Для цитирования:
Грубов В. В., Овчинников А. А., Ситникова Е. Ю., Короновский А. А., Храмов А. Е. Вейвлетный анализ сонных веретен на ЭЭГ и разработка метода их автоматической диагностики // Известия вузов. ПНД. 2011. Т. 19, вып. 4. С. 91-108. DOI: 10.18500/0869-6632-2011-19-4-91-108
Вейвлетный анализ сонных веретен на ЭЭГ и разработка метода их автоматической диагностики
Проведен детальный вейвлетный анализ электрической активности головного мозга, зарегистрированной во время сна у крыс с генетической предрасположенностью к абсанс-эпилепсии. Были использованы долговременные записи электроэнцефалограмм, где выявлены характерные особенности частотно-временной структуры сонных веретен – осцилляторных паттернов, являющихся электроэнцефалографическим коррелятом медленно-волнового сна. Работа проведена с использованием непрерывного вейвлетного преобразования. Предварительно были протестированы несколько наиболее распространенных вейвлетных базисов, среди которых комплексный вейвлет Морле оказался наиболее эффективным для выявления частотно-временных особенностей сонных веретен на электроэнцефалограммах. В дальнейшем вейвлет Морле был использован для создания системы автоматической диагностики сонных веретен на электроэнцефалограммах. В результате удалось выделить два типа сонных веретен, имеющих сходную временную динамику, но различающихся по частотному составу. Выявлена сложная динамика основной частоты колебаний в течение сонного веретена. На основании полученных данных предложен метод автоматической диагностики сонных веретен, основанный на расчете величин мгновенных энергий вейвлетного преобразования в двух частотных диапазонах, характерных для двух типов сонных веретен. Тестирование метода показало высокую точность автоматической диагностики исследуемых событий на электроэнцефалограммах. Данный подход может быть использован в рутинных исследованиях электроэнцефалограмм, связанных с выделением и классификацией различных осцилляторных паттернов.
- Абарбанель Г.Д.И., Рабинович М.И., Селверстон А. и др. Синхронизация в нейронных ансамблях // Успехи физических наук. 1996. Т. 166. С. 363.
- Mosekilde E., Maistrenko Yu., Postnov D.E. Chaotic synchronization, applications to living systems. Singapore: World Scientific. 2002.
- Безручко Б.П., Пономаренко В.И., Прохоров и др. Моделирование и диагностика взаимодействия нелинейных колебательных систем по хаотическим временным рядам (приложения в нейрофизиологии) // Успехи физических наук. 2008. Т. 178. С. 323.
- Некоркин В.И. Нелинейные колебания и волны в нейродинамике // Успехи физических наук. 2008. Т. 178. С. 313.
- Steriade M., Deschenes M. The thalamus as a neuronal oscillator // Brain Res. Rev. 1984. Vol. 8. P. 1.
- Destexhe A., Sejnowski T.J. Thalamocortical assemblies: How ion channels, single neurons and large-scale networks organize sleep oscillations. Oxford University Press, 2001.
- Niedermeyer E., Silva F.L. Electroencephalography: Basic principles, clinical applications, and related fields. Lippincot Williams & Wilkins. 2004.
- Nunez P.L., Srinivasan R. Electric fields of the brain: The neurophysics of EEG. Oxford University Press, 1981.
- Kostopoulos G.K. Spike-and-wave discharges of absence seizures as a transformation of sleep spindles: the continuing development of a hypothesis // Clinical Neurophysiology. 2000. Vol. 111. Suppl 2. S27–38.
- Holschneider M. Wavelets: An analysis tool. Oxford University Press, 1995.
- Aldroubi A., Unser M. Wavelets in medicine and biology. CRC-Press, 1996.
- Daubechies I. Orthonormal bases of compactly supported wavelets // Communications on Pure and Applied Mathematics. 1988. Vol. 41. P. 909.
- Tass P.A. et al. Detection of n:m phase locking from noisy data: Application to magnetoencephalography // Phys. Rev. Lett. 1998. Vol. 81. P. 3291.
- Tass P.A., Fieseler T., Dammers J. et al. Synchronization tomography: A method for three-dimensional localization of phase synchronized neuronal populations in the human brain using magnetoencephalography // Phys. Rev. Lett. 2003. Vol. 90, P. 088101.
- Anishchenko V.S., Balanov A.G., Janson N.B. et al. Entrainment between heart rate and weak noninvasive forcing // Int. J. Bifurcation and Chaos. 2000. Vol. 10. P. 2339.
- Prokhorov M.D., Ponomarenko V.I., Gridnev V.I. et al. Synchronization between main rhythmic processes in the human cardiovascular system // Phys. Rev. E. 2003. Vol. 68. P. 041913.
- Hramov A.E., Koronovskii A.A., Ponomarenko V.I., Prokhorov M.D. Detecting synchronization of self-sustained oscillators by external driving with varying frequency // Phys. Rev. E. 2006. Vol. 73. P. 026208.
- Короновский А.А., Пономаренко В.И., Прохоров М.Д., Храмов А.Е. Метод исследования синхронизации автоколебаний по унивариантным данным с использованием непрерывного вейвлетного анализа // ЖТФ. 2007. T. 77, No 9. С. 6.
