EEG koreláty funkce zrcadlových neuronů v rehabilitaci

Abstract

Diplomová práce se zabývá tématem zrcadlových neuronů a jejich aktivace v závislosti na prováděné zrcadlové terapii. Zrcadlový neuron je speciálním typem mozkové buňky, která se aktivuje nejenom v případě aktivního pohybu, ale také pokud zaznamenává provádět daný pohyb jinou osobu. Zrcadlí tedy aktivitu jiného člověka. Zrcadlových neuronů lze příhodně využívat v rámci zrcadlové terapie (ZT) pro regeneraci mozku po úrazu senzomotorické oblasti. Byl proto sestaven experiment za účelem ověření, zda se při ZT zrcadlové neurony aktivují a pokud ano, tak jestli lze jejich aktivitu zvýšit pomocí taktilního nebo haptického kontaktu. Zvýšením aktivace by bylo možné zefektivnit prováděnou terapii. Práce popisuje teorii zpracování EEG signálu, jeho specifika a jakým způsobem se tato specifika projeví v automatizovaném zpracování dat. Rovněž popisuje teorii statistického testování hypotéz se speciálním zaměřením na EEG data a zrcadlové neurony. Celá práce byla zpracována v prostředí Matlab nebo Jupyter za použití běžně dostupných knihoven na datovou analýzu – SciPy, Pandas, NumPy. Statistické testování potvrdilo, že v EEG datech jsou statisticky významné rozdíly ve stavu, kdy je účastník experimentu v klidu (s otevřenýma očima) oproti stavu, kdy provádí zrcadlovou terapii. Naopak nebyly prokázány statisticky významné rozdíly, pokud se při průběhu zrcadlové terapie terapeut účastníka experimentu dotýkal či nikoli.

The thesis deals with the topic of mirror neurons and their activation depending on the mirror therapy. A mirror neuron is a special type of brain cell that is activated not only in the case of active movement, but also when it observes another person performing a given movement. It therefore mirrors the activity of another person. Mirror neurons can conveniently be used in mirror therapy (MT) for the recovery of the brain after injury to the sensorimotor area. Therefore, an experiment was designed to test whether mirror neurons are activated during MT and, if so, whether their activity can be increased by tactile or haptic contact. By increasing the activation, it would be possible to make the therapy performed more effective. The thesis describes the theory of EEG signal processing, its specifics and how these specifics are reflected in automated data processing. It also describes the theory of statistical hypothesis testing with special focus on EEG data and mirror neurons. The entire work was processed in Matlab or Jupyter using commonly available data analysis libraries - SciPy, Pandas, NumPy. Statistical testing confirmed that there are statistically significant differences in the EEG data when the user is at rest (with eyes open) versus when they are performing mirror therapy. Conversely, there were no statistically significant differences when the therapist did or did not touch the patient during mirror therapy.