξεζίζκαηα θαηά ηελ δηεμαγσγή ησλ πεηξακάησλ ηνπ, δεκηνύξγεζε κία βάζε ζεκάησλ EEG. Υξεζηκνπνίεζε 5 ειεθηξόδηα θαη θάλνληαο ρξήζε δηαθόξσλ ιόγσλ ηεο alpha θαη beta ζπρλόηεηαο ησλ EEG ζεκάησλ ηνπ σο δηάλπζκα γλσξηζκάησλ (feature vector), δεκηνύξγεζε ηαμηλνκεηέο (classifiers) κε ζθνπό ηελ θαηάηαμε ησλ ζπλαηζζεκάησλ ζηα 4 ηεηαξηεκόξηα ηνπ θαξηεζηαλνύ επηπέδνπ κε άμνλεο ηελ πνιηθόηεηα θαη ηελ έληαζε ηνπ ζπλαηζζήκαηνο. Καη ζε απηήλ ηελ πεξίπησζε ππήξμε αδπλακία εμαγσγήο γεληθώλ ζπκπεξαζκάησλ πνπ ζα αθνξνύζαλ όια ηα ππνθείκελα. ε άιια πεηξάκαηα πνπ έγηλαλ ζην εζληθό παλεπηζηήκην ηεο Taiwan [31], ε αθξίβεηα θαηάηαμεο ησλ ζπλαηζζεκάησλ ζε 4 θαηεγνξίεο κε ηελ ρξήζε MLP (Multilayer Perceptron Classifier) έθηαζε ζρεδόλ ην 70%. Χζηόζν ν αξηζκόο ησλ ππνθεηκέλσλ πνπ ζπκκεηείραλ ζην πείξακα ήηαλ κόιηο 5. Από ηα παξαπάλσ γίλεηαη αληηιεπηό όηη αλ θη έρνπλ γίλεη αξθεηά πεηξάκαηα, ε ζρεηηθή έξεπλα είλαη αθόκε ζε πνιύ πξώηκν ζηάδην. Σα αληίζηνηρα πνζνζηά επηηπρίαο είλαη πνιύ ρακειά, ελώ θαη ζε πεξηπηώζεηο πνπ κπνξνύλ λα ζεσξεζνύλ ηθαλνπνηεηηθά ην δείγκα πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε είλαη πνιύ κηθξό ώζηε λα ζεσξεζεί αξθεηά αμηόπηζην. 23

24 Κεθάιαην 3 Μαζεκαηηθή Αλάιπζε Σν θπξηόηεξν καζεκαηηθό εξγαιείν πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε γηα ηελ αλάιπζε ησλ απνηειεζκάησλ ήηαλ απηό πνπ πξνηάζεθε από ηνπο Osamu Sakata et al. [7] θαη αθνξά ζηελ αλάιπζε θαηεπζπλόκελεο πιεξνθνξίαο ζηηο 2 αιιά θαη ζε πεξηζζόηεξεο δηαζηάζεηο (Multidimensional Directed Information Analysis (MDI)). Αθνινπζεί αλαιπηηθή παξνπζίαζε ηεο κεζόδνπ πνπ πξόηεηλαλ. Γηα αθόκε πεξηζζόηεξεο πιεξνθνξίεο θαη επεθηάζεηο ηεο κεζόδνπ ν αλαγλώζηεο κπνξεί λα αλαηξέμεη ζηελ ζρεηηθή βηβιηνγξαθία [23][32]. 3.1 Αλάιπζε πνιπδηάζηαηεο θαηεπζπλόκελεο πιεξνθνξίαο (MDI) Ζ ζπγθεθξηκέλε ζεσξία πξνηάζεθε κε ζθνπό λα εξεπλήζεη ηελ ξνή πιεξνθνξίαο αλάκεζα ζε ρξνλνζεηξέο, πξνθεηκέλνπ λα απνθηεζεί γλώζε ηνπ εζσηεξηθνύ κεραληζκνύ πνπ ηηο δεκηνπξγνύλ. Καηά ηελ παξαηήξεζε πνιιώλ ρξνλνζεηξώλ ζπγρξόλσο, πνπ γελληνύληαη από κία ζπγθεθξηκέλε πεγή, αλακέλεηαη ε ύπαξμε νξηζκέλσλ ζπζρεηίζεσλ. ε πεξίπησζε πνπ νη ζρέζεηο ζπζρέηηζεο απηέο είλαη ρξνληθέο, κπνξεί λα εξκελεπηεί όηη θάπνηεο από ηηο ρξνλνζεηξέο απνηεινύλ ηελ αηηία θαη θάπνηεο άιιεο ην απνηέιεζκα. ηαλ κηα ηέηνηα ζρέζε αηηηόηεηαο παξαηεξεζεί αλάκεζα ζηα ζήκαηα, ν όξνο πνπ ρξεζηκνπνηείηαη ζπρλά γηα λα ηελ πεξηγξάςεη είλαη θαηεπζπλόκελε πιεξνθνξία. Θεσξνύκε αξρηθά δύν ρξνλνζεηξέο X θαη Y, γηα ηηο νπνίεο ζέινπκε λα κειεηήζνπκε ηελ ξνή πιεξνθνξίαο από ηελ X ζηελ Y. Παξηζηάλνπκε ηηο ρξνλνζεηξέο απηέο ρξεζηκνπνηώληαο ηηο εμήο ζπληνκνγξαθίεο. Σνλ δείθηε k, π.ρ. x k ή y k, γηα λα πεξηγξάςνπκε ηελ δεηγκαηνιεηπηνύκελε ηηκή ηεο ρξνλνζεηξάο X ή Y αληίζηνηρα, ηελ ρξνληθή ζηηγκή k. Σνλ δείθηε P γηα λα αλαθεξζνύκε ζηηο παξειζνληηθέο ηηκέο ησλ ρξνλνζεηξώλ, δειαδή πξηλ από 24

