Υπολογισμός και ερμηνεία της μεταβολής της λειτουργικής συνδεσιμότητας στον ακουστικό φλοιό κατά τη διάρκεια ψυχοακουστικού πειράματος - Μίχας, Χρήστος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Συστημάτων Μετάδοσης Πληροφορίας και Τεχνολογίας Υλικών. Εργαστήριο Βιοϊατρικών Προσομοιώσεων και Απεικονιστικής Τεχνολογίας, 2015)
Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της εγκεφαλικής δραστηριότητας κατά τη διάρκεια ψυχοακουστικού πειράματος, προκειμένου να αξιολογηθεί πώς η σύγκριση της διάρκειας ηχητικών παλμών επηρεάζει τη λειτουργική συνδεσιμότητα του ακουστικού φλοιού με τις υπόλοιπες περιοχές του εγκεφάλου. Τα πειραματικά δεδομένα προέκυψαν από παλιότερη ερευνητική δραστηριότητα του εργαστηρίου Βιοϊατρικών Προσομοιώσεων και Απεικονιστικής Τεχνολογίας (BIOSIM) του ΕΜΠ. Κατά τη διάρκεια του πειράματος, 10 εθελοντές καλούνταν να ακούσουν διαδοχικά δύο ηχητικούς παλμούς ίδιας συχνότητας, εκ των οποίων ο πρώτος είχε διάρκεια 500ms ενώ ο δεύτερος μεταβλητή διάρκεια από 420ms έως 620ms, και να απαντήσουν εάν ο δεύτερος παλμός είχε μεγαλύτερη διάρκεια. Η καταγραφή της δραστηριότητας είχε πραγματοποιηθεί επιφανειακά μέσω μη επεμβατικού ΗΕΓ 32 σημείων, συνεπώς μέρος της διπλωματικής ασχολείται με τον υπολογισμό της δραστηριότητας του εγκεφαλικού φλοιού. Η επεξεργασία των δεδομένων έγινε με τη χρήση του προγράμματος ελεύθερης διανομής MNE-Python. Χρησιμοποιήθηκε ένα μοντέλο συνοριακών στοιχείων για να προσομοιώσει τις ηλεκτρικές ιδιότητες του κεφαλιού, δημιουργήθηκε ένας χώρος πηγών για να προσομοιώσει τις πηγές ρεύματος στον εγκεφαλικό φλοιό και στη συνέχεια έγινε ο υπολογισμός της εγκεφαλικής δραστηριότητας με χρήση των μεθόδων MNE (Εκτίμησης Ελάχιστης Νόρμας - Minimum Norm Estimation) και dSPM (dynamic Statistical Parametric Mapping). Για τον υπολογισμό της συνδεσιμότητας, ο εγκεφαλικός φλοιός κατατμήθηκε σε 34 ανατομικές περιοχές ανά ημισφαίριο, υπολογίστηκε η μέση δραστηριότητα ανά περιοχή και τέλος υπολογίστηκε ο δείκτης της συνάφειας μεταξύ των περιοχών και του ακουστικού φλοιού με χρήση του Μετασχηματισμού Κυματιδίου. Η συνάφεια υπολογίστηκε σε έξι ζώνες συχνότητας, με συνολικό εύρος από 3Hz έως 50Hz. Για την εκτίμηση της επίδρασης του πειράματος στη συνδεσιμότητα του ακουστικού φλοιού υπολογίστηκε για όλες τις περιοχές η μεταβολή της συνάφειας 250ms μετά τη λήξη του πρώτου και του δεύτερου ηχητικού παλμού και εντοπίστηκαν οι μεταβολές που συμφωνούσαν συστηματικά με τις απαντήσεις των εθελοντών για τη διάρκεια του δεύτερου παλμού. Για τις περιοχές του εγκεφάλου στις οποίες αντιστοιχούσαν οι μεταβολές, έγινε αναζήτηση στη διεθνή βιβλιογραφία προκειμένου να αξιολογηθεί αν πράγματι αυτές οι περιοχές σχετίζονται με την ακοή. Η μελέτη βασίστηκε στη μεταβολή της συνάφειας και όχι στην τιμή της συνάφειας μετά τη λήξη του δεύτερου παλμού για να εξασφαλισθεί ότι η επικοινωνία μεταξύ των περιοχών και του ακουστικού φλοιού οφείλεται στο ψυχοακουστικό πείραμα και όχι σε άλλες παράλληλες εγκεφαλικές διεργασίες που δεν σχετίζονται με το πείραμα. Η διπλωματική εργασία κλείνει εξηγώντας ποιες περιοχές διαπιστώθηκε ότι αλληλεπιδρούν με τον ακουστικό φλοιό λόγω του ψυχοακουστικού πειράματος και της μεταβολής της διάρκειας των ηχητικών παλμών. Γίνεται επίσης μία σύντομη ανασκόπηση των πλεονεκτημάτων και των δυσκολιών που διαπιστώθηκαν κατά την επεξεργασία των δεδομένων και αναφέρονται πιθανές μελλοντικές επεκτάσεις της μελέτης.