\documentclass[11pt]{beamer}

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\begin{document}
	\author{Jan-Peter Hohloch}
	\title[Movement Prediction using Synergies]{Movement Prediction from EEG\\Based on Synergies}
	\subtitle{Evaluation and Comparison to Other Methods}
	\date{22.12.2016\vspace*{1cm}}
	\titlepage
	\begin{frame}
	   \tableofcontents
	\end{frame}

	\section{Grundlagen}
    \frame{\centering\usebeamerfont{section title}\usebeamercolor[fg]{section title}\insertsection\par}
        \subsection{Motivation}
        \begin{frame}{Motivation}
            \begin{itemize}
                \item<1-> Warum Armbewegungen vorhersagen?
                \begin{itemize}
                    \item<1-> Steuerung von Prothesen
                    \item<1-> Rehabilitation durch Exoskelett
                    \item<1-> Steuerung von Computern oder Robotern
                \end{itemize}
                \item<2-> Warum diese Arbeit?
                \begin{itemize}
                    \item<2-> Stand bei non-invasiven Techniken im Vergleich
                    \item<2-> Autoencoder vielversprechende Option für Synergien
                    \item<2-> Low Frequencies lieferten gute Ergebnisse (z.B. Lew et al. 2014)
                \end{itemize}
            \end{itemize}
        \end{frame}
        \subsection{Synergien}
		\begin{frame}{Synergien}
			\begin{itemize}
				\item Muskelaktivierung lässt sich in Synergien zerlegen
                \item Muster von Aktivität als Baustein der Bewegung
                \item können als Dimensionsreduktion des EMG-Signals berechnet werden
                \begin{itemize}
                    \item Principal Component Analysis (PCA)
                    \item non-Negative Matrix Factorization (NMF)
                    \item Autoencoder
                \end{itemize}
			\end{itemize}
		\end{frame}
        \subsection{Versuchsaufbau}
        \begin{frame}
            \begin{figure}
                \centering
                \includegraphics{../text/thesis/pictures/experimentalDesign.jpg}\\
                \centering{Versuchsaufbau (Bild aus Shiman et al. 2015)}
                \label{fig:experimentalDesign}
            \end{figure}
        \end{frame}
        \subsection{Daten}
        \begin{frame}{Daten}
            \begin{itemize}
                \item 9 rechtshändige VP (6m,3w), $\varnothing$ 25 Jahre alt
                \item 32 Kanal EEG, 6 Kanal EMG
                \item Armposition in $(x,y,\theta)$
                \item ``session'' als ein Datensatz: 5 Durchläufe mit je 40 Trials $\rightarrow$ insgesamt 51 sessions
                \item[]
                \item Vorhersage mit SVM (Klassifizierung) oder \textsc{Ridge}-Regression (Regression)
                \item[]
                \item Signifikanztests: ANOVA
            \end{itemize}
        \end{frame}
        \subsection{Neu-Klassifizierung}
        \begin{frame}{Neu-Klassifizierung}
            \begin{itemize}
                \item sehr schlechte Ergebnisse für Move/Rest-Klassifikation durch EMG
                \item Neu-Klassifizierung basierend auf EMG
                \item unterschiedliche Arten von Pausen\\[.5cm]
                \item[] \input{pause.tikz}
            \end{itemize}
        \end{frame}
	\section{Ergebnisse}
    \frame{\centering\usebeamerfont{section title}\usebeamercolor[fg]{section title}\insertsection\par}
        \subsection{Überblick}
        \begin{frame}{Überblick: Was passiert?}
            \begin{figure}
                \centering
                \begin{overlayarea}{\textwidth}{0.6\textheight}
                    \input{overview.tikz}
                \end{overlayarea}
                \label{fig:overview}
            \end{figure}
        \end{frame}
        \subsection{EEG}
        \begin{frame}{EEG - Ergebnisse}
            \begin{itemize}
                \item 2-49Hz
                \begin{itemize}
                    \item Move/Rest: 57.2\%
                    \item 5 Klassen: 40.4\%
                    \item Korrelation (Geschwindigkeit): (0.18,0.20,0.01)
                    \item Korrelation (Position): (0.57,0.56,0.50)
                \end{itemize}
                \item Low Frequencies (0.01-1Hz)
                \begin{itemize}
                    \item Move/Rest: 53.6\%
                    \item 5 Klassen: 32.7\%
                    \item Korrelation (Geschwindigkeit): (0.04,0.07,-0.01)
                    \item Korrelation (Position): (0.27,0.26,0.20)
                \end{itemize}
            \end{itemize}
        \end{frame}
        \subsection{EMG}
        \begin{frame}{EMG - Ergebnisse}
            \begin{itemize}
                \item EMG (keine Pause)
                \begin{itemize}
                    \item Move/Rest: 80.3\%
                    \item 5 Klassen: 60.5\%
                    \item Korrelation (Geschwindigkeit): (0.06,0.08,0.02)