25 ηελ ρξνληθή ζηηγκή k θαη ηνλ δείθηε M γηα ηηο κειινληηθέο ηνπο ζηηγκέο, κεηά ηελ ρξνληθή ζηηγκή k. Δπνκέλσο, αλ έρνπκε ζπλνιηθά P παξειζνληηθέο ζηηγκέο θαη M κειινληηθέο, ηα X θαη Y γξάθνληαη: X x k P...x k 1 x k x k 1...x k M (1) Y y k P...y k 1 y k y k 1...y k M (2) Γηα κεγαιύηεξε επθνιία ρξεζηκνπνηνύκε ηα ζύκβνια X P, γηα ην ζύλνιν ησλ παξειζνληηθώλ ηηκώλ θαη X M, κειινληηθώλ ηηκώλ ησλ ρξνλνζεηξώλ. Ηζρύεη δειαδή: Y P Y M γηα ην ζύλνιν ησλ X P x k P...x k 1, Y P y k P...y k 1 (3) X M x k 1...x k M, Y M y k 1...y k M (4) Έηζη, θαη κε ηηο παξαπάλσ ζπληνκεύζεηο νη ζρέζεηο (1) θαη (2) γξάθνληαη αληίζηνηρα: X X P x k X M (5) Y Y P y k Y M (6) Ζ ακνηβαία πιεξνθνξία αλάκεζα ζηηο ρξνλνζεηξέο X, Y ζπκβνιίδεηαη σο I(X;Y) θαη αλαιύεηαη όπσο θαίλεηαη παξαθάησ. I(X;Y) I I k (X;Y) I(x k ;Y M X P Y P y k ) I(y k ;X M X P Y P x k ) I(x k ;y k X P Y P ) (7) k Ο πξώηνο όξνο ζην δεμί κέξνο ηεο εμίζσζεο (7), αλαπαξηζηά ηελ πιεξνθνξία ε νπνία δελ πεξηέρεηαη ζηηο παξειζνληηθέο ζηηγκέο ησλ X, Y πξηλ ηελ ρξνληθή ζηηγκή k, θαζώο θαη ηελ ηηκή ηνπ Τ ηελ ρξνληθή ζηηγκή k (πξόθεηηαη γηα ην θνκκάηη X P Y P y k ), αιιά έρεη κόλν ηελ πιεξνθνξία πνπ κνηξάδεηαη κεηαμύ ηνπ X ηελ ρξνληθή ζηηγκή k ( x k ) θαη ησλ κειινληηθώλ ζηηγκώλ ηνπ Y ( Y M ). Αληίζηνηρα κπνξνύλ λα εξκελεπηνύλ θαη νη άιινη δύν όξνη ηεο εμίζσζεο. Μία ζρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε όισλ ησλ παξαπάλσ θαίλεηαη ζηελ εηθόλα πνπ αθνινπζεί (εηθ. 3.1). 25

26 εηθόλα 3.1- Καηεπζπλόκελε πιεξνθνξία κεηαμύ ησλ ρξνλνζεηξώλ X θαη Y Ζ εμίζσζε (7) νπζηαζηηθά ππνλνεί όηη ε πιεξνθνξία ε νπνία γελλάηαη από ηελ ρξνλνζεηξά X ηελ ρξνληθή ζηηγκή k, κνηξάδεηαη ζηηο κειινληηθέο ζηηγκέο ηνπ Y, δεκηνπξγώληαο θαηά ηνλ ηξόπν απηό κία θαηεύζπλζε θαηά ηελ νπνία κεηαδίδεηαη ε πιεξνθνξία. Έηζη κπνξνύκε λα ρξεζηκνπνηήζνπκε έλα βέινο πνπ λα δείρλεη ηελ θαηεύζπλζε απηήλ θαη λα γξάςνπκε: I(x k ;Y M X P Y P y k ) I(x k Y M X P Y P y k ) I(x k y k m X P Y P y k ) (8) M m 1 Ο θάζε όξνο ηεο πην πάλσ εμίζσζεο, κπνξεί λα εξκελεπηεί σο ε πιεξνθνξία ε νπνία γελλάηαη ζην X ηελ ρξνληθή ζηηγκή k θαη κεηαδίδεηαη πξνο ην y κε ρξνληθή θαζπζηέξεζε m. Υξεζηκνπνηώληαο ηελ εληξνπία (Ζ) γηα ηελ αλαπαξάζηαζε ηεο ακνηβαίαο πιεξνθνξίαο πξνθύπηεη: I(x k y k m X P Y P y k ) H(X P Y P x k y k ) H(X P Y P y k y k m ) H(X P Y P y k ) H(X P Y P x k y k y k m ) (9) ηελ ζπλέρεηα, γίλεηαη ρξήζε ηνπ ζεσξήκαηνο ηεο εληξνπίαο από ηελ ζεσξία πιεξνθνξηώλ. Σν ζεώξεκα απηό ιέεη: Θεώπημα: Θεσξήζηε n ζηνραζηηθέο κεηαβιεηέο Gaussian κε θνηλή ππθλόηεηα πηζαλόηεηαο p(z 1...z n ). Υξεζηκνπνηώληαο ηνλ πίλαθα ζπλδηαθύκαλζεο R(z 1...z n ), ε θνηλή εληξνπία H(z 1...z n ) ησλ z 1...z n γξάθεηαη σο εμήο: H(z 1...z n ) 1 2 log{(2 e)n R(z 1...z n ) } (10) πνπ είλαη πίλαθαο θαη e ε βάζε ηνπ θπζηθνύ ινγαξίζκνπ. 26

