Publication:
Neuro-physiological emotional profiling model for mental fatigue

cris.virtual.department#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#
cris.virtual.orcid#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#
cris.virtualsource.department29c23dad-b829-492d-8d49-9ba0b527b9d9
cris.virtualsource.orcid29c23dad-b829-492d-8d49-9ba0b527b9d9
dc.contributor.authorMuhammad Afiq Ammar Kamaruzzaman
dc.contributor.supervisorMarini Othman
dc.contributor.supervisorNurhafizah Mahri
dc.contributor.supervisorRaini Hassan
dc.date.accessioned2025-09-18T04:11:50Z
dc.date.available2025-09-18T04:11:50Z
dc.date.issued2025
dc.description.abstractMental fatigue is one of the critical issues in this world that affects the overall well being of people in terms of cognitive performance, emotions, and decision making. Mental fatigue is one of the typical human infirmities. Studies report that sleep deprivation and long work hours increase the likelihood of fatigue and fatigue related accidents, and contribute to reduced productivity, errors, and accidents. Fatigue is one of the biggest causes of crashes involving cars, lorries, and buses. Traditionally, mental fatigue has been assessed through subjective methods such as interviews and psychometric questionnaires, which are prone to bias, inconsistency, and imprecision. Failure to address mental fatigue effectively may lead to impaired decision making, reduced safety in transportation and healthcare, and overall decline in quality of life. This research aims to address these gaps by proposing the Neuro Physiological Emotional Profiling Model for Mental Fatigue (NPEMMF), which integrates electroencephalography (EEG) data with human emotional stimuli to provide a more objective and reliable assessment of mental fatigue. Specifically, the objectives are: (i) to identify the relationship between mental fatigue and its consequences on human emotion, (ii) to develop a neurophysiological emotional profiling model for mental fatigue based on ERP features, and (iii) to evaluate the performance of the neurophysiological profiling model based on the affective space model for detecting the underlying emotions in mental fatigue. Event Related Potential (ERP) was chosen due to its sensitivity in capturing time locked brain responses to emotional stimuli, while the Wide Neural Network (WNN) was used as the classifier to analyze the gathered data to find trends and create a model for mental fatigue due to its robustness in handling nonlinear and high dimensional EEG data. The International Affective Picture System (IAPS) was used as a stimulus instrument for emotions such as happy, calm, fear, and sad. Experimental results indicated that the peak to peak data produced more reliable and consistent results compared to peak to peak and latency data. EEG channel analysis according to the affective space model revealed that for positive arousal, the frontal EEG channels of F3 and F4 are most appropriate for studying emotions happy and fear. On the other hand, the EEG channel Cz was suitable for studying emotions with negative arousal. The ERP components that are most suitable for positive valence are N1, P1, N2, P2, N3, and P3. For negative valence, the most suitable ERP components are the Late Positive Potentials (LPP). The evaluation confirmed that the NPEMMF framework reduces bias and inconsistency compared to traditional subjective approaches, providing a more objective and accurate profiling of mental fatigue. Overall, this research contributes to advancing knowledge in mental fatigue assessment and emotional profiling. The proposed framework has potential applications in high risk domains, such as the transportation sector, where reliable detection and regulation of mental fatigue can enhance safety and decision making.
