State-space modeling and estimation for multivariate brain signals

Brain signals are derived from underlying dynamic processes and interactions between populations of neurons in the brain. These signals are typically measured from distinct regions, in the forms of multivariate time series signals and exhibit non-stationarity. To analyze these multi-dimensional data with the latent dynamics, efficient statistical methods are needed. Conventional analyses of brain signals use stationary techniques and focus on analyzing a single dimensional signal, without taking into consideration the coherence between signals. Other conventional model is the discrete-state hidden Markov model (HMM) where the evolution of hidden states is characterized by a discrete Markov chain. These limitations can be overcome by modeling the signals using state-space model (SSM), that model the signals continuously and further estimate the interdependence between the brain signals. This thesis developed SSM based formulations for autoregressive models to estimate the underlying dynamics of brain activity based on measured signals from different regions. The hidden state and model estimations were performed by Kalman filter and maximum likelihood estimation based on the expectation maximization (EM) algorithm. Adaptive dynamic model time-varying autoregressive (TV-AR) was formulated into SSM, for the application of multi-channel electroencephalography (EEG) classification, where accuracy obtained was better than the conventional HMM. This research generalized the TV-AR to multivariate model to capture the dynamic integration of brain signals. Dynamic multivariate time-varying vector autoregressive (TV-VAR) model was used to investigate the dynamics of causal effects of one region has on another, which is known as effective connectivity. This model was applied to motor-imagery EEG and motortask functional magnetic resonance imaging (fMRI) data, where the results showed that the effective connectivity changes over time. These changing connectivity structures were found to reflect the behavior of underlying brain states. To detect the state-related change of brain activities based on effective connectivity, this thesis further developed a novel unified framework based on the switching vector autoregressive (SVAR) model. The framework was applied to simulation signals, epileptic EEG and motor-task fMRI. The results showed that the novel framework is able to simultaneously capture both slow and abrupt changes of effective connectivity according to the brain states. In conclusion, the developed SSM based approaches were effective for modeling the nonstationarity and connectivity in brain signals

Acoustic cardiac signals analysis: a Kalman filter–based approach

Auscultation of the heart is accompanied by both electrical activity and sound. Heart auscultation provides clues to diagnose many cardiac abnormalities. Unfortunately, detection of relevant symptoms and diagnosis based on heart sound through a stethoscope is difficult. The reason GPs find this difficult is that the heart sounds are of short duration and separated from one another by less than 30 ms. In addition, the cost of false positives constitutes wasted time and emotional anxiety for both patient and GP. Many heart diseases cause changes in heart sound, waveform, and additional murmurs before other signs and symptoms appear. Heart-sound auscultation is the primary test conducted by GPs. These sounds are generated primarily by turbulent flow of blood in the heart. Analysis of heart sounds requires a quiet environment with minimum ambient noise. In order to address such issues, the technique of denoising and estimating the biomedical heart signal is proposed in this investigation. Normally, the performance of the filter naturally depends on prior information related to the statistical properties of the signal and the background noise. This paper proposes Kalman filtering for denoising statistical heart sound. The cycles of heart sounds are certain to follow first-order Gauss–Markov process. These cycles are observed with additional noise for the given measurement. The model is formulated into state-space form to enable use of a Kalman filter to estimate the clean cycles of heart sounds. The estimates obtained by Kalman filtering are optimal in mean squared sense

Study of the light’s dazzling effect on the EEG signal of subjects performing tasks that require concentration