27 Έηζη ηειηθά ε (9) γξάθεηαη: I(x k y k m X P Y P y k ) 1 2 log R(X P Y P x k y k ) R(X P Y P y k y k m ) R(X P Y P y k ) R(X P Y P x k y k y k m ) (11) πνπ R ν πίλαθαο ζπλδηαθύκαλζεο ν νπνίνο ππνινγίδεηαη ζύκθσλα κε ηα παξαθάησ: z 1 z 1... z 1 z n R(z 1...z n ) z n z 1... z n z n (12) πνπ z 1 είλαη ε ηηκή ηνπ ζήκαηνο αθνύ έρνπκε πξώηα αθαηξέζεη ηελ κέζε ηηκή ηνπ. ια ηα παξαπάλσ αθνξνύλ ππνινγηζκνύο πνπ κπνξνύλ λα γίλνπλ αλ ιάβνπκε ππόςηλ καο κόιηο 2 από ηα ζήκαηα πνπ καο ελδηαθέξνπλ. Χζηόζν, ηα απνηειέζκαηα πνπ παίξλνπκε ζε απηήλ ηελ πεξίπησζε δελ είλαη ηα επηζπκεηά θαζώο έρεη αγλνεζεί παληειώο ε παξνπζία θαη ησλ ππνινίπσλ ζεκάησλ ζηνπο ππνινγηζκνύο. Γηα παξάδεηγκα ζα εμεηαζηεί ε πεξίπησζε ηξηώλ ρξνλνζεηξώλ X, Y θαη Z, όπνπ ππάξρεη ξνή πιεξνθνξίαο κεηαμύ ησλ X, Z θαη Y, Z αιιά όρη κεηαμύ ησλ X, Y. Ζ εθαξκνγή ηνπ παξαπάλσ ηύπνπ γηα ηηο ρξνλνζεηξέο X θαη Y ζα καο δεκηνπξγήζεη ηελ εζθαικέλε εληύπσζε όηη ππάξρεη ξνή πιεξνθνξίαο κεηαμύ ηνπο, γεγνλόο πνπ νθείιεηαη ζηελ ρξνλνζεηξά Z, ηελ νπνία όκσο δελ έρνπκε ιάβεη θαζόινπ ππόςηλ καο. Γηα ηνλ ιόγν απηό, ε παξαπάλσ καζεκαηηθή αλάιπζε έρεη επεθηαζεί θαη γηα ρξνλνζεηξέο πεξηζζόηεξεο ησλ δύν. Θεσξνύκε όηη έρνπκε ζπλνιηθά N ρξνλνζεηξέο ηηο X, Y, Z (1), Z (N 2). Μαο ελδηαθέξεη θαη πάιη ε ξνή πιεξνθνξίαο κεηαμύ ησλ X -> Y, ιακβάλνληαο όκσο ππόςηλ καο απηήλ ηελ θνξά θαη ηηο ππόινηπεο ρξνλνζεηξέο Z (1),...,Z N 2 Z (all). Ο ηύπνο πνπ ρξεζηκνπνηνύκε ζε απηήλ ηελ πεξίπησζε είλαη: I(x k y k m X P Y P Z (all)p y k z all k ) I(x k ;y k m X P Y P Z (all)p y k z all k ) H(S 1 ) H(S 2 ) H(S 3 ) H(S 4 ) 1 2 log R(S 1) R(S 2 ) R(S 3 ) R(S 4 ) (13) 27

28 όπνπ, S 1 X P Y P Z (all)p x k y k z k all S 2 X P Y P Z (all)p y k z all k y k m S 3 X P Y P Z (all)p x k y k z all k y k m S 4 X P Y P Z (all)p all y k z k Γηα ηελ αλάιπζε ελόο πιήζνπο ρξνλνζεηξώλ κε ηνλ παξαπάλσ ηξόπν, αξρηθά ρσξίδεηαη θάζε ρξνλνζεηξά ζε έλαλ αξηζκό ηκεκάησλ (segments). Σν θάζε segment ρσξίδεηαη ζηελ ζπλέρεηα, ζε ζεκεία πνπ απνηεινύλ ηηο παξειζνληηθέο p θαη ηηο κειινληηθέο ζηηγκέο m, ελώ αλάκεζά ηνπο βξίζθεηαη ε παξνύζα ζηηγκή k (βι. εηθ. 3.1). Ο αξηζκόο ησλ ζεκείσλ πνπ απνηεινύλ ηόζν ηηο παξειζνληηθέο όζν θαη ηηο κειινληηθέο ζηηγκέο είλαη ζηαζεξόο γηα όια ηα segments όισλ ησλ ρξνλνζεηξώλ. ηελ ζπλέρεηα, από όια ηα ηκήκαηα ηεο ρξνλνζεηξάο ζρεκαηίδνληαη ηα δηαλύζκαηα: X P : ην νπνίν αθνξά όια ηα παξειζνληηθά ζεκεία όισλ ησλ ηκεκάησλ ηεο ζπγθεθξηκέλεο ρξνλνζεηξάο, x k : ην νπνίν αλαθέξεηαη ζε όιεο ηηο παξνύζεο ρξνληθέο ζηηγκέο ηεο ρξνλνζεηξάο θαη X M : δηάλπζκα ην νπνίν πεξηιακβάλεη ην ζύλνιν ησλ κειινληηθώλ ζηηγκώλ θαη πάιη όισλ ησλ ηκεκάησλ ηεο ρξνλνζεηξάο. Σέινο, αθνύ γίλεη ε παξαπάλσ δηαδηθαζία γηα ην ζύλνιν ησλ ρξνλνζεηξώλ, αθνινπζεί ε εθαξκνγή ηνπ ηύπνπ (13). ηελ παξαθάησ εηθόλα θαίλεηαη ζρεκαηηθά ε όιε δηαδηθαζία. 28

