Ανάλυση Της Εγκεφαλικής Λειτουργίας Σε Ακουστικό Ερέθισμα Με Επίλυση Του Προβλήματος Εκτίμησης Των Πηγών Με Τη Μέθοδο Δυναμικής Αντιστοίχισης Με Στατιστική Παραμετροποίηση Και Υπολογισμό Της Λειτουργικής Συνδεσιμότητας Στο Χώρο Των Ηλεκτροδίων Με Τη Μέθοδο Κλειδώματος Φάσης

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται η εγκεφαλική λειτουργία κατά τη διάρκεια ενός ακουστικού ερεθίσματος συχνότητας 1000 Hz και διάρκειας 500 ms. Στόχος είναι ο εντοπισμός των περιοχών του εγκεφάλου που μετέχουν στην πρόσληψη, αντίληψη και επεξεργασία ενός τέτοιου μονοτονι-κού ακουστικού ερεθίσματος. Οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται είναι ανάλυση στον χώρο των πηγών του εγκεφάλου καθ’ όλη την χρονική διάρκεια του πειράματος, μέσω της επίλυσης του προβλήματος εκτίμησης των πηγών και μέσω του υπολογισμού της λειτουργικής συνδεσιμότητας στο χώρο των αισθητήρων μεταξύ των 32 ηλεκτροδίων του εγκεφαλογράφου.Για την εκτίμηση των πηγών από έναν χώρο 32 ηλεκτροδίων πραγματοποιείται αρχικά ο υπολογισμός του ευθέως προβλήματος με χρήση των συντεταγμένων των ηλεκτροδίων πάνω στο σύστημα συντεταγμένων του κεφαλιού, των αγωγιμοτήτων των τριών στρωμάτων του ανθρώπινου κεφαλιού (τριχωτό της κεφαλής, εσωτερικό του κρανίου, εξωτερικό του κρανίου), μιας κατανομής 4096 πηγών ανά ημισφαίριο με χρήση επαναλαμβανόμενου οκταέδρου και τέλος με χρήση της αριθμητικής μεθόδου συνοριακών στοιχείων (BEM) για τον υπολογισμό του ηλεκτρικού πεδίου. Στη συνέχεια επιλύεται το αντίστροφο πρόβλημα, το οποίο χρησιμοποιεί με τη σειρά του τη λύση του ευθέως μοντέλου, τις μετρήσεις ηλεκτροεγκεφαλογραφίας από τα 32 ηλεκτρόδια καθώς και τον πίνακα συνδιακύμανσης θορύβου για τις μετρήσεις, κάνοντας χρήση της μεθόδου Δυναμικής Αντιστοίχησης με Στατιστική Παραμετροποίηση (dSPM).Για τον υπολογισμό της λειτουργικής συνδεσιμότητας μεταξύ των 32 ηλεκτροδίων χρησιμοποιείται η μέθοδος Κλειδώματος Φάσης (PLV). Ο υπολογισμός των τιμών του κλειδώματος φάσης πραγματοποιείται με χρήση μιας παραλλαγμένης έκφρασης της PLV η οποία αντί του μετασχηματισμού Hilbert, χρησιμοποιεί διαφασματικές πυκνότητες.Η παρούσα διπλωματική εργασία επεξεργάζεται δεδομένα που προέρχονται από μία ερευνητική δραστηριότητα που λαμβάνει χώρα στο Εργαστήριο Βιοϊατρικών Προσομοιώσεων και Απεικονιστικής Τεχνολογίας του Ε.Μ.Π. σε συνεργασία με το Ερευνητικό Πανεπιστημιακό Ινστιτούτο Ψυχικής Υγιεινής-ΕΠΙΨΥ. Για τον υπολογισμό όλων των ανωτέρω γίνεται χρήση ενός μέσου μοντέλου ανθρώπινου εγκεφάλου, καθώς και χρήση της πλατφόρμας MNE-Python.Από την επεξεργασία προκύπτουν αποτελέσματα που επιβεβαιώνουν την μέχρι τώρα σχετική έρευνα για την ακουστική λειτουργία σε πολλά κρίσιμα σημεία. Τα σημαντικότερα από αυτά τα σημεία είναι: η ένδειξη της εγκεφαλική λειτουργίας (ακουστική αντίληψη και επεξεργασία) σε ερέθισμα συχνότητας 1 kHz με εστιασμένη δραστηριότητα στον ακουστικό φλοιό στις ζώνες συχνοτήτων θήτα και χαμηλή άλφα (3.5-10 Hz), η έναρξη της ενεργοποίησης κοντά στην χρονική στιγμή των 100 ms μετά την έναρξη του ερεθίσματος και, τέλος, η διασπορά της ενεργοποίησης σε περιοχές του βρεγματικού και κροταφικού λοβού μετά το πέρας του ερεθίσματος. Όσον αφορά την λειτουργική συνδεσιμότητα στον χώρο των ηλεκτροδίων, παρατηρούμε έντονη σύνδεση μεταξύ των ηλεκτροδίων του ακουστικού φλοιού και κάποιων περιοχών του βρεγματικού.