Studi Komparasi Algoritma Klasifikasi Mental Workload Berdasarkan Sinyal EEG

  • Dessy Kusumaningrum Universitas Negeri Surabaya
  • Elly Matul Imah Universitas Negeri Surabaya

Abstract

Kondisi psikologis dan fisik manusia dapat memengaruhi proses berpikir. Apabila kondisi individu mengalami kelelahan, maka dapat memengaruhi penurunan tingkat produktivitas maupun penurunan proses berpikir yang menyebabkan timbulnya mental workload. Workload yang dimiliki harus seimbang terhadap kemampuan dan keterbatasan yang dimiliki. Mental workload yang berlebih berdampak buruk bagi individu karena menimbulkan penurunan produktivitas kerja. Perangkat khusus yang dapat digunakan untuk mengetahui tingkat mental workload seorang individu adalah Electroencephalogram (EEG). EEG adalah perangkat khusus yang digunakan untuk mengukur sinyal potensi listrik dari otak. Dataset yang digunakan dalam penelitian ini adalah STEW: Simultaneous Task EEG Dataset dengan 45 subjek. Dalam penelitian ini, telah dilakukan studi komparasi algoritma Random Forest, K-Nearest Neighbor (KNN), Multi-Layer Perceptron (MLP), dan Support Vector Machine (SVM) untuk klasifikasi mental workload berdasarkan sinyal EEG. Studi dilakukan untuk menentukan algoritma terbaik dalam klasifikasi dilihat dari segi nilai akurasi dan penggunaan memori saat proses klasifikasi. Dataset telah melalui beberapa tahapan, diantaranya pra-pemrosesan data, ekstraksi fitur, dan proses klasifikasi. Pra-pemrosesan data menerapkan pembagian data menjadi beberapa chunk. Untuk mendapatkan ciri dalam ekstraksi fitur, diterapkan metode Principal Component Analysis (PCA). Pada proses klasifikasi menggunakan pendekatan k-fold cross validation. Hasil studi penelitian ini adalah algoritma terbaik dari sisi akurasi adalah algoritma KNN, algoritma terbaik dari sisi waktu pembuatan model adalah algoritma Random Forest, serta algoritma terbaik dari sisi penggunaan memori adalah algoritma MLP.

Downloads

Download data is not yet available.

References

R. Kazemi, S. Karimpour, M. Shahriyari, and S. N. Hossaini, “A Survey of the Relationship between the Mental Workload and Cognitive Failure in Taxi,” J Heal. Sci Surveill. Sys, vol. 5, no. 4, pp. 188–192, 2017.

E. Poerwanto and Gunawan, “ANALISIS BEBAN KERJA MENTAL PEKERJA BAGIAN GROUND HANDLING BANDARA ADISUTJIPTO UNTUK MENDUKUNG KESELAMATAN PENERBANGAN,” J. ANGKASA, vol. VII, no. 2, pp. 115–126, 2015.

N. Ulfah et al., “Model Kuantitatif Manajemen Kelelahan dan Beban Kerja untuk Peningkatan Produktivitas Pekerja Penggilingan Padi,” J. Kesehat. Masy., vol. 7, no. 10, pp. 477–480, 2013.

Y. Ahuja and S. K. Yadav, “Multiclass Classification and Support Vector Machine,” Glob. J. Comput. Sci. Technol. Interdiscip., vol. 12, no. 11, pp. 15–20, 2012.

A. Narang, B. Batra, A. Ahuja, J. Yadav, and N. Pachauri, “Classification of EEG signals for epileptic seizures using Levenberg- Marquardt algorithm based Multilayer Perceptron Neural Network,” J. Intell. Fuzzy Syst., vol. 34, pp. 1669–1677, 2018.

R. Singla, A. Agrawal, V. Kumar, and O. P. Verma, “Real-Time Mental Workload Detector for Estimating Human Performance Under Workload,” Adv. Signal Process. Commun., 2019.

J. J. Bird, L. J. Manso, D. R. Faria, and E. P. Ribeiro, “A Study on Mental State Classification using EEG-based Brain-Machine Interface,” 2018 Int. Conf. Intell. Syst. IEEE, 2018.

J. L. Lobo, J. Del Ser, F. De Simone, and R. Presta, “Cognitive Workload Classification using Eye-tracking and EEG Data,” HCI-Acro’16, 2016.

A. Appriou, A. Cichocki, and F. Lotte, “Towards Robust Neuroadaptive HCI : Exploring Modern Machine Learning Methods to Estimate Mental Workload From EEG Signals,” CHI’ 18 Ext. Abstr., vol. April 21-2, pp. 1–6, 2018.

R. N. Roy, S. Charbonnier, A. Campagne, and S. Bonnet, “Efficient mental workload estimation using task-independent EEG features,” J. Neural Eng., vol. 13, pp. 1–10, 2016.

N. Farnaaz and M. A. Jabbar, “Random Forest Modeling for Network Intrusion Detection System,” Procedia - Procedia Comput. Sci., vol. 89, pp. 213–217, 2016.

S. A. Naghibi, H. R. Pourghasemi, and B. Dixon, “classification and regression tree , and random forest machine learning models in Iran,” Env. Monit Assess, vol. 188, no. 44, 2016.

A. D. Duru, “Determination of Increased Mental Workload Condition From EEG by the Use of Classification Techniques,” Int. J. Adv. Eng. Pure Sci., pp. 47–52, 2019.

T. Rahman, A. K. Ghosh, M. H. Shuvo, and M. Rahman, “Mental Stress Recognition using K-Nearest Neighbor (KNN) Classifier on EEG Signals,” Int. Conf. Mater. Electron. Inf. Eng. ICMEIE-2015, no. July, 2015.

