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컴퓨터를 이용한 뇌파분석

컴퓨터를 이용한 뇌파분석. 김종원 시드니 대학교 물리학과 및 웨스트미드 병원 뇌역학 연구소. 대한 수면 학회 2007 년 11 월 2 일. 목차. EEG 소개 단일 채널 분석 다중 채널 분석 기타 분석도구들 참고문헌 및 자료출처. Seizure onset, Sleep stages, Sleep onset. Spectrum, Auto-correlation, DFA. Synchrony, Cross-correlation, ICA.

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컴퓨터를 이용한 뇌파분석

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  1. 컴퓨터를 이용한 뇌파분석 김종원 시드니 대학교 물리학과 및 웨스트미드 병원 뇌역학 연구소 대한 수면 학회 2007년 11월 2일

  2. 목차 • EEG 소개 • 단일 채널 분석 • 다중 채널 분석 • 기타 분석도구들 • 참고문헌 및 자료출처 Seizure onset, Sleep stages, Sleep onset Spectrum, Auto-correlation, DFA Synchrony, Cross-correlation, ICA Wavelet analysis, Kalman filtering, Nonlinear measure, etc

  3. ElectroEncephaloGraphy 소개 • Electric activity of the brain • Scalp potential – indirect measure • Non-invasive • High temporal but poor spatial resolution • c.f., fMRI (functional magnetic resonance image), MEG (magnetoencephalography)

  4. 200 X 60 X 60 X 8 X 20 = 100,000,000 sec. sampling rate min. hrs. # of electrodes absence seizure, westmead hospital 10/20 System ECG/EKG, EMG, EOG, etc

  5. 단일채널 분석 • 스펙트럼 분석 (Power Spectrum) • 상관함수 분석 (Auto-correlation) • 탈경향 변동 분석 (Detrended Fluctuation Analysis, DFA)

  6. a wave 스펙트럼 분석 • 시계열 자료의 주기적 패턴을 찾아냄. • (fast) Fourier Transform을 이용함.

  7. 발작 전 발작 후 스펙트럼 분석 – 간질 뇌파 absence seizure westmead hospital

  8. sleep spindle 스펙트럼 분석 – 야간 수면 뇌파 기면병, PSG, C3 을지병원

  9. 정상인 10명, MSLT, C3 을지병원 스펙트럼 밀도 분석 – sleep onset

  10. 상관함수 (Auto-correlation) C(t) X(t+t) X(t) 주기적인 패턴의 고유 주파수 결정 연속된 사건들을 구분하는 최소 시간 결정

  11. 탈경향 변동 분석 (DFA) • Fluctuation Analysis ? • Detrended ? • Scaling Exponent ? a=0.5 Random a>0.5 Correlated a<0.5 Anti-correlated

  12. 탈경향분석 (DFA) - 기면병진단 PSG, C3 을지병원

  13. DFA & PS exponents increase in deeper sleep 탈경향분석 (DFA) - 수면단계구분 PSG, C3 을지병원

  14. Open question: Why DtN > DtC ? 탈경향분석 (DFA) - 입면주기 MSLT, C3 을지병원

  15. 다중채널 분석 • Synchronization Likelihood • Cross-correlation • Independent Component Analysis (ICA)

  16. 동기화 진단 Interdependancy / Mutual information / Conditional probability 뇌파 1: event A, B, C…… Synchrony = 뇌파 1이 event A를 보이는 조건 하에서 뇌파 2가 특정 event를 보여줄 확률 뇌파 2: event a, b, c…… 0 < Sync < 1

  17. 동기화 진단 – 2 channels absence seizure westmead hospital

  18. 동기화 진단 – 간질, 21 channels absence seizure westmead hospital

  19. 동기화 진단 – sleep onset, 4 channels MSLT 을지병원

  20. 교차 상관함수 V10(t) vs. V20(t+t) ? v30 v20 v10 Kantz and Schreiber (2003)

  21. ICA 독립 요소 분석 (ICA) – cocktail party TV, 잡담, 음악, 등

  22. 독립 요소 분석 (ICA) - MEG Hyvarinen and Oja (2000)

  23. 기타 분석 도구들 • Wavelet analysis • “Improved” Fourier transform • Increase resolution near singularity • Ref.: Arneodo et al., Phys. Rev. Let. 74, 3293 (1995) • Kalman filtering • Recursive filtering • Inverse problem of EEG generation • Ref.: Galka et al., NeuroImage 23, 435 (2004) • Nonlinear measures • Correlation dimension, Lypunov exponent, etc • Deterministic? Stochastic? • Ref.: “Chaos in Brain” ed. By Lehnertz (1999)

  24. 참고문헌및 자료출처 • H. Kantz and T. Schreiber, Nonlinear Time Series Analysis (2003) • A. Hyvarinen et al., Independent Component Analysis (2001) 간질 뇌파: Westmead hospital 주간/야간 뇌파: 을지병원 도움 주신 분들: 서울의대 수면연구실, 서울의대 의공학연구실, 을지의대 수면연구실 http://www.physics.usyd.edu.au/~jwkim/KoreanSleep2007/

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