Lokalizace zdrojů EEG u potkanů kmene Wistar

Abstract

Diplomová práce se zabývá návrhem a implementací metodiky řešení lokalizace zdrojů EEG u potkanů kmene Wistar za použití ECoG 12elektrodového systému vyvinutého v Národním ústavu duševního zdraví (Klecany, Česká republika). Požadavky na metodické zpracování vychází z potenciálního použití jako zobrazovací metody elektrické aktivity mozku pro translační výzkum. Cílem práce bylo vytvořit modul pro výpočet zdrojů elektrické aktivity v mozku potkana kmene Wistar, použité inverzní metody otestovat a porovnat na simulovaných datech s následnou analýzou dat z reálných měření EEG a statistického vyhodnocení výsledků lokalizace zdrojů. Pro implementaci metodiky bylo použito programové prostředí MATLAB s využitím knihovny funkcí Fieldtrip pro pokročilé zpracování EEG. Přímá úloha byla realizována diskretizační sítí mozku použitím reálného MRI snímku mozku potkana, vytvořením výpočetního modelu mozku s homogenní elektrickou vodivostí 0,33 S/m, prostoru zdrojů mozkové aktivity a výpočtu dopředného modelu implementací Poissonovy rovnice metodou konečných prvků. Elektrodový systém byl také otestován metodou míry senzitivity elektrod. Pro otestování modelu byly použity a porovnány na simulovaných datech tří inverzní metody, kterými byla metoda minimalizace energie (MNE), zobrazování koherentních zdrojů (DICS) a metoda prostorového filtrování (LCMV). Regularizační parametr ? byl u metody minimalizace energie určen pomocí generalizované křížové validace. U inverzních metod zobrazování koherentních zdrojů a prostorového filtrování byl zvolen regularizační parametr ? 0,01 a 0,05. Pro vyhodnocení lokalizace zdrojů reálného experimentu sluchového ustáleného evokovaného potenciálu u potkanů byla použita metoda zobrazování koherentních zdrojů, která byla z porovnání inverzních metod na simulovaných datech vyhodnocena jako nejvhodnější. Použitím neparametrického permutačního statistického testu byly zjištěny významně zesílené shluky zdrojů odpovídající sluchové části anatomické oblasti Neocortex.

The master's thesis deals with design and implementation of the methodology, which solves source localization in Wistar rat EEG using ECoG twelve-electrode system developed in the National Institute of Mental Health (Klecany, The Czech republic). Requirements for methodological processing are based on a potencial use as brain activity imaging method for translational research. The aim of the thesis was to create a module for the computation of electrical activity sources in the brain of the Wistar rat, to test the used inverse methods and to compare them on simulated data with subsequent analysis of the data from real EEG measurements and statistical evaluation of the source localization results. The MATLAB program environment was used to implement the methodology using the Fieldtrip toolbox for advanced EEG processing. The forward problem was realized by generating tetrahedral mesh using real MRI image of rat's brain, creating a headmodel of the brain with a homogenous electrical conductivity of 0,33 S/m, a sourcemodel and computing leadfield by implementing the Poisson equation by the Finite element method. The electrode system was also tested by the Half sensitivity volume method. Three inverse methods Minimum norm estimates (MNE), Dynamic imaging of coherent sources (DICS) and Linear constrain minimum variance (LCMV) were used to test the model. For Minimum norm estimates method regularization parameter ? was estimated by Generalized cross validation method. For Dynamic imaging of coherent sources and Linear constrain minimum variance methods the regularization parameter ? 0,01 and 0,05 was chosen. The Dynamic imaging of coherent sources method was used to evaluate the Auditory steady-state response experiment at rat's, because this method was evaluated as the most suitable one from the comparison of inverse methods on simulated data. Using a nonparametric permutation statistical test, significantly enhanced source clusters were localized corresponding to the auditory part of the Neocortex anatomical region.