S. Ibrahim, R. Djemal, and A. Alsuwailem, “Electroencephalography (EEG) signal processing for epilepsy and autism spectrum disorder diagnosis,” Biocybern. Biomed. Eng., vol. 38, pp. 16–26, 2017.

R. Rajagopal and V. Ranganathan, “Design of a hybrid model for cardiac arrhythmia classification based on Daubechies wavelet transform,” Adv Clin Exp Med., vol. 27, no. 6, pp. 0–7, 2018.

B. C. Yavuz, N. Yurtay, and O. Ozkan, “Prediction of Protein Secondary Structure With Clonal Selection Algorithm and Multilayer Perceptron,” IEEE, vol. 6, pp. 45256–45261, 2018.

S. G. Fashoto, O. Owolabi, O. Adeleye, and J. Wandera, “Hybrid Methods for Credit Card Fraud Detection Using K-means Clustering with Hidden Markov Model and Multilayer Perceptron Algorithm,” Br. J. Appl. Sci. Technol., vol. 13, no. 5, pp. 1–11, 2016.

K. Sabancı and M. Koklu, “The Classification of Eye State by Using kNN and MLP Classification Models According to the EEG Signals,” Int. J. Intell. Syst. Appl. Eng., vol. 3, no. 4, pp. 127–130, 2015.

X. Zhai, A. Ait, S. I. Ali, and S. Member, “MLP Neural Network Based Gas Classification System on Zynq SoC,” IEEE Access, vol. 4, pp. 8138–8146, 2016.

P. T. Noi and M. Kappas, “Comparison of Random Forest, k-Nearest Neighbor, and Support Vector Machine Classifiers for Land Cover Classification Using Sentinel-2 Imagery,” Sensors, vol. 18, no. 18, pp. 1–20, 2018.

Z. Wei, C. Wu, X. Wang, A. Supratak, P. Wang, and Y. Guo, “Using Support Vector Machine on EEG for Advertisement Impact Assessment,” Front. Neurosci, vol. 12, no. 76, 2018.

W. L. Lim, O. Sourina, and L. P. Wang, “STEW : Simultaneous Task EEG Workload Dataset,” IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng., pp. 1–8, 2018.

S. Chandra, K. L. Verma, G. Sharma, A. Mittal, and D. Jha, “EEG BASED COGNITIVE WORKLOAD CLASSIFICATION DURING NASA MATB-II MULTITASKING,” Int. J. Cogn. Res. Sci. Eng. Educ., vol. 3, no. 1, pp. 35–42, 2015.

B. Purnama, Pengantar Machine Learning: Konsep dan Praktikum dengan Contoh Latihan Berbasis R dan Phyton. Bandung: Informatika, 2019.

J. Lever, M. Krzywinski, and N. Altman, “Principal component analysis,” Nat. Publ. Gr., vol. 14, no. 7, pp. 641–642, 2017.

S. Mishra et al., “Principal Component Analysis,” no. January, 2017.

S. Wold, K. I. M. Esbensen, and P. Geladi, “Principal Component Analysis,” vol. 2, pp. 37–52, 1987.

Y. S. Nugroho and N. Emiliyawati, “Sistem Klasifikasi Variabel Tingkat Penerimaan Konsumen Terhadap Mobil Menggunakan Metode Random Forest,” J. Tek. Elektro, vol. 9, no. 1, pp. 24–29, 2017.

P.-N. Tan, M. Steinbach, A. Karpatne, and V. Kumar, Introduction to Data Mining, 2nd Editio. Pearson, 2018.

E. Prasetyo, DATA MINING-Mengolah Data menjadi Informasi Menggunakan Matlab, Edisi I. Yogyakarta: ANDI, 2014.

L. Cai, N. F. Thornhill, S. Kuenzel, and B. C. Pal, “Real-Time Detection of Power System Disturbances Based on k -Nearest Neighbor Analysis,” IEEE Access, vol. 5, pp. 5631–5639, 2017.

I. Aljarah, H. Faris, and S. Mirjalili, “Optimizing connection weights in neural networks using the whale optimization algorithm,” Soft Comput., 2016.

H. Sanz, C. Valim, E. Vegas, J. M. Oller, and F. Reverter, “SVM-RFE : selection and visualization of the most relevant features through non-linear kernels,” BMC Bioinformatics, vol. 19, no. 432, pp. 1–18, 2018.

B. Santosa, Data Mining Teori & Aplikasi. Graha Ilmu, 2007.

R. Xinjiang, S. Tian, X. Zhang, J. Tian, and Q. Sun, “Random Forest Classification of Wetland Landcovers from Multi-Sensor Data in the Arid,” Remote Sens, vol. 8, no. 954, pp. 1–14, 2016.

A. E. Mohamed, “Comparative Study of Four Supervised Machine Learning Techniques for Classification,” Int. J. Appl. Sci. Technol., vol. 7, no. 2, pp. 5–18, 2017.

Y. Agarwal, A. Kumar, and R. Bhatnagar, “Identifying Non-pulsar radiation and Predicting Chess Endgame Result Using ARSkNN,” Smart Syst. IoT Innov. Comput. Proceeding SSIC 2019, 2020.

Published
2020-08-31
How to Cite
Dessy Kusumaningrum, & Imah, E. M. (2020). Studi Komparasi Algoritma Klasifikasi Mental Workload Berdasarkan Sinyal EEG. Jurnal Sistem Cerdas, 3(2), 133 - 143. https://doi.org/10.37396/jsc.v3i2.69