ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Nguyễn Thế Hoàng Anh
MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ VÀ PHÂN LOẠI TÍN HIỆU ĐIỆN NÃO
CHO CÁC ỨNG DỤNG GIAO DIỆN NÃO – MÁY TÍNH
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH
Hà Nội – 2020
1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ VÀ PHÂN LOẠI TÍN HIỆU ĐIỆN NÃO
CHO CÁC ỨNG DỤNG GIAO DIỆN NÃO – MÁY TÍNH
Chuyên ngành: Khoa học máy tính
Mã số: 9480101.01
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS. TS. Bùi Thế Duy
2. PGS. TS. Lê Thanh Hà
Hà Nội – 2020
2
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả
trong luận án là trung thực và chưa từng công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Các kết quả được viết chung với các tác giả khác đều được sự đồng ý trước khi đưa
vào luận án.
Tác giả luận án
Nguyễn Thế Hoàng Anh
3
LỜI CẢM ƠN
Nghiên cứu khoa học là hành trình dài có nhiều thử thách cần vượt qua và
đồng thời là quá trình đào sâu, tìm ra lời giải cho các vấn đề khoa học thú vị. Nghiên
cứu về Khoa học máy tính, cụ thể lĩnh vực trí tuệ nhân tạo và khoa học thần kinh
chắc chắn là một công việc nhận được nhiều sự quan tâm. Tôi cảm thấy rất may mắn
được trở thành một phần của cộng đồng nghiên cứu hàn lâm về lĩnh vực đầy hứng
khởi này với những phát kiến khoa học khiêm tốn của mình.
Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận án tiến sĩ, tôi đã nhận
được sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của các thầy, cô giáo, nhà khoa học, Phòng thí
nghiệm Tương tác người máy HMI, Bộ môn Khoa học máy tính tại Trường Đại học
công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đặc biệt tới PGS. TS. Bùi Thế Duy và PGS.
TS. Lê Thanh Hà, những người thầy hướng dẫn đã trực tiếp truyền thụ kiến thức và
thắp lên ngọn lửa đam mê nghiên cứu khoa học, giúp đỡ, động viên tôi kiên định
trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện luận án.
Tôi xin chân thành cám ơn Lãnh đạo và các đồng nghiệp tại Viện Công nghệ
thông tin – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã luôn tạo điều kiện
thuận lợi nhất và cùng tôi thực hiện các đề tài, công trình nghiên cứu trong đó một
phần kết quả đã được trực tiếp thể hiện trong luận án.
Tôi xin dành tất cả sự yêu thương và cám ơn tới gia đình: bố TS. Nguyễn Song
Hoan, mẹ TS. Nguyễn Thị Bạch Yến, vợ Lê Minh Trang và hai con Mật Ong, Cá
Mập đã luôn bên cạnh, động viên để tôi vượt qua những khó khăn và hoàn thành
mục tiêu.
Xin trân trọng cám ơn!
Tác giả luận án
Nguyễn Thế Hoàng Anh
4
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................................................2
LỜI CẢM ƠN ..............................................................................................................................................3
DANH MỤC BẢNG ....................................................................................................................................7
DANH MỤC HÌNH VẼ ..............................................................................................................................8
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT.................................................................................................................10
PHẦN MỞ ĐẦU ........................................................................................................................................11
1. Tính cấp thiết ...................................................................................................................... 11
2. Mục tiêu của luận án ........................................................................................................... 13
3. Đóng góp của luận án .......................................................................................................... 14
4. Phạm vi của luận án ............................................................................................................ 16
5. Phương pháp luận ............................................................................................................... 17
6. Cấu trúc luận án ................................................................................................................. 17
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÍN HIỆU ĐIỆN NÃO VÀ XỬ LÝ, PHÂN TÍCH TÍN HIỆU ĐIỆN
NÃO ............................................................................................................................................................19
1. Giới thiệu ............................................................................................................................ 19
2. Tín hiệu điện não và phương pháp đo tín hiệu từ não bộ ..................................................... 21
2.1. Các phương pháp đo tín hiệu từ não bộ ....................................................................... 21
2.1.1. Chụp quang phổ cận hồng ngoại chức năng ............................................................. 21
2.1.2. Chụp Cộng hưởng từ chức năng .................................................................................... 22
2.1.3. Chụp cắt lớp phát xạ positron ....................................................................................... 22
2.1.4. Từ não đồ ...................................................................................................................... 23
2.1.5. Điện não đồ xâm lấn ...................................................................................................... 24
2.2. Tín hiệu điện não và các vấn đề liên quan .................................................................... 25
2.2.1. Điện não đồ .................................................................................................................... 25
2.2.2.Tín hiệu điện não ............................................................................................................ 26
2.2.3. Cơ chế phát sinh tín hiệu điện não ................................................................................. 28
2.2.4. Thu tín hiệu điện não ..................................................................................................... 29
3. Một số phương pháp xử lý, phân tích tín hiệu điện não ....................................................... 30
3.1. Biến đổi wavelet............................................................................................................... 30
3.2. Phân tích thành phần độc lập trong khử nhiễu tín hiệu điện não ..................................... 33
3.3. Mạng Nơron wavelet ....................................................................................................... 34
3.3.1. Huấn luyện ............................................................................................................... 35
3.3.2. Khử nhiễu ................................................................................................................ 35
3.4. Phương pháp phân ngưỡng wavelet ................................................................................ 36
3.5. Kỹ thuật định vị LORETA trong trực quan hóa dữ liệu điện não ................................... 38
4. Một số ứng dụng hệ giao diện não máy tính ........................................................................ 40