Laboratorní úloha č. 8: Elektroencefalogram

Transkript

1 Laboratorní úloha č. 8: Elektroencefalogram Cíle úlohy: Rozložení elektrod při snímání EEG signálu Filtrace EEG v časové oblasti o Potlačení nf a vf rušení o Alfa aktivita o Artefakty Spektrální a korelační analýza EEG o Porovnání hemisfér Úvod Elektroencefalogram (EEG) je časovým zobrazením rozdílů elektrických potenciálů snímaných z elektrod na povrchu hlavy (skalpu), které vznikají jako důsledek spontánní elektrické aktivity mozku. Tato elektrická aktivita se dělí do několika frekvenčních pásem označovaných řeckými písmeny. Aktivita ve frekvenčním pásmu 8- Hz je označována jako alfa. Maximum je nad zadními oblastmi mozkových hemisfér, směrem dopředu této aktivity ubývá. Je přítomna v bdělém stavu při zavřených očích, v klidu a relaxaci. Tlumí se zejména zrakovými vjemy při otevřených očích a při intenzivním soustředění. Pořízení biologických signálů: bipolární svody z frontální oblasti vlevo Fp + F 3 bipolární svody z okcipitální oblasti vlevo + O referenční elektrody z levých svodů jsou u levého ucha A bipolární svody z frontální oblasti vpravo Fp + F bipolární svody z okcipitální oblasti vpravo + O referenční elektrody z pravých svodů jsou u pravého A A

2 Pořízení biologických signálů: Snímání EEG signálu probíhá vsedě, v klidu, trvá s. Z toho: sekund jsou oči zavřeny sekund jsou oči otevřeny sekund jsou oči zavřeny sekund jsou oči otevřeny a několikrát se mrkne Struktura dat: fs= Hz. sloupec Fp [µv]. sloupec -O [µv] 3. sloupec Fp [µv]. sloupec -O [µv] Data ke stažení: Praktické úkoly: ) Analyzujte vlastní nebo vybraný signál v časové oblasti: - vykreslete časový průběh EEG ze bipolárních svodů: o vykreslete i detail úseku EEG, kde je patrný přechod otevřené->zavřené oči - navrhněte filtry: o odstraňující nf a vf rušení o pásmovou propust v pásmu alfa aktivity - vykreslete časový průběh odrušeného EEG ze bipolárních svodů: o vykreslete i detail úseku EEG, kde je patrný přechod otevřené->zavřené oči - vykreslete obálku alfa aktivity EEG ) Analyzujte vlastní nebo vybraný signál ve spektrální oblasti - zobrazte spektra nefiltrovaných EEG signálů: o úseku při zavřených očích o úseku při otevřených očí 3) Analyzujte vlastní nebo vybraný signál korelační analýzou: - vyberte sekundový úsek odrušeného EEG signálu při zavřených očích - spočtěte autokorelace a výkonová spektra - spočtěte korelace a výkonové spektrální hustoty signálů z různých hemisfér Pozn.: Studenti zpracovávají signály odpovídající součtu číslic pořadového čísla (3 +3=) Teoretické úkoly: ) Definujte Fourierovu transformaci v diskrétním čase (DTFT), vychýlenou a nevychýlenou korelaci a autokorelaci. ) Jaké jsou vztahy mezi signálem, autokorelací, spektrem a výkonovou hustotou? 3) Jak se projeví šum: a) Při autokorelaci signálu b) Při korelaci dvou nezávislých signálů

3 Nápověda k úkolům: - Rušení předpokládejte na frekvencích pod nejnižší delta aktivitou (cca Hz) a nad nízkou gama aktivitou (cca 3 Hz) - Energetickou nebo výkonovou obálku alfa aktivity spočtěte ze signálu filtrovaným PP v pásmu 8-3 Hz autokorelace: Rxx=xcorr(x); korelace: Rxy=xcorr(x,y) výkonová spektrální hustota: PSD=/length(x)*abs(fft(x)).^; PSD=/length(Rxx)*abs(fft(Rxx)); f=linspace(,fs,length(x)) f=linspace(,fs,length(rxx)) Pozn.: korelační koeficient: xcorr(,'coef') Užitečné funkce: xcorr, fft, ifft

4 Datum Název úlohy Příjmení a jméno Odpovědi na teoretické otázky: ) ) 3) Analýza: figure.: Průběhy svodů EEG 5-5 EEG Fp O Fp figure.: detail přechodu otevřené->zavřené oči 5-5 EEG O O Fp 5 Fp O

5 figure 3.:Přenosové charakteristiky filtru HP, DP a PP Magnitude (db) Phase (degrees) Mezní kmitočty filtrů: figure.: odrušené EEG (HP+DP) figure 5.: detail přechodu otevřené->zavřené oči (HP+DP) Magnitude (db) Phase (degrees) EEG Magnitude (db) Phase (degrees) Fp - Fp EEG -O -O Fp O Fp O

6 figure 6.: Obálka alfa aktivity (PP+integrátor) energeticka obalka alfa aktivity.5 Fp O Fp O figure 7.: Odhad PSD pro nefiltrované svody ve frontální a okcipitální oblasti, při otevřených a zavřených očích x -9 otevřené 6 x - zavřené PSD.5 Fp Fp PSD Fp Fp 6 8 x - otevřené 6 8 x - zavřené -O -O PSD -O PSD.5 -O

7 figure 8.: Autokorelace odrušeného sekundového úseku EEG při zavřených očí z libovolného frontálního a z libovolného okcipitálního svodu; PSD -5 5 x -5 Fp 3 8 x -5 -O R xx 5 5 x -8 PSD R xx 5 5 x -9 PSD 6 8 figure 9.: Korelace odrušeného sekundového úseku EEG při zavřených očích z okcipitálních svodů, z vybraného okcipitálního svodu a z frontálního svodu z opačné hemisféry, z vybraného okcipitálního svodu a z frontálního svodu stejné hemisféry; PSD 8 x -O x -5 Fp x -5 Fp x -5 -O x -9 R xy 5 5 PSD x -5 -O x -9 R xy 5 5 PSD x -5 -O x -9 R xy 5 5 PSD 5 5 5

8 Závěr: Mimo jiné zhodnoťte: - schopnost rozpoznání alfa aktivity v zarušeném EEG - hlavní složky rušení v EEG, vliv odstranění rušení na schopnost rozpoznání alfa aktivity - změnu energie alfa aktivity v různých svodech při otevření a zavření očí - PSD v různých svodech při otevřených a zavřených očích - vzájemnou korelaci alfa aktivity různých částí mozku