Tese de mestrado integrado, Engenharia Biomédica e Biofísica (Sinais e Imagens Médicas) Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2019The objective of this work is to study the effect of luminous glare on the electroencephalographic (EEG) signals of subjects that perform concentration-based tasks. The increasing access to high-power and directional light sources (such as laser pointers, but also some flashlights) has led to a growing concern with the potential effects of its use. More than the direct damaging of the retina, the focus has been directed at the effects related to the change in states of concentration on individuals performing tasks whose concentration is critical (such as helicopter pilots or heavy vehicles drivers). This effect is known as ”dazzling” and is typically a temporary deleterious effect on the ability to see or concentrate. However, while damage to the retina can be quantified, glare effects, being indirect (based on the effect on the execution of a given task), are typically qualitative (or at least of more subjective quantification). In this context, the use of brain-computer interfaces capable of analyzing the brain response to external stimuli, opens a door towards the creation of a new tool to evaluate the effects of dazzle. Its potential was evaluated by defining a set of strategies involving the illumination process, EEG signal recording and analysis. A continuous performance task commonly used as an assessment in cognitive neuroscience (N-back) was used to test the attention under the effect of dazzling, in parallel with EEG signals acquisition. Statistical data analysis was performed with the R programming language. ANOVA statistical significant results (p<0.001) for answer scores and latency were obtained for differences between the levels of difficulty, both with or without dazzling. Tukey’s test further revealed that these statistical differences were on the 0-back/2-back and 1-back/2-back pairs (p<0.005). The differences in the pair 0-back/1-back were not significant. Peak band frequency statistical tests were not significant with or without dazzling. Statistical differences were found between dazzling conditions for the frequency band power. For the 0-back and 1-back levels, with the AF7-Fp1 electrode pair, T-student tests resulted in an alpha band frequency power increase (p<0.003, in both cases). The electrode pair AF8-Fp2 resulted in an alfa and beta frequency band increase for the 1-back level (p<0.014 and p<0.029, respectively). These results suggest that concentration is affected by dazzling and can be quantified by means of measuring the change in alpha and beta frequency band power. This technique holds potential and, if further researched and developed, may constitute an effective way of measuring the degree of loss of concentration under the effect of dazzling

Recent Applications in Graph Theory

Graph theory, being a rigorously investigated field of combinatorial mathematics, is adopted by a wide variety of disciplines addressing a plethora of real-world applications. Advances in graph algorithms and software implementations have made graph theory accessible to a larger community of interest. Ever-increasing interest in machine learning and model deployments for network data demands a coherent selection of topics rewarding a fresh, up-to-date summary of the theory and fruitful applications to probe further. This volume is a small yet unique contribution to graph theory applications and modeling with graphs. The subjects discussed include information hiding using graphs, dynamic graph-based systems to model and control cyber-physical systems, graph reconstruction, average distance neighborhood graphs, and pure and mixed-integer linear programming formulations to cluster networks

Brain-Computer Interface

Brain-computer interfacing (BCI) with the use of advanced artificial intelligence identification is a rapidly growing new technology that allows a silently commanding brain to manipulate devices ranging from smartphones to advanced articulated robotic arms when physical control is not possible. BCI can be viewed as a collaboration between the brain and a device via the direct passage of electrical signals from neurons to an external system. The book provides a comprehensive summary of conventional and novel methods for processing brain signals. The chapters cover a range of topics including noninvasive and invasive signal acquisition, signal processing methods, deep learning approaches, and implementation of BCI in experimental problems

Brain signal analysis in space-time-frequency domain : an application to brain computer interfacing

In this dissertation, advanced methods for electroencephalogram (EEG) signal analysis in the space-time-frequency (STF) domain with applications to eye-blink (EB) artifact removal and brain computer interfacing (BCI) are developed. The two methods for EB artifact removal from EEGs are presented which respectively include the estimated spatial signatures of the EB artifacts into the signal extraction and the robust beamforming frameworks. In the developed signal extraction algorithm, the EB artifacts are extracted as uncorrelated signals from EEGs. The algorithm utilizes the spatial signatures of the EB artifacts as priori knowledge in the signal extraction stage. The spatial distributions are identified using the STF model of EEGs. In the robust beamforming approach, first a novel space-time-frequency/time-segment (STF-TS) model for EEGs is introduced. The estimated spatial signatures of the EBs are then taken into account in order to restore the artifact contaminated EEG measurements. Both algorithms are evaluated by using the simulated and real EEGs and shown to produce comparable results to that of conventional approaches. Finally, an effective paradigm for BCI is introduced. In this approach prior physiological knowledge of spectrally band limited steady-state movement related potentials is exploited. The results consolidate the method.EThOS - Electronic Theses Online ServiceGBUnited Kingdo

A study of event-related electrocortical oscillatory dynamics associated with cued motor-response inhibition during performance of the Go/NoGo task within a sample of prenatally alcohol-exposed children and age-matched controls

