ВІСНИК УНІВЕРСИТЕТУ "УКРАЇНА"

Серія "Інформатика, обчислювальна техніка та кібернетика"

ВИЗНАЧЕННЯ МОЗКОВОЇ АКТИВНОСТІ ЗА ПОРОГОВИМ РІВНЕМ ПОТУЖНОСТІ ВЕЙВЛЕТ-СПЕКТРУ ЕЕГ НА ОСНОВІ ФУНКЦІЙ КРАВЧУКА





PDF version

УДК 612.821:007

 

ВИЗНАЧЕННЯ МОЗКОВОЇ АКТИВНОСТІ ЗА ПОРОГОВИМ РІВНЕМ

ПОТУЖНОСТІ ВЕЙВЛЕТ-СПЕКТРУ ЕЕГ НА ОСНОВІ ФУНКЦІЙ КРАВЧУКА

 

DOI 10.36994/2707-4110-2019-2-23-19

 

Філімонова Н.Б., к.ф.-м.н., ст.н.сп., Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, Україна, filimonova@univ.kiev.ua

Забара С.С., д.т.н., проф. Відкритий міжнародний університет розвитку людини «Україна», Київ, Україна, staszabara37@gmail.com

 

Анотація. На основі аналізу ЕЕГ було запропоновано метод визначення множини часових параметрів максимумів активності головного мозку в різних відведеннях та в різних частотних діапазонах, яка визначає функціональну зв’язність головного мозку. Для нівелювання різниці в потужностях для різних частот та людей з різною фоновою активацією було запропоновано процедуру нормалізації потужностей вейвлет-спектрів. Було виявлено, що потужності нормалізованих вейвлет-спектрів на основі функцій Кравчука для різних частотних діапазонів та для різних людей знаходяться в діапазоні 0.01… 0.9. Для визначення порогового значення потужностей, вище якого відповідний максимум потужності можна вважати мозковою реакцією на зовнішній або внутрішній стимул, було побудовано вейвлет-спектри ЕЕГ на основі функцій Кравчука для 10 осіб віком 20–22 роки, правші, студенти Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Для реєстрації ЕЕГ використовувався комплекс «Neuron-Spectrum-4/EP» (NeuroSoft, Certificate of EUROCAT Institute for Certification and Testing, Quarat Center, Darmstadt, Germany); реєстрація ЕЕГ проводилась із частотою оцифровки 500 Гц, використовувалось 19 електродів, розміщених за міжнародною системою «10/20». Довжина запису ЕЕГ — 16000 точок, тобто 32 с. Методом SOM-Ward було проведено кластерізацію отриманих потужностей вейвлет-спектрів за 171 атрибутом. В якості атрибутів було використано потужності вейвлет-спектрів в 19 стандартних відведеннях Fр1, Fр2, Fz, F3, F4, F7, F8, Cz, C3, C4, T3, T4, T5, T6, Pz,P3, P4, O1 та O2 для частот 0,5Hz,1Hz,2Hz,4Hz,8Hz,16Hz,31Hz,63Hz та125Hz. В результаті кластерізації було отримано найменшу кількість кластерів — 3, а найбільшу — 5. Аналіз потужностей вейвлет — спектрів 10 обстежуваних виявив, що максимальне значення середніх потужностей вейвлет — спектрів для кластерів, які можна віднести до фонової активності, дорівнює 0,012, а мінімальне значення середніх потужностей вейвлет — спектрів для кластерів, які можна віднести до мозкової реакції дорівнює 0,033. Таким чином, виявлено порогове значення потужності вейвлет-спектру, а саме 0,033, вище якого відповідний максимум потужності можна вважати мозковою реакцією на зовнішній або внутрішній стимул.

Ключові слова: мозкова синхронізація, вейвлет — перетворення, функції Кравчука.

 

DETERMINATION OF BRAIN ACTIVITY BY THRESHOLD OF WAVELET POWER SPECTRUM OF TTG BASED ON KRAWTCHOUK FUNCTIONS

 

Nataliy Filimonova, Ph.D. Taras Shevchenko National University of Kyiv, Uk­rai­ne, filimonova@univ.kiev.ua

Stanislav Zabara, Doctor of Technical Sciences, Prof. Open University of Human Development «Ukraine», Kyiv, Ukraine, staszabara37@gmail.com

 

Abstract. Based on the EEG analysis, a method for determining the set of time parameters of brain activity maxima in different leads and in different frequency ranges was proposed, which determines the functional connectivity of the brain. To counteract the power difference for different frequencies and people with different background activation, a procedure for normalizing the power of the wavelet spectra was proposed. It has been found that the power of normalized wavelet spectra based on the Kravchuk functions for different frequency ranges and for different people is in the range 0.01... 0.9. To determine the power threshold above which the corresponding maximum power can be considered a brain response to an external or internal stimulus, EEG wavelet spectra were constructed based on Krawtchouk functions for 10 people aged 20–22, right-handed students of Taras Shevchenko National University of Kyiv. The Neuron-Spectrum-4 / EP complex was used for EEG registration (NeuroSoft, Certificate of EUROCAT Institute for Certification and Testing, Quarat Center, Darmstadt, Germany); EEG registration was carried out at a frequency of 500 Hz, 19 electrodes placed on the international 10/20 system were used. The length of the EEG recording is 16000 points, ie 32 s. The SOM-Ward method clustered the obtained power of the wavelet spectra by 171 attributes. Power attributes of the wavelet spectra in 19 standard leads F1, F2, Fz, F3, F4, F7, F8, Cz, C3, C4, T3, T4, T5, T6, Pz, P3, P4, O1 and O2 were used as attributes. for frequencies 0.5Hz, 1Hz, 2Hz, 4Hz, 8Hz, 16Hz, 31Hz, 63Hz and 125Hz. As a result of clustering, the smallest number of clusters was obtained — 3 and the largest number was — 5. Wavelet Spectrum Analysis 10 surveyed found that the maximum value of the average wavelet power for clusters attributable to background activity was 0.012, and the minimum value of the average wavelet power for clusters attributable to brain reaction was 0.033. Thus, a threshold value of the wavelet spectrum power was detected, namely 0.033, above which the corresponding maximum of the power can be considered as a brain response to an external or internal stimulus.

Keywords: brain synchronization, wavelet — transformation, Krawtchouk functions.



Номер сторінки у виданні: 0

Повернутися до списку новин