29 εηθόλα 3.2- Δθαξκνγή ηνπ MDI ζε ζήκαηα ΔΔG 3.2 Πξόβιεκα ηαμηλόκεζεο ηελ ηειηθή θάζε ηεο αλάιπζεο πνπ πξαγκαηνπνηήζεθε ζηα πιαίζηα ηεο ηξέρνπζαο εξγαζίαο, έγηλε έλα είδνο ηαμηλόκεζεο ησλ κεηαβιεηώλ [Ploc, Pstd, SI], πξνθεηκέλνπ λα ιεθζνύλ ηα πνζνζηά επηηπρίαο θαηά ηελ απηόκαηε ηαμηλόκεζε ησλ ζπλαηζζεκάησλ από ην ίδην ην ππνινγηζηηθό ζύζηεκα. (Γηα πεξηζζόηεξεο πιεξνθνξίεο δεο θεθάιαην 5) Καηά ηελ ηαμηλόκεζε απηήλ ρξεζηκνπνηήζεθαλ ε δεπηεξνβάζκηα αλάιπζε δηαρσξηζκνύ (Quadratic Discriminant Analysis (QDA)) θαη ε απόζηαζε Μahalanobis (Mahalanobis Distance). Παξαθάησ αθνινπζεί ε καζεκαηηθή πεξηγξαθή ησλ δύν απηώλ ηξόπσλ ηαμηλόκεζεο Quadratic Discriminant Analysis Έλαο ηξόπνο πξνζέγγηζεο ηνπ πξνβιήκαηνο ηαμηλόκεζεο πνπ 29

30 παξαηεξείηαη ζηελ πξνζπάζεηα δηαρσξηζκνύ ησλ κεηαβιεηώλ πνπ ππάξρνπλ ζε δύν ή πεξηζζόηεξεο θιάζεηο, είλαη ε κέζνδνο QDA. Οπζηαζηηθά απνηειεί γελίθεπζε ηνπ γξακκηθνύ ηαμηλνκεηή (linear discriminant analysis (LDA)) θαη νθείιεη ην όλνκά ηεο ζην όηη ηα όξηα κεηαμύ ησλ θιάζεσλ θαζνξίδνληαη από δεπηεξνβάζκηεο επηθάλεηεο. ε αληίζεζε κε ηελ LDA, ζηελ QDA δελ ππάξρεη ε ππόζεζε όηη ε ζπκκεηαβιεηόηεηα ησλ θιάζεσλ απηώλ είλαη θνηλή. Ζ πηζαλόηεηα θάζε θιάζεο αληηκεησπίδεηαη σο θαηαλνκή Gaussian, ελώ ρξεζηκνπνηνύληαη νη κεηαγελέζηεξεο θαηαλνκέο γηα ηνλ ππνινγηζκό ηεο θιάζεο ζηελ νπνία αλήθεη κία κεηαβιεηή ηνπ ζεη δνθηκώλ. Οη παξάκεηξνη Gaussian θάζε θιάζεο ππνινγίδνληαη από ην ζεη εθπαίδεπζεο, κε θξηηήξην ηελ κέγηζηε πηζαλνθάλεηα ( Maximum Likelihood - ML). Ζ δεπηεξνβάζκηα δηαθξίλνπζα αλάιπζε (QDA) βαζίδεηαη ζηε παξαθάησ εμίζσζε: d m (FV ) 1 2 log C m 1 2 (FV m) T C m 1 (FV m ) log p m (14) όπνπ, m 1,...,M: Αλαθέξεηαη ζηνλ αξηζκό ησλ θιάζεσλ C: Ο πίλαθαο ζπλδηαθύκαλζεο γηα θάζε θιάζε : Έλα δηάλπζκα κε ηηο κέζεο ηηκέο θάζε κεηαβιεηήο πνπ πεξηέρεη ην FV (feature vector) p: Ζ κεηαγελέζηεξε πηζαλόηεηα θάζε θιάζεο Θεσξώληαο ην ζεη εθπαίδεπζεο θαη δνθηκήο ηνπ αξρηθνύ ζπλόινπ δεδνκέλσλ, νη πίλαθεο ζπλδηαθύκαλζεο C m,m 1,...,M θαη ηα δηαλύζκαηα κέζσλ ηηκώλ m,m 1,...,M ππνινγίδνληαη από ην κέξνο ηεο εθπαίδεπζεο. Κάζε FV από ην ζεη δνθηκήο θαηαηάζζεηαη ζε κία από ηηο M θιάζεηο ζύκθσλα κε ηνλ παξαθάησ θαλόλα: g(fv ) argmax m d m (FV ) (15) πνπ g(fv ) είλαη ε θιάζε ζηελ νπνία έρεη ηνπνζεηεζεί ε FV. Σα 30