                    \item Korrelation (Position): (0.26,0.29,0.14)
                \end{itemize}
                \item mit Pause jeweils besser
                \item[]
                \item<2> zum Vergleich: Autoencoder
                \begin{itemize}
                    \item Korrelation (Geschwindigkeit): (0.05,0.08,0.01)
                    \item Korrelation (Position): (0.20,0.29,0.11)
                \end{itemize}
            \end{itemize}
        \end{frame}
        \subsection{Aufnahmemethoden}
        \begin{frame}{Aufnahmemethoden}
            \begin{figure}
                \centering
                \includegraphics[width=\textwidth]{../text/thesis/pictures/results/corrEEGemgLFpos.png}\\
                \centering{Korrelation von Positionsvorhesagen von EEG, EMG und LF}
                \label{fig:corrEEGemgLFpos}
            \end{figure}
        \end{frame}
        \subsection{Pause}
        \begin{frame}{Pause}
            \begin{itemize}
                \item<1,2> EMG signifikant besser wenn \texttt{pause=true}
                \item<2> Low Frequencies signifikant besser wenn \texttt{pause=false}
            \end{itemize}
            \only<1>{\includegraphics[width=\textwidth]{../text/thesis/pictures/results/pauseEMG.png}}
            \only<2>{\includegraphics[width=\textwidth]{../text/thesis/pictures/results/lfToAutoencPause.png}}
        \end{frame}
        \subsection{Synergien}
        \begin{frame}{Synergien - Ergebnisse}
            \includegraphics[width=\textwidth]{../text/thesis/pictures/results/predictEMGSyn.png}
        \end{frame}
		\begin{frame}{Synergien - Anzahl}
            \begin{figure}
                \includegraphics[width=\textwidth]{../text/thesis/pictures/results/noSyn.png}\\
                \centering{EMG Vorhersage aus 1 bis 6 Synergien}
            \end{figure}
		\end{frame}
        \begin{frame}{Synergien - Methode}
            \begin{itemize}
                \item nur geringe Unterschiede zwischen PCA, NMF und Autoencodern
                \item PCA-Synergien lassen sich vom EEG aus schlechter vorhersagen
                \item Autoencoder sollten mit wenig Synergien besser funktionieren, ließ sich aber nicht zeigen
            \end{itemize}
        \end{frame}
        \begin{frame}{Synergien - Konzept}
            \begin{itemize}
                \item Synergien lassen sich besser vorhersagen als EMG
                \item EMG-Vorhersage aus EEG mit Zwischenschritt nur wenig schlechter als ohne (0.23 vs 0.20)
                \item<2>[$\rightarrow$] Synergien sind ein sinnvolles Konzept
            \end{itemize}
        \end{frame}
        \subsection{Topographische Informationen}
        \begin{frame}
            {Topographische Informationen}
            \includegraphics<1,2>[width=.49\textwidth]{../text/thesis/pictures/results/topoAlpha.png}
            \includegraphics<2>[width=.49\textwidth]{../text/thesis/pictures/results/topoBeta.png}
            \begin{itemize}
                \item<1,2> Alpha: ``Where-Path'' aktiv (?)
                \item<2> Beta: großer Einfluss von Bewegungsartefakten
            \end{itemize}
        \end{frame}
    \subsection{Zusammenfassung}
    \begin{frame}{Zusammenfassung}
        \begin{itemize}
            \item<1-> EMG
            \begin{itemize}
                \item<1-> so nicht verwendbar ($r\sim0.2$)
            \end{itemize}
            \item<2-> EEG
            \begin{itemize}
                \item<2-> gute Ergebnisse
                \item<2-> jedoch (v.a. in höheren Frequenzen) Muskelartefakte
            \end{itemize}
            \item<3-> Low Frequencies
            \begin{itemize}
                \item<3-> v.a. bei eigenmotivierten Bewegungen sinnvoll
                \item<3-> sinnvoll für Früherkennung
            \end{itemize}
            \item<4-> Positionen lassen sich besser vorhersagen als Geschwindigkeiten
            \item<5> Synergien
            \begin{itemize}
                \item<5> wenig schlechter als 6 Kanal EMG
                \item<5> besser vorhersagbar als EMG
                \item<5> Autoencoder vergleichbar mit NMF, besser als PCA
            \end{itemize}
        \end{itemize}
    \end{frame}
    \section{Ausblick}
    \frame{\centering\usebeamerfont{section title}\usebeamercolor[fg]{section title}\insertsection\par}
        \begin{frame}{Synergien}
            \begin{itemize}
                \item Synergien stärker als Zwischenschritt EEG$\rightarrow$EMG
                \item bspw. Neuronetz:
                \begin{itemize}
                    \item EEG als Input
                    \item EMG als Output
                    \item 1 Hidden Layer
                \end{itemize}
            \end{itemize}
        \end{frame}
    %\frame{\centering\usebeamerfont{section title}\usebeamercolor[fg]{section title}Fragen?\par}
    \begin{frame}
        {Fragen?}
        \only<2>\tableofcontents
    \end{frame}
\end{document}