Görsel uyaranlara karşı aktif beyin bölgelerindeki elektriksel aktivitenin incelenmesi
Analysing of electrical activity in the active brain regions against visual stimuli
Yazar: ŞEYMA NUR ÖZKAYA
Danışman: PROF. DR. TÜLAY YILDIRIM
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Haberleşme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
İnsan Bilgisayar Etkileşimi, özellikle insan gereksinimlerini karşılamak üzere, bilgi ve iletişim teknolojileri temelli mevcut sistemlerin daha kullanışlı hale getirilmesini ve değişen taleplere karşılık daha elverişli sistemler geliştirilmesini kapsayan multidisipliner bir çalışma alanıdır. Bilgisayar bilimi, kognitif bilimler ve insan faktörleri mühendisliği, İnsan Bilgisayar Etkileşimi'nin temelini oluşturan inceleme alanlarıdır. Görüldüğü üzere temelinde insanı, diğer adıyla kullanıcıyı ve kullanıcı beklentilerini hedef alan İnsan Bilgisayar Etkileşimi'nin en karmaşık parçası yeniden insan olarak karşımıza çıkar. İnsan Bilgisayar Etkileşimi, bilgisayar etkileşimli uygulama ve sistemlerin hayatın her alanında merkezcil bir rol üstlenmesi ile giderek önemli hale gelmektedir. Kullanıcı bazlı sistemlerin ve uygulamaların giderek yaygınlaşması, akademik yönden insana ait bilişsel ve zihinsel süreçlerin iyi seviyede anlaşılması gerektiğini göstermiştir. Bu alanda yapılan bilimsel çalışmaların önceliği ve önemi, mevcut sistemlere ve uygulamalara sağlayacağı katkı yönüyle daha belirgin hale gelmektedir.
Görsel algılama, algı araştırmalarının büyük çoğunluğunu oluşturarak, hakkında en çok bilgi sahibi olunan algı türüdür.  Görsel algılamanın zihinsel olarak nasıl meydana geldiği, bilgilerin bellek sistemlerinde nasıl işlendiği, insanın zihinsel kısıtlarının neler olduğu gibi sorulara yanıt olarak, bilimsel çalışmalar çok önemli bulgular ortaya koymaktadır. Ancak bu bulgular birçok değişkene bağlı çıktılar olduğundan birçok bilinmeyeni de beraberinde getirmiştir. Bu yüzden çözülmeyi bekleyen birçok yönüyle görsel algılama bilimsel çalışmaların ilgi odağı olmaya devam etmektedir. Görsel algılama kapsamında, yüzlerin algılanması ve tanınması zorlu ve karmaşık görsel süreçler barındırır. İnsan yüzü, ruh hali, yaş cinsiyet gibi bilgileri de yansıtan, herkesin aşina olduğu, çok boyutlu bir örüntüdür. Görsel algılama süreçlerinin incelenmesinde kullanılan insan yüzü içeren örüntüler, aynı zamanda biyolojik olarak en dikkat çeken görsel uyaranlardır. İnsan beyninin, insan yüzü içeren uyaranlara karşı belirli süreçler içinde seçici tepkiler verdiği Elektroensefalografi (EEG) kullanılan çalışmalar dahilinde gözlenmiştir.
İnsan yüzünün algılanması ve tanınması sadece bilişsel sinirbilim alanında değil, bilgisayar görüsü, biyometrik çalışmalar gibi birçok araştırmaya konu olmuştur. Ancak halen daha insanların yüz tanıma konusundaki başarı oranını ve hassasiyetini bilgisayar sistemleri üzerinde yakalayabilmek, ulaşılması beklenen en üst seviyedir. İnsan Bilgisayar Etkileşimi kapsamında geliştirilen Beyin Bilgisayar Arayüzleri, kullanıcının zihinsel faaliyetleri ile bunların fizyolojik dışavurumlarını, beynin elektriksel aktivitesi sayesinde eşzamanlı kullanabilmektedir. Zihinsel süreçlerin ve beynin işleyişi hakkındaki bilgilerin detaylandırılması, Beyin Bilgisayar Arayüzleri'nin gelişimine katkı sağlayacaktır.
Bu tez çalışmasında, birbirinden farklı kategorilere ait imgeler (objeler, çiçekler, hayvanlar vs.) ile birlikte insan yüzü içeren imgeler görsel uyaran olarak kullanılmıştır.  İnsan yüzü içeren imgeler farklı uyaran kategorilerine dahil edilerek, parametrelere göre aşamalı adımlar içeren bir deney şablonu hazırlanmıştır. Bu sayede farklı uyaran sunumları içerisinde yer alan görsel uyaranlara karşı değişen ilişkili beyin yanıtları ve beyin bölgeleri incelenmiştir.  Sinyal ve kaynak bazlı bu değişimlerin farklı parametreler (bellek sistemleri, yakınlık, cinsiyet vs.) temelinde incelendiği tez çalışmamız, yüz tanıma ve algılama alanında kullanılan yöntemlere bütünsel bir yaklaşım sunmaktadır.

Abstract:
Human Computer Interaction is a multidisciplinary field of study that includes making existing systems based on information and communication technologies more useful to meet human needs and developing more convenient systems in response to changing demands. Computer science, cognitive sciences and human factors engineering are the study areas that underlie Human Computer Interaction. As it turns out, the most complicated part of the Human Computer Interaction, which targets the human on the basis of the user and the user expectations, comes out as human again. Human Computer Interaction is becoming increasingly important as computer-interactive applications and systems play a central role in every aspect of life. The increasing popularity of user-based systems and applications has shown that cognitive and mental processes belonging to human beings must be understood at a good level. The priority and importance of scientific work in this area is becoming more apparent in terms of contribution to existing systems and applications.
Visual perception is the most familiar type of perception, creating the vast majority of perceptual research. Scientific work reveals very important findings in response to questions such as how visual perception occurs intellectually, how information is processed in memory systems, and what are the mental constraints of man. However, since these findings are related to many variables, they brought many unknowns together. Therefore, many aspects of visual perception that remain to be solved continue to be the focus of scientific studies. In the context of visual perception, perception and recognition of faces involves difficult and complex visual processes. It is a multi-dimensional pattern that reflects people's face, mood, age, gender, etc., and is familiar to everyone. The human face pattern used in the study of visual perception processes is also the most noticeable biological stimuli. Electroencephalography (EEG), in which the human brain responds selectively to stimuli containing human facial expressions in certain processes, has been observed within studies.
The perception and recognition of the human face is not only in the field of cognitive neuroscience but also in many researches such as computer vision, biometric studies. However, it is still the highest level that is expected to be able to capture the success rate and sensitivity of people on computer systems. Brain Computer Interfaces developed within Human Computer Interaction can use the user's mental activities and their physiological expressions simultaneously due to the electrical activity of the brain. The elaboration of the information about the mental processes and the functioning of the brain will contribute to the development of Brain Computer Interfaces.
In this thesis study, images containing human faces with images (objects, flowers, animals etc.) belonging to different categories are used as visual stimuli. The images containing the human face were included in different stimulus categories, and an experiment template containing gradual steps was prepared according to the parameters. In this view, related brain responses and brain regions varying from visual stimuli in different stimulus presentations are examined. Our thesis study on signal and resource based changes based on different parameters (memory systems, proximity, sex, etc.) presents a holistic approach to methods used in the field of face perception and recognition.