31 πξνθύπηνληα όξηα απόθαζεο ηεο δεπηεξνβάζκηαο δηαθξίλνπζαο αλάιπζεο είλαη εμηζώζεηο δεπηέξνπ βαζκνύ ησλ FV Mahalanobis Distance Ο δεύηεξνο ηξόπνο πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε γηα ηελ ηαμηλόκεζε ησλ κεηαβιεηώλ ήηαλ κε ηελ ρξήζε ηεο απόζηαζεο Mahalanobis. Πξόθεηηαη γηα έλα είδνο απόζηαζεο ζηελ ζηαηηζηηθή, ε νπνία πξνηάζεθε από ηνλ P.C. Mahalanobis ην 1936 θαη δηαθέξεη από ηνλ γλσζηό νξηζκό ηεο επθιείδεηαο απόζηαζεο. Ζ δηαθνξά ηνπο έγθεηηαη ζην εμήο. Αο ππνζέζνπκε όηη ππάξρεη κία θαηαλνκή κε έλα ζεκείν αλαθνξάο O από ην νπνίν ηζαπέρνπλ δύν ζεκεία ηα A θαη B. Έζησ δειαδή όηη ηα A θαη B βξίζθνληαη ζηελ πεξηθέξεηα ελόο θύθινπ κε θέληξν ην ζεκείν O (δεο εηθ. 3.3). εηθόλα 3.3- ρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε θαηαλνκήο κε κεηαβιεηή ππθλόηεηα Από επθιείδεηα ζθνπηά, ηα δύν ζεκεία ηζαπέρνπλ από ην O, σζηόζν δελ κπνξεί λα εηπσζεί όηη θαηαιακβάλνπλ ηζνδύλακεο ζέζεηο ζε ζρέζε κε 31

32 ην ζεκείν O, θαζώο ε ππθλόηεηα ζηηο δύν πεξηνρέο ηεο θαηαλνκήο κπνξεί λα δηαθέξεη. Δπνκέλσο, ζε κία ηέηνηα πεξίπησζε, ε ζπλεζηζκέλε επθιείδεηα έλλνηα ηεο απόζηαζεο είλαη αηπρήο ώζηε λα ρξεζηκνπνηεζεί σο κέηξν ζύγθξηζεο. ην πξόβιεκα απηό ηελ ιύζε έξρεηαη λα δώζεη ν νξηζκόο ηεο απόζηαζεο Mahalanobis, ν νπνίνο ιακβάλεη ππόςηλ ηνπ ηηο ζπζρεηίζεηο ηνπ ζπλόινπ ησλ δεδνκέλσλ. Οπιζμόρ απόζηαζηρ Mahalanobis: Δάλ νη κέζεο ηηκέο ελόο ζπλόινπ N κεηαβιεηώλ είλαη ( 1, 2,..., N ) T θαη ν πίλαθαο ζπκκεηαβιεηόηεηαο S, γηα έλα δηάλπζκα πνιιώλ κεηαβιεηώλ x (x 1,x 2,...,x N ) T, ε απόζηαζε Mahalanobis νξίδεηαη σο εμήο: D M (x) (x ) T S 1 (x ) (16) Έηζη, όηαλ γηα παξάδεηγκα έρνπκε δύν θιάζεηο θαη κία παξαηήξεζε x, ηελ νπνία ζέινπκε λα ηελ θαηαηάμνπκε ζε κία από ηηο δύν θιάζεηο, αξθεί λα επηιέμνπκε εθείλε ηελ θιάζε, πνπ αληηζηνηρεί ζηελ κηθξόηεξε Mahalanobis απόζηαζε κεηαμύ ηνπ x θαη ηεο κέζεο ηηκήο ηεο θιάζεο. Απηόο είλαη θαη ν ηξόπνο ρξήζεο ηεο ζπγθεθξηκέλεο απόζηαζεο ζηα πξνβιήκαηα ηαμηλόκεζεο. 32

33 Κεθάιαην 4 Πεηξακαηηθή πινπνίεζε Σα πεηξάκαηα πξαγκαηνπνηήζεθαλ ζην εξγαζηήξην ηνπ Σνκέα Σειεπηθνηλσληώλ, ηνπ ηκήκαηνο Ζιεθηξνιόγσλ Μεραληθώλ θαη Μεραλθώλ Τπνινγηζηώλ ηνπ Αξηζηνηειείνπ Παλεπηζηεκίνπ Θεζζαινλίθεο. Γηεμήρζεζαλ θαηά ηνλ Γεθέκβξην ηνπ 2008 θαη ζπκκεηείραλ 16 δεμηόρεηξα άηνκα ειηθίαο 19 έσο 32 ρξνλώλ (άληξεο θαη γπλαίθεο). Ο ιόγνο πνπ επηιέρηεθαλ κόλν δεμηόρεηξα άηνκα λα ζπκκεηέρνπλ ζην πείξακα ήηαλ πξνθεηκέλνπ λα ππάξρεη κεγαιύηεξε νκνηνκνξθία ζην δείγκα. 4.1 Δμνπιηζκόο πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε Γηα ηελ δηεμαγσγή ησλ πεηξακάησλ, ηα ειεθηξνγξαθήκαηα απνθηήζεθαλ κε ηελ ρξήζε ηνπ g.mobiiab, θνξεηό ζύζηεκα απνθηήζεσο βηνινγηθνύ ζήκαηνο. Σα ραξαθηεξηζηηθά ηνπ παξαπάλσ ζπζηήκαηνο είλαη ηα αθόινπζα: 4 EEG δηπνιηθά θαλάιηα, Φίιηξα: Hz, Δπαηζζεζία: 100 κv, Απόθηεζε δεδνκέλσλ: A/D κεηαηξνπέαο κε 16 bit αλάιπζε θαη ζπρλόηεηα δεηγκαηνιεςίαο 256 Hz, Μεηαθνξά δεδνκέλσλ: Αζύξκαηε, Βluetooth Class I ηερλνινγία. Γηα πεξηζζόηεξεο πιεξνθνξίεο ζρεηηθά ν αλαγλώζηεο κπνξεί λα αλαηξέμεη ζην site ηεο εηαηξίαο Δπηπιένλ ρξεζηκνπνηήζεθαλ δύν απινί ππνινγηζηέο. Ο πξώηνο ήηαλ γηα ηελ πξνβνιή ησλ εηθόλσλ ηνπ πεηξάκαηνο ζηα άηνκα πνπ ζπκκεηείραλ, ελώ ζηνλ δεύηεξν ππνινγηζηή απνζεθεύνληαλ ηα ζήκαηα πνπ ιακβάλνληαλ θαη ππήξρε ε δπλαηόηεηα άκεζεο παξαθνινύζεζήο (real time) ηνπο. 33

