Vytvoření platformy pro záznam a analýzu multimodálních biologických signálu ve spojitosti se systémem sledovače očí

Abstract

Ze současné odborné literatury vyplývá, že se čím dál více studií zaobírá problematikou simultánního nahrávání více modalit najednou a následným předzpracováním a analýzou nahraných dat. Z tohoto důvodu je dnes kladen velký důraz na synchronizaci dat během nahrávání a současné nenarušení synchronizace během předzpracování a analýzy dat. Cílem této diplomové práce je vytvoření platformy pro předzpracování a analýzu synchronně nahraných multimodálních dat se zaměřením na Eye Tracker, EKG, dechovou aktivitu a tlačítko. V rámci této práce bylo navrženo a realizováno technické zajištění nahrávání během experimentů studie CAROUSEL. Současně byly diskutovány metody předzpracování jednotlivých nahraných modalit. Zvolené metody byly následně implementovány do navržené a realizované aplikace MultiPrepro v programovém prostředí MATLAB. Nahraná data během experimentů byla předzpracována vytvořenou aplikací a využita k validaci synchronizace jednotlivých modalit na základě posunu mezi modalitami, k validaci synchronizace pomocí statistické analýzy změny HRV v závislosti na dechové aktivitě a ke statistické analýze spontánní aktivity EKG a dechové křivky. Z analýz vyplývá, že data byla synchronně nahrána a využité metody předzpracování neměly žádný vliv na synchronizaci modalit. Ze statistické analýzy spontánní aktivity vyplývá, že křivky EKG a dechové aktivity byly zfázované na frekvenčním pásmu 0,2 až 0,5 Hz.

The current literature shows that more and more studies are addressing the issue of simultaneous recording of multiple modalities at once and the subsequent preprocessing and analysis of the recorded data. For this reason, there is now a strong emphasis on data synchronization during recording and simultaneous non-disruption of synchronization during data preprocessing and analysis. The aim of this thesis is to develop a platform for pre-processing and analysis of synchronously recorded multimodal data, focusing on Eye Tracker, ECG, breathing activity and button. Within this thesis, the technical provision of recording during the experiments of the CAROUSEL study was designed and implemented. At the same time, the preprocessing methods for each recorded modality were discussed. The selected methods were then implemented in the designed and implemented MultiPrepro application in MATLAB programming environment. The data recorded during the experiments were preprocessed by the developed application and used to validate the synchronization of the individual modalities based on the shift between modalities, to validate the synchronization by statistical analysis of the change in HRV as a function of respiratory activity, and to statistically analyze the spontaneous ECG activity and respiratory waveform. The analyses showed that the data were synchronously recorded and the preprocessing methods used had no effect on the synchronization between modalities. Statistical analysis of spontaneous activity showed that the ECG and respiratory activity waveforms were phased on a frequency band of 0.2 to 0.5 Hz.