dc.description.abstractarabicالإرهاق الذهني يعد من القضايا المهمة في هذا العالم، حيث يؤثر على الصحة العامة للإنسان من ناحية الأداء المعرفي والمشاعر وكذلك اتخاذ القرارات. يعتبر الإرهاق الذهني من أبرز العلل البشرية الشائعة. وتشير الدراسات إلى أنقلة النوم وساعات العمل الطويلة تزيد من احتمالية الإرهاق والحوادث المرتبطة به، كما تسهم في انخفاض الإنتاجية وارتفاع معدلات الأخطاء وكذلك الحوادث. فالإرهاق يعد من أحد الأسباب الكبير للإصطدام التي تشمل السيارات والشاحنات والحافلات.كان يتم تقييم الإرهاق الذهني من خلال أساليب ذاتية مثل المقابلات والاستبيانات النفسية، وهي طرق معرضة للتحيّز وعدم الاتساق وعدم الدقة. إن الفشل في معالجة الإرهاق الذهني بفعالية قد يؤدي إلى ضعف في اتخاذ القرارات، وانخفاض مستوى السلامة في مجالي النقل والرعاية الصحية، وتراجع عام في جودة الحياة. يهدف هذا البحث إلى سد هذه الفجوات من خلال اقتراح نموذج التوصيف العاطفي العصبي الفسيولوجي للإرهاق الذهني (NPEMMF)، والذي يدمج بيانات التخطيط الكهربائي للدماغ (EEG) مع المحفزات العاطفية البشرية لتوفير تقييم أكثر موضوعية وموثوقية للإرهاق الذهني. وتتمثل الأهداف تحديدا في ١) تحديد العلاقة بين الإرهاق الذهني وتبعاته على المشاعر الإنسانية. ٢)تطوير نموذج للتوصيف العصبي العاطفي للإرهاق الذهني استنادا إلى خصائص اختيار الجهود المرتبطة بالحدث (ERP). ٣) تقييم أداء النموذج العصبي العاطفي بناء على نموذج الفضاء العاطفي للكشف عن المشاعر الكامنة المرتبطة بالإرهاق الذهني. تم اختيار الجهود المرتبطة بالحدث (ERP) نظرا لحساسيتها في التقاط الاستجابات الدماغية المقترنة زمنيا بالمحفزات العاطفية، في حين استخدم الشبكة العصبية الواسعة (WNN) كمصنّف لتحليل البيانات المجمّعة بهدف اكتشاف الأنماط وكذلك إنشاء نموذج للإرهاق الذهني، وذلك بفضل قدرتها العالية على التعامل مع بيانات EEG غير الخطية وذات الأبعاد المتعددة. تم استخدام النظام الدولي للصور الانفعالية (IAPS) كأداة تحفيزية للمشاعر مثل السعادة، والهدوء، والخوف، والحزن. وأشارت النتائج التجريبية إلى أن بيانات القمة إلى القمة (Peak-to-Peak) أعطت نتائج أكثر موثوقية واتساقا مقارنة ببيانات القمة إلى القمة والتأخير (Latency). كشف تحليل قنوات EEG وفقا لنموذج الفضاء العاطفي أن قناتي الدماغ الأماميتين F3 و F4 هما الأنسب لدراسة المشاعر ذات الإثارة الإيجابية مثل السعادة والخوف، بينما كانت القناة Cz مناسبة لدراسة المشاعر ذات الإثارة السلبية. إن مكونات ERP الأكثر ملاءمة للمشاعر ذات التوجه الإيجابي هي : N1,P1,N2,P2 وN3. أما بالنسبة للمشاعر ذات التوجه السلبي، فإن المكونات الأكثر ملاءمة هي الجهود الإيجابية المتأخرة (LPP). وقد أكّد التقييم أن إطار NPEMMF يحدّ من التحيّز وعدم الاتساق مقارنة بالأساليب الذاتية التقليدية، مما يوفّر توصيفًا أكثر موضوعية ودقة للإرهاق الذهني. بشكل عام،هذا الحث يسهم في تطوير المعرفة في مجال تقييم الإرهاق الذهني والتوصيف العاطفي. كما أن الإطار المقترح يمتلك تطبيقات محتملة في المجالات عالية الخطورة مثل قطاع النقل، حيث يمكن للكشف الموثوق والتنظيم الدقيق للإرهاق أن يعزز السلامة واتخاذ القرارات.
dc.description.cpsemailcps2u@iium.edu.my
dc.description.degreelevelDoctoral
dc.description.emailafiqammar91@gmail.com
dc.description.identifierThesis : Neuro-physiological emotional profiling model for mental fatigue / by Muhammad Afiq Ammar bin Kamaruzzaman
dc.description.identityG1718535Muhammadafiqammarkamaruzzaman
dc.description.kulliyahKulliyyah of Information and Communication Technology (KICT)
dc.description.nationalityMALAYSIA
dc.description.notesThesis (Ph.D)--International Islamic University Malaysia, 2025.
dc.description.physicaldescription1 online resource (xix, 163 leaves) ; color illustrations.
dc.description.programmeDoctor of Philosophy in Information Technology
dc.identifier.urihttps://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/33233
dc.language.isoENGLISH
dc.publisherKuala Lumpur : Kulliyyah of Information and Communication Technology, International Islamic University Malaysia, 2025
dc.rightsOWNED BY STUDENT
dc.titleNeuro-physiological emotional profiling model for mental fatigue
dc.typeDoctoral Theses
dspace.entity.typePublication
oairecerif.author.affiliation#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#

Files

Original bundle

Now showing 1 - 2 of 2
Loading...
Thumbnail Image
Name:
G1718535Muhammadafiqammarkamaruzzaman.pdf
Size:
227.55 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
Declaration.
Loading...
Thumbnail Image
Name:
G1718535Muhammadafiqammarkamaruzzaman_SEC.pdf
Size:
22.72 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
Full text.