34 4.2 Πεηξακαηηθή δηαδηθαζία Αξρή Πεηξάκαηνο ηελ δηάξθεηα δηεμαγσγήο ησλ πεηξακάησλ (βι. Δηθ. 4.1) ην θάζε ππνθείκελν έκπαηλε κόλν ηνπ ζηελ αίζνπζα ηνπ εξγαζηεξίνπ, όπνπ θαη επηθξαηνύζε εζπρία ώζηε λα κελ απνζπάηε ε πξνζνρή ηνπ από ην πείξακα. Πξηλ ηελ έλαξμε ηεο δηαδηθαζίαο, ζε θάζε subject ρσξηζηά ηνπ εμεγήζεθε πεξηιεπηηθά ην ηη πεξηιακβάλεη ην πείξακα θαη ηνπ επηζεκάλζεθαλ πξνθνξηθά ηα παξαθάησ: ηελ δηάξθεηα πξνβνιήο ησλ εηθόλσλ λα κελ θηλείηαη πξνθεηκέλνπ λα ππάξρεη όζν ην δπλαηόλ ιηγόηεξνο ζόξπβνο. Μεηαμύ ησλ εηθόλσλ κπνξεί λα θηλείηαη ώζηε λα ραιαξώλεη θαη λα μεθνπξάδεηαη. Καηά ηελ ζηηγκή πξνβνιήο ηεο εθάζηνηε εηθόλαο (ρξνληθήο δηάξθεηαο 5 sec) λα πεξηνξίζεη όζν κπνξεί ην αλνηγόθιεηκα ησλ καηηώλ. Καζόιε ηελ δηάξθεηα δηεμαγσγήο ηνπ πεηξάκαηνο ππήξρε θάπνηνο ππεύζπλνο ν νπνίνο ήιεγρε αλ όια πήγαηλαλ θαιά θαη ζύκθσλα κε ηνλ πξνγξακκαηηζκό. 34

35 εηθόλα 4.1- Λήςεηο ιίγν πξηλ ηελ έλαξμε ησλ πεηξακάησλ Σνπνζέηεζε ειεθηξνδίσλ Έλα εξώηεκα πνπ γελλάηαη θαηά ηελ ρξήζε ειεθηξνεγθεθαινγξάθνπ γηα ηελ πεξάησζε ελόο πεηξάκαηνο είλαη ην πιήζνο ησλ ειεθηξνδίσλ πνπ ζα ρξεζηκνπνηεζνύλ θαζώο θαη ην πνπ αθξηβώο ζα ηα ηνπνζεηεζνύλ ώζηε λα ππάξμνπλ όζν ην δπλαηόλ πην αμηόπηζηεο κεηξήζεηο. Σν θαηεμνρήλ ρξεζηκνπνηνύκελν ζύζηεκα γηα ηνλ πξνζδηνξηζκό ηεο ζέζεο ησλ ειεθηξνδίσλ πάλσ ζην θξαλίν είλαη ην ζύζηεκα. (βι. Δηθ. 4.2) Σν 10 θαη 20 αλαθέξνληαη αληίζηνηρα ζηηο απνζηάζεηο κεηαμύ ησλ ειεθηξνδίσλ πνπ είηε είλαη ην 10% είηε ην 20% ηεο ζπλνιηθήο απόζηαζεο ηνπ θξαλίνπ όπσο ηελ κεηξάκε από κπξνζηά πξνο ηα πίζσ (από ηελ άθξε ηνπ κεησπηαίνπ ινβνύ κέρξη ην ηέινο ηνπ ηληαθνύ ινβνύ) θαη από ηα αξηζηεξά πξνο ηα δεμηά (από ηελ αξηζηεξή πιεπξά ηνπ θξνηαθηθνύ ινβνύ ζην ύςνο ηνπ απηηνύ κέρξη θαη ην αθξηβώο αληηδηακεηξηθό ηνπ ζεκείν) [34]. ηελ παξαθάησ εηθόλα θαίλνληαη νη ζέζεηο όπνπ ηνπνζεηνύληαη ειεθηξόδηα ζύκθσλα κε ην ζύζηεκα απηό. 35

