Αναπτυξη Μεθοδολογιων Επεξεργασιας Και Αξιολογησης Εγκεφαλικων Σηματων Απο Πειραματικες Μετρησεις

Abstract

Η παρούσα διατριβή αποσκοπεί στην ανάπτυξη μεθοδολογιών επεξεργασίας και αξιολόγησης εγκεφαλικών σημάτων προερχόμενα απο πειραματικές μετρήσεις Ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος. Οι προτεινόμενες μεθοδολογίες εφαρμόζονται σε σήματα Ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος (ΗΕΓ) ηρεμίας, σε Εγκεφαλικά Προκλητά Δυναμικά (Π.Δ.) και σε μία περίπτωση σε σήματα Ηλεκτρομυογραφήματος (ΗΜΓ) προσώπου. Παράλληλα γίνεται προσπάθεια μελέτης και αξιολόγησης της επίδρασης Η/Μ ακτινοβολίας διαφορετικών χαρακτηριστικών και παραμέτρων στα ηλεκτρικά σήματα του εγκεφάλου.Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα εγκεφαλικών σημάτων παρουσία Η/Μ ακτινοβολίας από προγενέστερα πειράματα, αλλά και από ένα πείραμα καταγραφής ΗΜΓ και ΗΕΓ χωρίς επίδραση Η/Μ ακτινοβολίας. Επιπλέον, στα πλαίσια της παρούσας διατριβής διεξήχθησαν και νέα πειράματα, σε συνεργασία με το Ερευνητικό Πανεπιστημιακό Ινστιτούτο Ψυχικής Υγιεινής. Τα πειράματα αυτά σχεδιάστηκαν και υλοποιήθηκαν με αρχικό στόχο τη μελέτη της επίδρασης σημάτων ευρυεκπομπής νέων τεχνολογιών στα εγκεφαλικά σήματα. Στη συνέχεια, τα δεδομένα που συνελέγησαν από τις πειραματικές μετρήσεις επεξεργάστηκαν και αναλύθηκαν με διάφορες τεχνικές. Αρχικά, χρησιμοποιήθηκαν γνωστές και καθιερωμένες στατιστικές μέθοδοι για την ανάλυση της κορυφής P600 των εγκεφαλικών Π.Δ. που προήλθαν από τα πειράματα μελέτης της επίδρασης μονοχρωματικής ακτινοβολίας, εκπεμπόμενης από κινητό τηλέφωνο στις συχνότητες των 900 και 1800 MHz. Στόχος ήταν να εξεταστεί το μοτίβο ενεργοποίησης της κυματομορφής P600 καθώς και η εξάρτησή του από το φύλο και την ακτινοβολία, εφαρμόζοντας δύο διαφορετικές στατιστικές μεθόδους. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η κορυφή P600 ακολουθεί διακριτά μοτίβα ενεργοποίησης στα πρόσθια, κεντρικά και οπίσθια ηλεκτρόδια, ενώ διαφορές ανάμεσα στα δύο φύλα παρατηρήθηκαν ταυτόχρονα σε πολλά ηλεκτρόδια αυτών των εγκεφαλικών περιοχών. Τέλος, οι παραπάνω διαφορές φάνηκε να επηρεάζονται σημαντικά κι από την επίδραση της ακτινοβολίας. Τα δεδομένα των ίδιων πειραμάτων, υπό την επίδραση Η/Μ ακτινοβολίας στις συχνότητες των 900 και 1800 MHz, χρησιμοποιήθηκαν επίσης για τη μελέτη της συνδιακύμανσης ανάμεσα σε σήματα Π.Δ., χρησιμοποιώντας μεθόδους χρονολογικών σειρών και συγκεκριμένα τη μέθοδο της συνολοκλήρωσης. Συγκεκριμένα, ορίστηκε ο παράγοντας συνολοκλήρωσης ως η ικανότητα ενός σήματος Π.Δ. να συμμεταβάλλεται με άλλα αντίστοιχα σήματα Π.Δ. Στη συνέχεια ερευνήθηκε η εξάρτηση του παράγοντα αυτού από την ακτινοβολία, το φύλο αλλά και από τις θέσεις των ηλεκτροδίων στο κεφάλι. Τα ευρήματα που προέκυψαν απεκάλυψαν ότι οι γυναίκες έχουν σημαντικά υψηλότερο παράγοντα συνολοκλήρωσης από τους άντρες, ενώ σε όλα τα άτομα η παρουσία ακτινοβολίας ενίσχυσε την τιμή του παράγοντα αυτού. Τέλος, ο παράγοντας συνολοκλήρωσης εμφάνισε διαφοροποιήσεις σχετικές με τις τοποθεσίες του εγκεφάλου, δημιουργώντας διακριτά συμπλέγματα σε αυτόν.Στην πορεία της διατριβής διεξήχθη πείραμα υπό την επίδραση Η/Μ ακτινοβολίας εκπεμπόμενη από WiFi access point. Από τα δεδομένα που καταγράφηκαν υπολογίστηκε αρχικά το πλάτος του ΗΕΓ στο πεδίο της συχνότητας, με βάση τον Ταχύ Μετασχηματισμό Fourier. Οι ενέργειες των ηλεκτροδίων καταγραφής, που προέκυψαν με αυτό τον τρόπο, υποβλήθηκαν σε πολυπαραγοντική ανάλυση της διακύμανσης, μέσω της οποίας εξετάστηκε η επίδραση του φύλου, της πειραματικής συνθήκης και της αλληλεπίδρασης των δύο με τις ενέργειες αυτές. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η ακτινοβολία δεν επηρέασε καθόλου τις ενέργειες του άλφα και βήτα ρυθμού των ανδρών, ενώ προκάλεσε μείωση στις αντίστοιχες ενέργειες των γυναικών. Οι ενέργειες της δέλτα και θήτα μπάντας δεν παρουσίασαν καμία αξιοσημείωτη μεταβολή οφειλόμενη στο φύλο, την ακτινοβολία ή την αλληλεπίδρασή τους. Αντίθετα, υπήρξε σημαντική αλληλεπίδραση του φύλου και της ακτινοβολίας στις ενέργειες του άλφα και του βήτα ρυθμού. Ενδιαφέρον παρουσίασε το γεγονός ότι αυτό το μοτίβο παρατηρήθηκε σε αρκετά ηλεκτρόδια, τα οποία σχημάτιζαν δύο διακριτές περιοχές στον εγκέφαλο,η μία πρόσθια δεξιά κι η δεύτερη η ινιακή.Στο τελευταίο μέρος της παρούσας μελέτης γίνεται προσπάθεια δημιουργίας ενός εργαλείου, το οποίο επεμβαίνοντας σε πρώιμο στάδιο σε αρχικές μετρήσεις εγκεφαλικών σημάτων, θα βοηθά στη σωστότερη αποθορυβοποίηση τους. Το εργαλείο αυτό βασίστηκε στη θεωρία των Γενετικών Αλγορίθμων και ουσιαστικά αναπτύχθηκε μία μέθοδος στάθμισης των δεδομένων που προέρχονται από πειράματα πολλών επαναλήψεων, με τρόπο τέτοιο ώστε να επιτευχθεί η κανονικότητα της κατανομής τους.Στο πλαίσιο αυτό, ελέγχθηκε το ενεργειακό περιεχόμενο σημάτων ΗΕΓ και ΗΜΓ, που ελήφθησαν από πείραμα χωρίς επίδραση Η/Μ ακτινοβολίας, ως προς την κατανομή των τιμών ενέργειας στις επαναλήψεις. Οι τιμές αυτές σταθμίστηκαν με συντελεστές που υπολογίστηκαν με χρήση των Γ.Α. κι έγινε εκ νέου έλεγχος της κατανομής των σταθμισμένων δεδομένων. Και στις δύο περιπτώσεις ο έλεγχος έγινε με τρεις διαφορετικές μεθόδους, ενώ τα αποτελέσματα που προέκυψαν συνηγορούν αφενός στην αναγκαιότητα ύπαρξης μίας τέτοιας μεθοδολογίας κι αφετέρου στην αποτελεσματικότητα της προτεινόμενης διαδικασίας.Στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν τα δεδομένα από το πείραμα που υλοποιήθηκε υπό την επίδραση μη μονοχρωματικής ακτινοβολίας W-CDMA, για τα οποία υπολογίστηκαν και εφαρμόστηκαν κοινοί συντελεστές στάθμισης σε ολόκληρο το σήμα του ΗΕΓ. Η ιδέα επεκτάθηκε και στα Π.Δ., με τον εφαρμογή των ίδιων βαρών που υπολογίστηκαν από το ΗΕΓ ηρεμίας και στο σήμα που ακολουθούσε το ερέθισμα. Στόχος και πάλι ήταν η μετατροπή της κατανομής των τιμών των επανάληψεων, σε κάθε μία χρονική στιγμή, σε κανονική. Η ισχύς της μεθόδου ελέγχθηκε μέσω των τιμών των συντελεστών κύρτωσης και ασυμμετρίας και φάνηκε να έχει αποτέλεσμα, αλλά όχι σε όλες τις περιπτώσεις ατόμων και ηλεκτροδίων και ενίοτε μόνο στον ένα εκ των μέτρων ασυμμετρίας και κύρτωσης. Συγκεκριμένα, αποδείχθηκε ότι σε ό,τι αφορά το σήμα ΗΕΓ, η κατανομή των τιμών που προκύπτουν από τις πολλές επαναλήψεις σε κάθε χρονική στιγμή του είναι δυνατό να προσεγγίσει την κανονική, εφόσον γίνει στάθμιση όλων των δεδομένων με κοινούς συντελεστές βαρους. Από την άλλη πλευρά, η στάθμιση του σήματος των Π.Δ. με τους συντελεστές βαρύτητας που υπολογίστηκαν από το σήμα ΗΕΓ ηρεμίας βρήκε έστω μικρής κλίμακας εφαρμογή. Υπήρξαν πολλές περιπτώσεις ατόμων και ηλεκτροδίων όπου οι συντελεστές ασυμμετρίας και κύρτωσης παρουσίασαν βελτίωση έναντι αυτών που αντιστοιχούσαν στα αρχικά δεδομένα, παρόλο που η βελτίωση δεν ήταν αντίστοιχη με αυτή που συντελέστηκε στο σήμα ΗΕΓ. Στο τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συνολικά συμπεράσματα της διαριβής και η επιστημονική συνεισφορά της. Επίσης γίνεται αναφορά σε μελλοντικές προοπτικές της παρούσας διατριβής.