МОСКОВСКИЙ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (государственный университет)

Кафедра инфокоммуникационных систем и сетей

Выявление отклонений от нормы параметров мозговых волн человека

Выпускная квалификационная работа студента 617 группы ФРТК Давидюка Дмитрия Сергеевича

Научный руководитель: к.т.н., доц. Григорьев Федор Николаевич (ИРЭ РАН)

Москва 2010

Оглавление

Введение 2

Классификация артефактов 2

Ритмы ЭЭГ 3

Методы анализа ЭЭГ 4

Автокорреляционный анализ 4

Взаимно-корреляционный анализ 5

Анализ спектра мощности сигнала 5

Трехмерная локализация «источников» электрической активности. LORETA 6

Цифровой анализ ЭЭГ (QEEG). Z-оценки 6

MINI-Q 7

Применения в медицинской практике. Neurofeedback 7

Проведенные исследования 7

Спектральный подход 7

Функции правдоподобия 8

Литература 10

Введение

Электроэнцефалограмма – это временной график нейронных потенциалов – электрических потенциалов, генерируемых нейронами, расположенными в коре головного мозга. Диполи, являющиеся источниками сигнала, создаются одиночными клетками. Мозг человека содержит порядка 100 миллиардов таких клеток, и, когда они действуют синхронно, происходит усиление сигнала. Поэтому, когда мы измеряем биологические потенциалы, мы видим результат синхронной деятельности совокупности клеток мозга, и эта синхронная деятельность отображает процессы обработки информации, организацию и динамику того, что происходит внутри.

Естественно, в измеряемый сигнал могут вносить вклад и другие источники электромагнитной энергии – сердце, мышцы, глаза и т.д. Они приводят к появлению так называемых артефактов ЭЭГ – компонентов сигнала, не обусловленных нейронной активностью. Для проведения корректного анализа сигнала важно уметь выявлять эти артефакты и понимать причину их появления. Ниже приведен небольшой обзор видов артефактов и их источников.

Классификация артефактов

Артефакты, обусловленные мышечной активностью

Этот вид артефактов является наиболее распространенным; выявляется относительно просто на основе анализа длительности и частоты артефакта.

Движение глаз

Глаз представляет собой диполь с положительно заряженной роговицей и отрицательно заряженной сетчаткой. Поэтому, при вращении глазного яблока генерируется переменный ток достаточно высокой амплитуды, который легко наблюдается на расположенных рядом с глазами электродах. На рис.1 представлена ЭЭГ с глазным артефактом. У сигналов на электродах FP1-F7 и FP2-F8 видны 2 скачка в противофазе: убыль тока у левого виска (F7) и увеличение тока у правого (F8). Это указывает на поворот глаз вправо.

Кардиоартефакт

Источник здесь – сердце. Как правило, кардиоартефакты наиболее сильно выражены на ЭЭГ людей с короткими или широкими шеями. Идентифицируются по скачкам амплитуды, синхронизованным по кардиоритму.

Пульс

При помещении электрода на пульсирующий сосуд на ЭЭГ проявляются длинноволновые колебания.

Дыхание

На ЭЭГ добавляется медленная ритмическая активность, синхронная с движением тела при вдохе и выдохе.

Кожа

Хлорид натрия и молочная кислота в поте реагируют с металлом контакта, приводя к появлению заметных медленных колебаний.

Глоссокинетический эффект

Язык, как и глаз, представляет собой диполь, поэтому при его движении также возникают артефакты. Частоты таких артефактов обычно лежат в дельта-диапазоне.

Плохой контакт, переменный ток, движение объектов вокруг пациента

Это так называемые экстрафизиологические артефакты. Все они имеют достаточно просто выявляемые признаки.

К настоящему времени накоплена обширная база знаний по видам и источникам артефактов. Также существуют алгоритмы автоматического идентифицирования и устранения артефактов.