36 εηθόλα 4.2- ύζηεκα ηνπνζέηεζεο ειεθηξνδίσλ Ζ θάζε πιεπξά ραξαθηεξίδεηαη από έλαλ ραξαθηήξα ηνπ ιαηηληθνύ αιθαβήηνπ πνπ δειώλεη ζε πνηνλ ινβό βξίζθεηαη θαη έλαλ αξηζκό πνπ δείρλεη ην εκηζθαίξην ζην νπνίν εληνπίδεηαη. Σα γξάκκαηα πνπ ρξεζηκνπνηνύληαη είλαη F (frontal- κεησπηαίνο), T (temporal- θξνηαθηθόο), C (Central- θεληξηθό), P (Pariental- βξεγκαηηθόο) θαη O (Occipital- ηληαθόο). Οη αξηζκνί 2,4,6,8 αλαθέξνληαη ζε ζέζεηο ηνπνζέηεζεο ησλ ειεθηξνδίσλ ζην δεμί εκηζθαίξην, ελώ νη 1,3,5,7 ζην αξηζηεξό. Σέινο, ν ραξαθηήξαο z αλαθέξεηαη ζε ζεκεία πνπ βξίζθνληαη πάλσ ζηελ θεληξηθή γξακκή πνπ ρσξίδεη λνεηά ηα δύν εκηζθαίξηα. Πξνεγνύκελα πεηξάκαηα πνπ έρνπλ πξαγκαηνπνηεζεί κε ζηόρν ηελ αλάιπζε EEG ζεκάησλ ώζηε λα πξνθύςνπλ ζπκπεξάζκαηα γηα ηελ ζπλαηζζεκαηηθή θαηάζηαζε ηνπ αηόκνπ, έρνπλ ρξεζηκνπνηήζεη δηαθνξεηηθό αξηζκό ειεθηξνδίσλ. Γηα παξάδεηγκα αλαθέξνπκε ην πείξακα ηεο Tatiana N. Lapshina ε νπνία ζηελ έξεπλά ηεο ρξεζηκνπνίεζε 21 θαλάιηα ηνπ ειεθηξνεγθεθαινγξάθνπ, ηνπνζεηώληαο ειεθηξόδηα ζηηο ζέζεηο F7, F3, F4, F8, Ρ3, Ρ4, Ο1, Ο2 θαζώο θαη ζηελ γείσζε ΑΑ. [29] Δπίζεο, κεγάινο αξηζκόο 36

37 θαλαιηώλ 32 ή θαη 64 ρξεζηκνπνηήζεθαλ ζηα πεηξάκαηα ηνπ παλεπηζηεκίνπ ηεο Σaiwan [31] θαη ζην πείξακα ησλ Guillaume Chanel et al. [16]. H ρξήζε σζηόζν, κόιηο δύν θαλαιηώλ ηνπ ειεθηξνεγθεθαινγξάθνπ ζην πείξακα ηνπ Danny Oude Bos ηνπ παλεπηζηεκίνπ ηνπ Σwente ηεο Οιιαλδίαο, θαηέζηεζε πνιύ ζεκαληηθό ην ζέκα ηεο ηνπνζέηεζεο ησλ κόιηο 5 ειεθηξνδίσλ πνπ είρε δηαζέζηκα [30]. Βαζηδόκελνο ζηηο ςπρνζσκαηηθέο έξεπλεο πνπ έρνπλ δείμεη όηη ν αξηζηεξόο κεησπηθόο ινβόο είλαη πεξηζζόηεξν ελεξγόο ζηα ζεηηθά ζπλαηζζήκαηα ελώ ην αληίζεην ζπκβαίλεη κε ηνλ δεμί, ν νπνίνο ελεξγνπνηείηαη εληνλόηεξα θαηά ηελ εκθάληζε αξλεηηθώλ ζπλαηζζεκάησλ, ηνπνζέηεζε ηα δύν πξώηα ειεθηξόδηα σο δίπνιν ζηηο ζέζεηο F3 θαη F4. Με ηνλ ηξόπν απηόλ πέηπρε λα έρεη κία ζύγθξηζε ηεο δξαζηεξηόηεηαο ηνπ εγθεθάινπ ζηα δύν εκηζθαίξηα. Δπίζεο, γλσξίδνληαο όηη ηελ έληαζε ελόο ζπλαηζζήκαηνο κπνξνύκε λα ηελ αληηιεθζνύκε από κεηξήζεηο ζην κπξνζηηλό κέξνο ηνπ κεησπηαίνπ ινβνύ, ρξεζηκνπνίεζε έλα ηξίην ειεθηξόδην ηνπνζεηώληαο ην ζηελ ζέζε Fpz. Σα άιια δύν ειεθηξόδηα ρξεζηκνπνηήζεθαλ σο γείσζε. Έρνληαο ηελ δπλαηόηεηα ρξήζεο κόιηο 5 ειεθηξνδίσλ θαηά ηελ δηάξθεηα ησλ πεηξακάησλ ρξεζηκνπνηήζεθε παξόκνηα πξνζέγγηζε κε απηήλ πνπ πεξηγξάθεηαη πην πάλσ. Πην ζπγθεθξηκέλα, έλα κνλνπνιηθό ειεθηξόδην ηνπνζεηήζεθε ζηελ ζέζε fp1, έλα ζηελ ζέζε fp2 θαη έλα δίπνιν ζηηο ζέζεηο f3 θαη f4 (βι. Δηθ. 4.2). Έηζη πξνέθπςε ε θαηαγξαθή ζεκάησλ ζε 3 θαλάιηα έλα γηα ην θαζέλα. Γύν κνλνπνιηθά θη έλα δηπνιηθό. Σέινο έλα ειεθηξόδην ηνπνζεηήζεθε ζηνλ δεμηό ινβό ηνπ απηηνύ ηνπ ππνθεηκέλνπ (ζέζε Α2) σο γείσζε. Ο βαζηθόο ιόγνο ρξήζεο πεξηνξηζκέλνπ αξηζκνύ ειεθηξνδίσλ ήηαλ όηη ζπζηήκαηα εύρξεζηα θαη θηιηθά πξνο ηνλ άλζξσπν ζα πξέπεη λα έρνπλ όζν ην δπλαηόλ ιηγόηεξα ειεθηξόδηα θαη εμαξηήκαηα Γνκή πεηξάκαηνο Σν πείξακα ρσξίζηεθε ζε δύν κέξε δηάξθεηαο 24 θαη 16 ιεπηώλ αληίζηνηρα. Δλδηάκεζα ππήξρε έλα δηάιεηκκα 5 ιεπηώλ, όπνπ ην subject 37