Fetal alcohol spectrum disorders (FASDs) are a spectrum of disorders that occur due to prenatal alcohol exposure (PAE). Response inhibition refers to the ability to inhibit/suppress a prepotent behavioural tendency set in motion during an experimental task. Our research explored neocortical processing in heavy-exposed children from Cape Town, South Africa, performing the Go/NoGo response inhibition task. We utilised event-related electroencephalographic methodologies to examine event-related potentials (ERP) and eventrelated changes in induced oscillatory power - event-related desynchronisation (ERD)/eventrelated synchronisation (ERS). Across visual and auditory Go/NoGo tasks, we observed equivalent levels of inhibitory control between heavy-exposed (HE) participants and normally-developing controls; however, HEs demonstrated significantly slower reaction times relative to the control group. In an auditory ERP study, we observed a number of alcohol-related changes in ERP waveform morphology, such as decreased P2 amplitude, reduced P3 amplitude, and longer P3 peak latency. In addition, within the HE group, late in the trials, a slow-wave component was observed in both experimental conditions. A significant difference in N2 amplitude across conditions that has consistently been observed in normally-developing samples was not observed in the HE group. We extended previous research findings in the visual domain by analysing induced oscillatory responses. We observed within the normally-developing sample: (1) in both experimental conditions, a frontal induced beta-band ERS related to decision-making; and (2) in the NoGo-condition, a frontal gamma-band ERS related to cognitive-control. Within the HE group, the beta-ERS was not observed in either of the experimental conditions, neither was the gamma-ERS observed in the NoGo-condition. Frontal induced beta-power was predictive of performance accuracy in the HE group, but not in the control group. The observed alcohol-related effects were not explained and/or mediated by IQ (WISC-IQ), socio-economic circumstances, comorbid ADHD, or teratogenic effects related to postnatal lead exposure and prenatal cigarette-smoke exposure. Our results point to alterations in scalp-measured event-related neocortical oscillatory dynamics and slower processing of task demands due to heavy PAE. These alcohol-related effects are observable on ERP component measures, primarily related to conflict-monitoring and attention-based processing. PAE also affects induced classes of neocortical oscillatory dynamics related to decision-making and cognitive-control processes required to inhibit a prepotent motor-response

