dizertační práce

Výzkum metod parametrizace online písma u osob s grafomotorickými obtížemi

Text práce 7.01 MB Teze 7.01 MB

Autor práce: Ing. Michal Gavenčiak, Ph.D.

Ak. rok: 2025/2026

Vedoucí: prof. Ing. Jiří Mekyska, Ph.D.

Oponenti: prof. Ing. Peter Drotár, Ph.D., Dr. Ing. Jiří Přibil

Abstrakt:

Tradiční přístupy k hodnocení obtíží grafomotoriky a písma se potýkají s řadou nedostatků, jako je subjektivita posuzovatele, vysoká cena a časová náročnost. Důsledkem je často pozdní diagnostika a oddálení potřebné intervence. Tato disertační práce si proto klade za cíl vyvinout a ověřit soubor nových výpočetních metod pro objektivní a kvantitativní analýzu grafomotorických, písařských a souvisejících kognitivních dovedností na základě on-line digitálně zaznamenaných dat.

Práce se zaměřuje na čtyři hlavní oblasti. V první z nich byla vyvinuta metoda pro posouzení kontroly pohybu při kreslení, která je založena na směrové analýze pohybu a rozšířena o aparát frakcionálního kalkulu. Dále byl zkoumán princip isochronie (přirozeného rytmu psaní), jehož kvantifikace umožnila vytvořit nové příznaky pro hodnocení plynulosti projevu. Třetí oblast se věnuje multimodálnímu přístupu, který kombinuje analýzu on-line písma se současným sledováním pohybu očí za účelem hodnocení kognitivně-motorického výkonu. V poslední části byl experimentálně ověřen autoenkodér na bázi LSTM sítě jako nástroj pro augmentaci dat, který umožňuje zpřesnit predikce v datasetech omezené velikosti.

Výsledky ukazují, že navržené metody dosahují výrazně vyšší predikční přesnosti než konvenční postupy. Například model směrové analýzy dosáhl při identifikaci dětí s grafomotorickými obtížemi vyvážené přesnosti (balanced accuracy) 87 %. Multimodální analýza koordinace ruky a očí umožnila hodnotit výkon v kognitivní úloze s 90 % přesností. Příznaky založené na principu isochronie se ukázaly jako vysoce relevantní pro posouzení kvality psaného projevu a využití autoenkodéru jako předzpracovacího kroku vedlo ke zlepšení přesnosti modelu v odhadu psacích obtíží.

Předložená práce tak přináší ucelený a v praxi ověřený soubor objektivních, robustních a interpretovatelných metod pro analýzu psaného projevu. Tyto výsledky otevírají cestu pro novou generaci systémů na podporu rozhodování, jejichž využití slibuje nejen zpřesnění a zrychlení diagnostiky grafomotorických dovedností, ale i její výrazně lepší dostupnost.

Klíčová slova:

Analýza on-line písma, Grafomotorické obtíže, Vývojová dysgrafie, Strojové učení, extrakce příznaků, Zlomkový kalkulus, Multimodální analýza, Sledování pohybů očí

Termín obhajoby

17.12.2025

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaPznamka

Průběh obhajoby

Disertant při prezentaci jasně a stručně vysvětlil dosažené výsledky vědecké práce. odpověděl na všechny otázky oponentů i členů komise. Obhajoba proběhla na velmi dobré úrovni.

Jazyk práce

angličtina

Fakulta

Ústav

Studijní program

Teleinformatika (DPC-TLI)

Složení komise

prof. Ing. Zdeněk Smékal, CSc. (předseda)
doc. Ing. Otto Dostál, CSc. (člen)
prof. Ing. Radim Burget, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Přinosil, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Kamil Říha, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Peter Drotár, Ph.D. (člen)
Dr. Ing. Jiří Přibil (člen)

Ing. Michal Gavenčiak zahájil své doktorské studium v září 2021 a ihned po nástupu se aktivně zapojil do řady odborných činností zajišťovaných Ústavem telekomunikací FEKT Vysokého učení technického v Brně, například do výuky předmětů zabývajících se problematikou zpracování signálů, koordinace studentských prací a řešení výzkumných projektů. Hned od začátku vynikal vysoce profesionální, pečlivou a efektivní prací. V Laboratoři analýzy onemocnění mozku (BDALab, http://bdalab.utko.feec.vutbr.cz/) se zabýval převážně kvantitativní analýzou poruch grafomotoriky a psaní u osob s neurodegenerativními onemocněními nebo s neurovývojovými poruchami. V těchto oblastech dosáhl významných výsledků s mezinárodním ohlasem. Z jeho osmi vědeckých publikací byla jedna publikována v časopise zařazeném do prvního kvartilu (v ní je prvním autorem). Dosažené výsledky rovněž pravidelně prezentoval na mezinárodních konferencích (např. na prestižní konferenci EUSIPCO) a studentských soutěžích, kde mimo jiné získal třetí místo v soutěži STUDENT EEICT 2022. Během svého čtyřletého působení na vědeckém poli se zapojil do čtyř národních projektů (2× MŠMT, TAČR, GAČR).

Z hlediska národní spolupráce participoval především na výzkumu poruch grafomotoriky dětí se specifickými poruchami učení, který probíhá ve spolupráci s týmem PhDr. Kataríny Zvončákové, Ph.D., z Psychologického ústavu Akademie věd České republiky. V rámci Národního institutu pro neurologický výzkum spolupracoval také s týmem prof. MUDr. Ireny Rektorové, Ph.D., z I. neurologické kliniky Fakultní nemocnice u sv. Anny v Brně a ze Středoevropského technologického institutu, a to na výzkumu dysgrafie u pacientů s demencí s Lewyho tělísky. Absolvoval rovněž stáž na Pompeu Fabra University v týmu prof. Marcose Faundeze-Zanuye, Ph.D. (který je zároveň jeho školitel specialista), kde se zabýval multimodální analýzou kognitivních poruch kombinující zpracování digitalizovaného písma a pohybu očí. Díky svým úspěchům na mezinárodním poli dělá dobré jméno jak Vysokému učení technickému v Brně, tak České republice obecně.

Všechny výše uvedené výsledky svědčí o tom, že Ing. Michal Gavenčiak úspěšně prokázal svoji způsobilost samostatně provádět vědeckou činnost, včetně všech souvisejících povinností, zahrnujících zejména předávání nových poznatků svým kolegům, vědecké komunitě i studentům. Současně se stal plně vyzrálou osobností s vysokým potenciálem k samostatné vědecké práci.

Dizertační práci a dosavadní vědecké výsledky Ing. Michala Gavenčiaka považuji za dostatečně rozsáhlé a kvalitní k tomu, aby byly předloženy zkušební komisi k posouzení, a v případě úspěšné obhajoby doporučuji Ing. Michalu Gavenčiakovi udělit akademický titul Ph.D.
viz pdf
Soubor vložený oponentem Velikost
Posudek oponenta [.pdf] 1,93 MB

Posudek oponenta
Dr. Ing. Jiří Přibil

viz pdf
Soubor vložený oponentem Velikost
Posudek oponenta [.pdf] 9,02 MB

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová