Evaluación de la eficacia de PCA e ICA en la mejora del reconocimiento de movimientos musculares a partir de señales EMG crudas

Abstract

En la última década el desarrollo de modelos de clasificación a través de aprendizaje automático para control de dispositivos protésicos multifuncionales ha ido en aumento. La electromiografía (EMG) son registros producidos por las fibras musculares de forma natural al realizar movimientos, de modelarse podrían tener un papel de forma más activa en este tipo de control. Estas señales son utilizadas para control de dispositivos/aplicaciones, el problema con estos modelos es la naturaleza estocástica de la señal, la variabilidad entre sujetos y la comunicación cruzada inherente que los vuelve inexactos ante un número alto de movimientos. La naturaleza estocástica y la variabilidad de la señal ya son ampliamente estudiadas, sin embargo, no existen aún resultados definitivos que describan modelos de clasificación de movimientos generalizables. Aquí se estudian dos bases de datos disponibles en la red CapgMyo y the Ninapro project, se evalúan las características de estas, teniendo como objetivo investigar la variabilidad de la señal muscular entre sujetos, los factores que la modifican y como afecta el uso de análisis de componentes principales (PCA) y el análisis de componentes independientes (ICA) a la información del EMG en modelos de clasificación. Se realizó una comparación entre los resultados en términos de porcentajes de reconocimiento de métodos clásicos de aprendizaje automático como el análisis discriminante lineal (LDA) y el cuadrático (QDA) utilizando técnicas de trasformación a nuevos espacios introduciendo la posibilidad de realizar una reducción de la dimensionalidad con PCA e ICA, algoritmos usualmente utilizados para resolver problemas como la separación ciega de fuentes (BSS) que es aplicable al fenómeno presentado en  señales musculares y su adquisición a través de electrodos superficiales. Los resultados pueden evaluarse a través del porcentaje de reconocimiento de los modelos de clasificación creados, estos muestran que para señales crudas de EMG los métodos de PCA e ICA son útiles para realizar una reducción de la dimensionalidad de los datos sin aportar un aumento significativo en los porcentajes de reconocimiento. Se demostró que los porcentajes de reconocimiento en la clasificación de los movimientos para la base de datos Capgmyo fueron superiores gracias a las características que la definen, se obtuvo un mayor porcentaje de reconocimiento que va del 72.5% al 87.9% con QDA, y del 82.8 al 90% para QDA con PCA. La aportación principal es la evaluación de la eficacia de algoritmos como PCA e ICA en tareas de aprendizaje automático con datos crudos de EMG. Como trabajo futuro esta ir plasmando las bases para reducir los efectos de la comunicación cruzada en los registros de EMG.