Classification Methods For Motor Imagery Based Brain Computer Interfaces

Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016Thesis (PhD) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2016Beyin bilgisayar ara yüzü (BBA), son yıllarda oldukça gelişme sağlayan bir araştırma konusudur. Oyun ekipmanlarından yapay organlara kadar çok çeşitli alanlarda kullanım alanlarına sahip BBA teknolojisinin temel amacı, BBA kullanıcısının beyni ve elektronik bir cihaz arasında herhangi bir çevresel sinir yollarına bağlı olmayan aracısız bir haberleşme kanalı kurmaktır. Motor hareket hayali (MHH), kullanıcının, motor bir hareketi hayal etmesi sırasında alınan beyin sinyallerinden o hareketin tahmin edilmesi esasına dayanan bir BBA yöntemidir. Bağımsız bir BBA türü olması ve pratik olması gibi nedenlerden dolayı, motor hayali çeşitli BBA türleri arasında en popüler olanıdır. Motor hareket hayali sinyalleri beyinin motor korteks olarak adlandırılan, istemli hareketlerden sorumlu bölgesinden elde edilir. Bu sinyallerin alınması için fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI), pozitron emisyon tomografi (PET), Elektrokortikogram (EKoG) ya da Elektroansefalografi (EEG) gibi işaret alma metotları kullanılabilir. Bu sinyal türleri içerisinde pratik, ucuz, hızlı ve girişimsiz bir yöntem olduğundan, genellikle EEG tercih edilir. Popüler olmasına rağmen, motor hareket hayali işaretlerinin sınıflandırılması oldukça zordur. Bunun temel nedeni ise, düşük uzamsal çözünürlüktür. Düşük uzamsal çözünürlük nedeniyle motor hareket hayali ile ilişkili sinyaller beynin farklı bölgelerinde bulunan başka sinyal kaynakları ile karışır ve bu, elde edilen EEG sinyalinden motor hareket hayali sinyallerinin ortaya çıkarılmasını güçleştirir. Ayrıca motor hareket hayali sinyal karakteristiklerinin kişiden kişiye hatta aynı kişi için zamanla değişebilir olması, sınıf sayısının sınırlı olması, EEG işaretinin durağan olmaması ve deneklerin motor hareketlerin hayal edilmesi konusunda tecrübesiz olması da bu tarz işaretlerin sınıflandırılmasını güçleştiren unsurlardandır. Tezin giriş kısmında BBA hakkında temel bilgiler ve önemli BBA metotlarından bahsedilmiştir. Bu BBA metotları şu şekilde sıralanabilir: i) Durağan görsel uyarılmış potansiyel (Steady state visual evoked potentials) tabanlı BBA, ii) P300 tabanlı BBA, iii) Yavaş kortikal potansiyeller (Slow cortical potentials) tabanlı BBA, iv) Kortex-neron aktivasyon potansiyeli (Cortical-neuronal activation potentials) tabanlı BBA, v) Motor hareket hayali (Motor imagery) tabanlı BBA. Tez çalışması konusu motor hareket hayali olduğu için, MH hakkında detaylı bilgiler verilmiştir. MH sinyallerinin fizyolojik temelleri, sinyal karakteristikleri, MH sinyallerinin işlenmesi sırasında karşılaşılan zorluklar gibi konulara değinilmiştir. Ardından, motor hareket hayali işaretlerinin sınıflandırılmasına yönelik ayrıntılı bir literatür araştırması sunulmuştur. Motor hareket hayali sırasında, motor korteks bölgesinde olay ilişki senkronizasyon (event related synchronisation, ERS) ve olay ilişkili desenkronizasyon (event related desynchronisation, ERD) olarak adlandırılan güç değişimleri meydana gelir. ERD, belirli bir frekans bandında ölçülen işaretteki güç düşümüne, ERS ise belirli bir frekansta ölçülen işaretteki güç artışına karşılık gelir. Motor hareket hayali sırasında en belirleyici işaret, 8-16 Hz arasındaki µ bandındaki güç düşümüdür. Ayrıca 20-30 Hz arasında da ERS işaretleri motor hareket hayali ile birlikte görülmektedir. Çalışmada motor hareket hayali olarak adlandırılan, kişinin kaslarını hareket ettirmesi ya da ettirmeye niyetlenmesi sırasında beynin motor korteks bölgesinde ortaya çıkan güç değişimlerini analiz eden beyin bilgisayar ara yüzü konusunda mevcut sınıflandırma metotları araştırılmış ve tez çalışmasında yeni metotlar geliştirilmiştir. Bu çalışmada, motor hareket hayali işaretlerinin sınıflandırılması için yeni metotlar geliştirilmiştir. Bu amaçla literatürdeki mevcut metotlar ile beraber, tez kapsamında geliştirilen metotlar sunulmuş ve tüm bu metotların sınıflandırma performansları incelenmiştir. Metotlar kısmında, MH sınıflandırmasına yönelik literatürdeki belli başlı yöntemler anlatılmıştır. Öncelikle, MH sınıflandırmasına yönelik genel bir çerçeve çizilmiş, ardından, her bir işlem adımı detaylı bir biçimde, literatürdeki mevcut yayınlardan bahsedilerek anlatılmıştır. MH sınıflandırmada çok önemli bir uzamsal sınıflandırma metodu olan "Ortak uzamsal örüntüler" (Common Spatial Patterns, CSP) metodu anlatılmış ve CSP metoduna yapılan iyileştirmelerden bahsedilmiştir. Metotlar kısımda, Tezin katkılarından ilki olan "Görev ilişkili & uzamsal düzenlemeli ortak uzamsal örüntüler" (Task Related & Spatially Regulaized Common Spatial Patterns, TR&SR-CSP) isimli çalışma anlatılmıştır. Bu çalışmada düzenlenmiş bir CSP metodu önerilmiştir. Metot motor hareket hayali sinyallerinin beyindeki oluşum noktalarını kullanan bir düzenlenmiş (regularized) CSP metodudur. Bu metotta, uzamsal filtrelerin eğitimi sırasında özel olarak hazırlanmış bir ceza matrisi oluşturma algoritması tanıtılmıştır. Bu ceza matrisi, verilen görevlere ilişkin motor korteksteki konumları göz önünde bulundurarak uzamsal filtrelerin korteks üzerinde bu bölgelere odaklanmasını sağlamıştır. Çalışma sonuçları incelendiğinde, fizyolojik verilerle uyumlu sonuçların elde edildiği gözlemlenir. Çalışma 2014 senesinde biyo-informatik ve biyomedikal mühendisliği uluslar arası konferansı" (IWBBIO) konferansında sunulmuştur. Metotlar kısmında ikinci olarak CSP'nin eksikliklerine değinilerek "Uzamsal filtre ağı" (Spatial Filter Network, SFN) metodu sunulmuştur. Bu metot, bir uzamsal filtre ve bir sınıflandırıcının birlikte optimizasyonunu sağlayan çok katmanlı bir yapıdır. Önerilen yöntem, CSP metodunun iki problemini adresler ve bunlara çözüm arar. Bu problemler, i) CSP metodunun yalnızca sınıflar arası saçılımları iyileştirmesi, buna rağmen, sınıf içi saçılımlar ile ilgilenmemesi, ii)CSP metodunun sınıflandırma performansı ile değil, verilen optimizasyon fonksiyonunu iyileştirmeye çalışmasıdır. SFN ise eğitim kümesindeki her elemanı tek tek ağa sunarak, hem uzamsal filtreyi, hem de sınıflandırıcıyı eğitir. SFN ağının eğitimi için yapay sinir ağlarında kullanılan geriye yayılım yöntemi kullanılmıştır. Bunun için ağa sunulan her eğitim kümesi elemanı için ağın oluşturduğu çıkış incelenmiş ve hem uzamsal filtre ağırlıkları, hem de sınıflandırıcı ağrırlıkları güncellenmiştir. Optimizasyon yöntemi olarak yapay sinir ağlarının eğitiminde kullanılan Levenberg-Marquardt (LM) ve back propogation (BP) metotlarından yararlanılmıştır. Tez içersinde SFN metodunun çalıştırılmasına ve eğitimine yönelik matematiksel denklemler sunulmuştur. SFN metoduna ilişkin yayın, PLoS One isimli dergide yayınlanmıştır. Metotlar kısmında son olarak uzamsal – spektral filtreleme metotlarına değinilmiştir. Bu metotlar hem uzamsal hem de spektral düzlemde optimizasyonlar yapmaktadırlar. CSP basitliği ile beraber güçlü bir metot olmasına karşın, bazı eksiklikleri vardır. Motor hareket hayali tabanlı beyin bilgisayar ara yüzlerinde CSP'nin başarısı büyük oranda ERD (olay tabanlı desenkronizasyon) ve ERS (olay tabanlı senkronizasyon) olarak adlandırılan fizyolojik fenomenlere bağlıdır. Halbuki pratikte ERD'nin bulunduğu frekans bandı kişiden kişiye farklılık gösterir. Bu, pratik bir BCI tasarlarken karşılaşılan en büyük problemlerden biridir. Yakın zamana kadar CSP kullanılırken frekans bandı ya geniş bant kullanılarak tanımsız bırakılmaktaydı ya da manüel ayarlanmaktaydı. Genel olarak, CSP'yi EEG işaretini filtrelemeden ya da uygun olmayan bir frekans bandında filtreleyerek uygulamak düşük bir sınıflandırma başarımı verecektir. Bu durumda yapılacak bir iş, zaman harcayıcı bir araştırmalar ve bazı manüel ayarlamalar ile her bir denek için en iyi frekans bandını bulmak olacaktır. Bu şekilde sınıflandırmanın başarımı artırdığı gösterilmiş olsa da, zaman harcayıcı ve zahmetli bir iştir. Bu nedenle son zamanlarda uzamsal filtrelerin frekans filtreleri ile eş zamanlı optimizasyonuna ilişkin yöntemlerin araştırılması oldukça önem kazanmıştır. Bu nedenlerden dolayı, CSP gibi sadece uzamsal düzlemde çalışan metotlar yerine filtrelerin spektral karakteristiklerinin de otomatik olarak iyileştirilmesi amaçlanıştır. Literatürdeki mevcut spatio-spectral metotlar anlatılmış ve tezin son çıktısı olan "Filtre bankası temelli ortak uzamsal örüntüler" (Filter bank common spatio spectral patterns, FBCSSP) isimli, hem spektral hem de uzamsal düzlemde filtre iyileştirilmesi yapan bir metot geliştirilmiştir. Sunulan metot, çeşitli frekanslarda filtreleme yapan bir filtre bankası ve arka arkaya dizilmiş iki adet CSP katmanından oluşur. İlk CSP katmanı, her bir filtre bankası çıkışını uzamsal olarak filtreler böylece, EEG işareti dar bantlarda uzamsal filtrelenmiş olur. İkinci CSP katmanı ise ilk katmandan gelen uzamsal filtrelenmiş