38 κπνξνύζε λα μεθνπξαζηεί θαη λα ραιαξώζεη. Αθνινπζεί ε πεξηγξαθή ησλ δύν θάζεσλ ηνπ πεηξάκαηνο πνπ έγηλε ζε όια ηα subjects κε αθξηβώο ηνλ ίδην ηξόπν. α μέπορ πειπάμαηορ ην πξώην κέξνο, δηάξθεηαο 24 ιεπηώλ, πξνβιήζεθαλ ζπλνιηθά 40 εηθόλεο από ηελ βηβιηνζήθε IAPS. (δεο παξάγξαθν 2.5) Ζ δηαδηθαζία πνπ αθνινπζήζεθε γηα ηελ πξνβνιή ηεο θάζε εηθόλαο ήηαλ ε εμήο. Πξνβνιή καύξεο νζόλεο γηα 5 sec, εκθάληζε αληίζηξνθεο κέηξεζεο γηα άιια 5 sec, παξνπζία ελόο άζπξνπ ζηαπξνύ ζην θέληξν ηεο νζόλεο γηα 1 sec, πξνβνιή ηεο εηθόλαο πνπ ρξεζηκνπνηείηαη σο ζπλαηζζεκαηηθό εξέζηζκα γηα 5 sec θαη ηέινο κηα δηαδηθαζία εθηίκεζεο ηεο εηθόλαο δηάξθεηαο 20 sec. Ζ αθνινπζία απηήλ επαλαιήθζεθε 40 θνξέο, όζεο δειαδή ήηαλ θαη νη εηθόλεο. Σν ηειεπηαίν θνκκάηη αθνξά κία δηαδηθαζία ε νπνία γίλεηαη από ην ίδην ην subject θαη ζηελ δηάξθεηα ηεο εθηηκάεη ην ηη ζπλαίζζεκα ηνπ πξνθάιεζε ε εηθόλα πνπ πξνεγήζεθε. Ζ κέζνδνο εθηίκεζεο πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε είλαη ε Self-Assessment Manikin (SAM) [33] ε νπνία ζύκθσλα κε έξεπλεο ζεσξείηαη όηη νη ζπλαηζζεκαηηθέο θαηαζηάζεηο πνπ απεηθνλίδεη (βι. Δηθ. 4.3) γίλνληαη πην εύθνια αληηιεπηέο από όινπο ηνπο αλζξώπνπο αλεμαξηήησο ρώξαο θαη θνπιηνύξαο, γεγνλόο πνπ ηεο δίλεη κεγάιε αμηνπηζηία [35]. ην ζύζηεκα απηό ε εθηίκεζε ελόο ζπλαηζζήκαηνο γίλεηαη πξνζδηνξίδνληαο 2 παξακέηξνπο κε ηελ βνήζεηα εηθόλσλ. Απηέο είλαη ε πνιηθόηεηα ηνπ ζπλαηζζήκαηνο (αξλεηηθόζεηηθό) θαη ε έληαζή ηνπ (ρακειή-πςειή). ηελ εηθόλα πνπ αθνινπζεί θαίλεηαη ε κέζνδνο απηήλ έηζη όπσο ρξεζηκνπνηήζεθε, κε ηελ κόλε δηαθνξά όηη ππήξραλ θαη ελδηάκεζεο θαηαζηάζεηο ηηο νπνίεο κπνξνύζε λα επηιέμεη ην ππνθείκελν. Ο ιόγνο ύπαξμεο απηνύ ηνπ κέξνπο ήηαλ πξνθεηκέλνπ λα γίλεη κειινληηθή ρξήζε ηεο αηνκηθόηεηαο ηνπ θάζε ππνθεηκέλνπ ζηελ αλαγλώξηζε ησλ ζπλαηζζεκάησλ από ην ζύζηεκα. 38

39 εηθόλα 4.3- SAM (Self-Assessment Mankin) Οη εηθόλεο πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ ζην κέξνο απηό είλαη από ηελ βηβιηνζήθε IAPS θαη ε επηινγή ηνπο έγηλε κε βάζε ζε πνηα θαηεγνξία αλήθνπλ. Έηζη, νη 10 πξώηεο πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ, επηιέρηεθαλ λα αλήθνπλ ζηελ θαηεγνξία ρακειήο έληαζεο-αξλεηηθήο πνιηθόηεηαο (Low arousal- Low valence), νη 10 επόκελεο ζηελ θαηεγνξία ρακειήο έληαζεοζεηηθήο πνιηθόηεηαο (Low arousal- High valence), νη άιιεο 10 ζηελ θαηεγνξία πςειήο έληαζεο-ζεηηθήο πνιηθόηεηαο (High arousal- Low valence) θαη νη ηειεπηαίεο 10 ζηελ θαηεγνξία πςειήο έληαζεο-αξλεηηθήο πνιηθόηεηαο (High arousal- Low valence). Ζ ζεκαηνινγία ησλ εηθόλσλ ήηαλ πνηθίιινπ πεξηερνκέλνπ θαη πεξηιάκβαλαλ ηνπία, αλζξώπνπο ζε δηάθνξεο ζηηγκέο, ηξόθηκα, δώα, αληηθείκελα, extreme sports, ηξαπκαηηζκνύο αιιά θαη ζθελέο από πόιεκν. β μέπορ πειπάμαηορ Σν δεύηεξν κέξνο πνπ αθνινύζεζε έπεηηα από δηάιεηκκα δηάξθεηαο 5 ιεπηώλ από ην πξώην, δηήξθεζε ζπλνιηθά 16 ιεπηά. Πξνβιήζεθαλ ζπλνιηθά 60 εηθόλεο από ηελ βηβιηνζήθε ηνπ Eckman. (δεο παξάγξαθν 2.5) Οη εηθόλεο απηέο πεξηιάκβαλαλ εθθξάζεηο πξνζώπσλ από δηαθνξεηηθνύο αλζξώπνπο, 39