Az agyi jelek adaptív feldolgozása MENTÁ LIS FÁ R A DT S ÁG MÉRÉSE
Bevezetés I. A fáradtság lehet fizikai: a normál testi funkciók hiánya mentális: csökkent agyi aktivitás vagy kognitív funkciók. Megjelenhet csökkent éberségként vagy csökkent figyelemként (nem feltétlenül álmossággal együtt). A mentális fáradtság neurokognitív folyamatai még nem ismertek Kutatási eredmény: a mentális fáradtságot a striátum és belső cinguláris kéreg elégtelen dopaminerg (dopamin) ellátása okozza Striátum: a testmozgás motivációjának koordinálása Cinguláris kéreg: érzelmek formálása és feldolgozása, tanulás, memória. Viselkedési kimenet és motiváció összekötése (pozitív érzelmet kiváltó akció -> tanulás). Fontos szerepe van a depresszióban és skizofréniában.
Bevezetés II. A vizsgálatok időbeli és frekvenciatartományban is zajlanak. Sokáig tartó (több órás) felvételekben (statisztikai) jellemzőket keresnek, majd ezeket osztályozó eljárásokkal kategorizálják Az agyi ritmusok, szinkronizációk, térbeli koherencia és az ERP jellemzőinek vizsgálata is információt ad
Fáradtság mérése EEG jelekből A szinkronizáció és koherencia mérése Az cerebrális régiók közötti agyi szinkronizáció és koherencia számos kutató által alkalmazott jelzője a fáradtságnak Alkalmazási példa: EMD alkalmazása az elektródákra IMF komponensek kinyerésére Koherencia és szinkronizáció mérése intrinsic mode functions
Fáradtság mérése EEG jelekből A szinkronizáció és koherencia mérése teszt ingerek Az alanyoknak 80 cm-ről egy ingert mutattak. Minden körben három horizontálisan elhelyezkedő nagybetűt mutattak (H,S). Ha a középső H, akkor bal kézmozdulatot kellett tenni, ha S, akkor jobb. Az inger az akcióig maradt az ábrán vagy max. 1200 ms-ig. 50%-ban volt a háttér fekete vagy zöld,piros. 50%-ban volt a cél betű azonos színű, mint az oldalsók. A kísérlet három óráig tartott. Az első fél órából vett minta reprezentálta a fitt állapotot, az utolsó fél óra a fáradtságot. Az alfa hullámot az F7 és F4 elektródáról vették, a bétát az FC5 és FC6-ról, a thetát a P7 és P8-ról. 4 s-os darabonként koherenciát és fázis szinkront mértek.
Fáradtság mérése EEG jelekből A szinkronizáció és koherencia mérése eredmények Agyféltekek közti koherencia béta, alfa és theta ritmusok esetén. (a) fáradt állapot, (b) éber állapot
Fáradtság mérése EEG jelekből A szinkronizáció és koherencia mérése eredmények Agyféltekek közti fázis szinkron béta, alfa és theta ritmusok esetén
Fáradtság mérése ERP jelekből A legáltalánosabb sok ERP átlagolása a háttérzajok elnyomásához. Ám az ERP-k is változnak egyes tényezők megváltozásával (fáradtság szintje, hozzászokás, figyelem szint). Számos eljárást készítettek az ERP-k körönkénti mérésére: Kálmán szűrők, MAP eljárások, Wiener szűrők, Wavelet együtthatók + particle filtering (alacsony SNR esetén hatásos). Úgy találták, hogy az N1 amplitúdók a kísérletben idővel csökkennek, az N2b amplitúdó különbségek (releváns inger esetén nagyobbak) csökkennek N1: a figyelem elterelődése irreleváns inger felé
Fáradtság mérése ERP jelekből A P300 fontos információkat hordoz a kognitív feldolgozásról így a mentális fáradtságról is A P3a ritka, nem célinger esetén jön létre, nem akaratlagos, elhelyezkedése frontocentrális (prefrontális, frontális és anterioláris). A P3b inkább centroparietális, akkor jön létre, ha a célinger nagyon váratlan Eljárás: két megkötött (constrained) Rao-Blackwellised particle filtert alkalmaztak a P3a és P3b amplitúdó, késleltetés és szélességének meghatározására. A megkötés azt jelentette, hogy irreális szcenáriókat előállító particle-ök súlyát lenullázzák. Ilyen irreális előfordulás például, hogy a P3b megelőzi a P3a-t, vagy rossz agyi területen generálódik
Fáradtság mérése ERP jelekből A szinkronizáció és koherencia mérése P3a és P3b változásának követése fáradtság esetén. Bal oszlop: éber állapot, jobb oszlop: fáradt állapot.
Fáradtság mérése ERP jelekből A szinkronizáció és koherencia mérése P3a és P3b változásának követése fáradtság esetén. Bal oszlop: éber állapot, jobb oszlop: fáradt állapot.
P3a és P3b szétválasztása Kísérlet: fülhallgatón keresztül 2 khz-es hangokat játszottak le (160 darabot egy futásban), közbeékelve 1 khz-esekkel (40 darabot egy futásban). A ritka hangok 10 ms-osak voltak, a gyakoriak 50 ms-osak. Az alanyoknak egy gombot kellett megnyomni az 1 khz-es hangoknál. Mérték a késleltetést, amplitúdót és skalp projekciót. Referencia jelek kiválasztása P3a és P3b becsléséhez. A sorokban a referencia függvények és a hozzá tartozó skalp projekciók vannak. A középső sor ábrázolja a legalkalmasabb referenciafüggvényeket.
Hibrid EEG-ERP alapú eljárás fáradtság elemzéséhez audió stimulus alapján A KÖVETKEZŐ Á B R Á KO N E G Y, A Z ELŐ B B IVEL MEGEGYEZŐ AUDIÓ STIMULUSNÁL MÉRT EEG ÉS ERP J ELEK LÁT HATÓAK É B E R É S FÁ R A DT Á L L A P OTBAN
40 ERP és az átlaguk a Cz csatornáról fáradtság előtt 40 ERP és az átlaguk a Cz csatornáról fáradtság alatt Az ábrák átlagai külön
Becsült skalp projekciók (a) P3a és (b) P3b esetén fáradtság előtt Becsült skalp projekciók (a) P3a és (b) P3b esetén fáradtság alatt
Theta ritmus fázis-szinkronja F3-F4 elektródákon; (a) inger előtt, (b) inger után Alfa ritmus fázis-szinkronja C3-C4 elektródákon; (a) inger előtt, (b) inger után
Béta ritmus fázis-szinkronja C3-C4 elektródákon; (a) inger előtt, (b) inger után