işaretleri alarak en önemli işaretleri ortaya çıkartmaya çalışır. Bu nedenle ikinci katman bir nevi frekans seçimi yapmaktadır. İki CSP katmanı ise spatio-spektral bir filtre yapısı oluşturmuş olur. Sonuçlar incelendiğinde, yüksek sınıflandırma başarımlarına ulaşılabildiği görülmektedir. Sunulan çalışma "Biyo-medikal ve biyo informatik alanlarında bilgi teknolojileri" (ITBAM 2016) isimli konferansta sunulmak üzere kabul almıştır. Çalışma "Bilgisayar bilimlerinde konferans notları" (LNCS) isimli dergide yayınlanacaktır. Sonuçlar kısmında, kullanılan veri kaynaklarından bahsedilmiş, veri kümelerinin özelliklerinden bahsedilmiştir. Daha sonra, sonuçların elde edilmesine yönelik bir çerçeve sunulmuş ve yapılacak değerlendirmeler anlatılmıştır. Ayrıca sonuçlar elde edilirken kullanılan metotlara ilişkin bütün parametre ayarlamaları detaylıca sunulmuştur. Sonuçlar kısmında hem sayısal hem de görsel sonuçlar karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Sonuçlar incelendiğinde, önerilen metotların başarılı sonuçlar elde ettiği görülmüştür. Literatürdeki diğer metotlara ilişkin sonuçlar ile değerlendirildiğinde, önerilmiş metotlardan elde edilen sınıflandırma performansları ümit vericidir. Önerilen metotların çalışılan veri kümelerinde performansı yukarı çektiği görülmektedir. Sayısal performans değerlendirmesinin yanında ayrıca, önerilen metotların motor hareket hayali fizyolojisi ile uygunluğu elde edilen uzamsal ve spektral filtrelerin analiz edilmesi ile gözlemlenmiştir. Bütün bu sonuçlar önerilen metotların etkili ve başarılı olduğunu göstermektedir.Brain computer interfacing (BCI) is an emerging topic which is applied to several areas from gaming equipment to health assistive devices. BCI technology aims establishing a direct communication pathway between the user's brain and any electronic device. Motor imagery is a BCI methodology in which the user's imagining of moving a limb is detected without any actual physical movement. Among different BCI techniques, motor imagery is the most popular BCI methodology because of its practicality and being an independent BCI method. Generally, electroencephalogram (EEG) is used for acquiring motor imagery signals since it is a practical, cheap, fast and non-invasive technique for analyzing brain signals. However, classification of motor imagery signals is a challenging topic. Poor spatial resolution of EEG signal makes it difficult to clearly extract motor imagery signals directly. Poor spatial resolution causes motor imagery signals to be mixed up with the signals from the signal sources in the brain which are much stronger. In this study, novel methods for classification of motor imagery signals were developed. For this purpose, existing methods and proposed methods were presented and their classification performances were analyzed. In this thesis, firstly, BCI concept and main BCI methodologies were presented. Motor imagery paradigm and physiological sources and main properties of motor imagery signals were described. Then, an extensive literature review about classification of motor imagery signals was exhibited. Next, the state of art method in the motor imagery classification called common spatial patterns (CSP) method was analyzed and then, regularized CSP methods which addresses some drawbacks of CSP were described. Next, the first contribution of this thesis, task related & spatially regularized CSP method was presented as a regularized CSP algorithm. After that, the second contribution of this thesis, a spatial filtering and classification structure named spatial filter network (SFN) method was presented. After presenting the spatial filtering algorithms, spectral and spatial filtering methodologies were presented. In this manner, a spatio-spectral filtering method called filter bank common spatio-spectral patterns (FBCSSP) method was proposed. Before running the proposed methods, datasets used in the study were introduced. Then, selected configurations of the methods were described. Obtained results of the proposed methods of this study are promising. Their performance evaluations were reported along with important methods from the literature. Developed methods increased the classification performance of the given datasets. Also the physiological suitability of the proposed methods was demonstrated by analyzing obtained spatial and spectral filters. Results showed the effectiveness of the proposed methods.DoktoraPh