- Meinecke F.C., Ziehe A., Kurths J., Muller K.-R. Measuring phase synchronization of superimposed signals // Phys. Rev. Lett. 2005. Vol. 94. P. 084102.
- Chavez M., Adam C., Navarro V. et al. On the intrinsic time scales involved in synchronization: A data-driven approach // Chaos. 2005. Vol. 15. P. 023904.
- Velazquez J.L.P., Khosravani H., Lozano A. et al. Type III intermittency in human partial epilepsy // European Journal of Neuroscience. 1999. Vol. 11. P. 2571.
- Короновский А.А., Кузнецова Г.Д., Мидзяновcкая И.С., Ситникова Е.Ю., Трубецков Д.И., Храмов А.Е. Закономерности перемежающегося поведения в спонтанной неконвульсивной судорожной активности у крыс // ДАН. 2006. T. 409. C. 274.
- Hramov A.E., Koronovskii A.A., Midzyanovskaya I.S. et al. On–off intermittency in time series of spontaneous paroxysmal activity in rats with genetic absence epilepsy // Chaos. 2006. Vol. 16. P. 043111.
- Sosnovtseva O.V., Pavlov A.N., Mosekilde E., Yip K.-P., Holstein-Rathlou N.-H., Marsh D.J. Synchronization among mechanisms of renal autoregulation is reduced in hypertensive rats // American Journal of Physiology (Renal Physiology). 2007. Vol. 293. P. F1545.
- Sosnovtseva O.V., Pavlov A.N., Mosekilde E., Holstein-Rathlou N.-H. Synchronization phenomena in multimode dynamics of coupled nephrons // Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2003. T. 11, No3. C. 133.
- Короновский А.А., Минюхин И.М., Тыщенко А.А., Храмов А.Е., Мидзяновская И.С., Ситникова Е.Ю., ван Луйтелаар Ж., ван Рижн С.М. Применение непрерывного вейвлет-преобразования для анализа перемежающегося поведения // Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2007. T. 15, No4. C. 34.
- Ovchinnikov A.A., Luttjohann A., Hramov A.E., van Luijtelaar G. An algorithm for real-time detection of spike-wave discharges in rodents // Journal of Neuroscience Methods. 2010. Vol. 194. P. 172.
- Овчинников А.А., Храмов А.Е., Люттьеханн А., Короновский А.А., ван Луйтелаар Ж. Метод диагностики характерных паттернов на наблюдаемых временных рядах и его экспериментальная реализация в режиме реального времени применительно к нейрофизиологическим сигналам // ЖТФ. 2011. T. 81. C. 3.
- Короновский А.А., Храмов А.Е. Непрерывный вейвлетный анализ и его приложения. М.: Физматлит, 2003.
- Coenen A.M., van Luijtelaar E.L. Pharmacological dissociation of EEG and behavior: A basic problem in sleep-wake classification // Sleep. 1991. Vol. 14. P. 464.
- Mallat S.G. Multiresolution approximations and wavelets orthonormal bases of 2 (R) // Trans. Amer. Soc. 1989. Vol. 315. P. 69.
- Paul T. Function analitic on half-plane as quantum mechanical states // J. Math. Phys. 1984. Vol. 24. P. 136.
- Grossman A., Morlet J. Decomposition of hardly functions into square integrable wavelets of constant shape // SIAM J. Math. Anal. 1984. Vol. 15, No 4. P. 273.
- Sitnikova E.Yu., Hramov A.E., Koronovskii A.A., van Luijtelaar G. Sleep spindles and spike–wave discharges in EEG: Their generic features, similarities and distinctions disclosed with Fourier transform and continuous wavelet analysis // Journal of Neuroscience Methods. 2009. Vol. 180. P. 304.
- Sitnikova E., van Luijtelaar G. Cortical and thalamic coherence during spike-wave seizures in WAG/Rij rats // Epilepsy Res. 2006. Vol. 71. P. 159.
- Абдуллаев Н.Т., Дышин О.А., Самедова Х.З. Автоматическая классификация электроэнцефалограмм на основе их вейвлет-пакетной обработки // Биомедицинская радиоэлектроника. 2009. No 6. C. 45.
- Абдуллаев Н.Т., Дышин О.А., Самедова Х.З. Вейвлетная очистка электроэнцефалограмм от артефактов с адаптацией к их виду и динамике // Биомедицинская радиоэлектроника. 2009. No 12. C. 34.
- Божокин С.В., Суворов Н.Б. Вейвлет-анализ переходных процессов электро-энцефалограммы при фотостимуляции // Биомедицинская радиоэлектроника. 2008. No 3. C. 85.
- Pearson E.S., Neyman J. On the problem of two samples. Joint Statistical Papers, Cambridge University Press, Cambridge, 1967
- Raiffa H. Decision analysis: Introductory lectures on choices under uncertainty. Addison-Wesley, Reading, 1968.
- van Luijtelaar G., Hramov A.E., Sitnikova E.Yu., Koronovskii A.A. Spike-wave discharges in WAG/Rij rats are preceeded by delta and theta precursor activity in cortex and thalamus // Clinical Neurophysiology. 2011. Vol. 122. P. 687.
- 1933 просмотра