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Tipo: Tese
Título: Arquitetura neuro-simbólica com floresta de caminhos ótimos para classificação de EEG através dos macroestados com GRPO
Autor(es): Guimarães, Raniere Rocha
Orientador: Albuquerque, Victor Hugo Costa de
Coorientador: Passos Júnior, Leandro Aparecido
Palavras-chave em português: Otimização de política relativa de grupo;Eletroencefalografia;Microestados;Inteligência artificial neuro-simbólica;Floresta de caminhos ótimos;Medidas de distância;Redes neurais profundas
Palavras-chave em inglês: Group relative policy optimization.;Electroencephalography;Microstates;Neuro-symbolic artificial intelligence;Optimum-path forest;Distance measures;Deep neural networks
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Data do documento: 2026
Citação: GUIMARÃES, Raniere Rocha. Arquitetura neuro-simbólica com floresta de caminhos ótimos para classificação de EEG através dos macroestados com GRPO. 2026. 98 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2026.
Resumo: As demências neurodegenerativas representam um desafio crescente para o diagnóstico precoce, exigindo métodos computacionais capazes de capturar alterações dinâmicas na organização funcional das redes cerebrais. Neste trabalho, propõe-se uma arquitetura de inteligência artificial neuro-simbólica, baseada em Floresta de Caminhos Ótimos (OPF) não supervisionada, com Redes Neurais Profundas (DNN), e uma estratégia de decisão fundamentada na Otimização de Política Relativa de Grupo (GRPO), aplicada à classificação de sinais de eletroencefalografia (EEG) por meio de microestados. O OPF é empregado para modelar simbolicamente a estrutura dos parâmetros temporais dos microestados, enquanto a DNN captura relações não lineares e padrões discriminativos complexos. A combinação das predições é realizada por meio de um mecanismo de decisão inspirado em GRPO, que ajusta dinamicamente a contribuição relativa de cada modelo com base em seu desempenho. O estudo utilizou um conjunto de dados fornecido pelo Hospital Universitário Geral AHEPA, composto por registros de EEG em repouso de Indivíduos Saudáveis (CN), pacientes com Doença de Alzheimer (DA) e com Demência Frontotemporal (DFT). A metodologia contempla etapas de pré-processamento e de extração de microestados por meio de k-means modificado, avaliação sistemática de 37 medidas de distância no contexto da OPF e validação cruzada estratificada. Os resultados demonstram que a arquitetura proposta alcança acurácia média de 97,31% ± 0,58 e F1-score de 97,34% ± 0,58, mesmo sob condições de desbalanceamento entre as classes, superando abordagens tradicionais como k-means, Mapas Auto-Organizáveis (SOM) e classificadores neurais isolados. A utilização de uma política relativa de decisão contribui para maior estabilidade do desempenho e para consistência nos ranqueamentos das medidas de distância. As principais contribuições deste trabalho incluem: (i) uma arquitetura neuro-simbólica para a classificação de microestados de EEG, (ii) uma análise comparativa extensa de medidas de distância no contexto da OPF e (iii) a aplicação de uma estratégia de decisão baseada em GRPO para a fusão adaptativa de modelos. Os resultados indicam potencial translacional relevante para aplicações clínicas de apoio ao diagnóstico diferencial de demências neurodegenerativas.
Abstract: Neurodegenerative dementias represent a growing challenge for early diagnosis, requiring computational methods capable of capturing dynamic changes in the functional organization of brain networks. This work proposes a neuro-symbolic artificial intelligence architecture that combines unsupervised Optimum-Path Forest (OPF) with Deep Neural Network (DNN) and a decision strategy grounded in Group Relative Policy Optimization (GRPO), applied to the classification of electroencephalography (EEG) signals through microstates. OPF is employed to symbolically model the structure of microstate temporal parameters, while the DNN captures non-linear relationships and complex discriminative patterns. The combination of predictions is performed using a decision mechanism inspired by GRPO, which dynamically adjusts the relative contributions of each model based on their performance. The study used a dataset from AHEPA University General Hospital, consisting of resting-state EEG records from Cognitively Normal (CN), patients with Alzheimer’s Disease (AD), and patients with Frontotemporal Dementia (FTD). The methodology includes preprocessing stages, microstate extraction through modified k-means, a systematic evaluation of 37 distance measures in the context of OPF, and stratified cross- validation. Results demonstrate that the proposed architecture achieves an average accuracy of 97.31%±0.58 and an F1-score of 97.34%±0.58, even under class imbalance conditions, outperforming traditional approaches such as k-means, Self-Organizing Map (SOM), and isolated neural classifiers. The use of a relative decision policy improves performance stability and consistency in distance-measure rankings. The main contributions of this work include: (i) a neuro-symbolic architecture for EEG microstate classification; (ii) an extensive comparative analysis of distance measures in the OPF context; and (iii) the application of a GRPO-based decision strategy for adaptive model fusion. The results indicate relevant translational potential for clinical applications supporting the differential diagnosis of neurodegenerative dementias.
Descrição: Este documento está disponível online com base na Portaria no 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/86020
ORCID do(s) Autor(es): https://orcid.org/0009-0008-4648-8335
Currículo Lattes do(s) Autor(es): https://lattes.cnpq.br/3015997116705789
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0003-3886-4309
Currículo Lattes do Orientador: https://lattes.cnpq.br/4186515742605446
ORCID do Coorientador: https://orcid.org/0000-0003-3529-3109
Currículo Lattes do Coorientador: https://lattes.cnpq.br/3785255738671502
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
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