تاثير سن بر همگام‌سازي مغز بااستفاده از سيگنال‌هاي EEG

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

كارشناسي ارشد

فرآيند سالمندي با تغييرات تدريجي در سازماندهي شبكه‌هاي عملكردي مغز همراه است كه در سطح سيگنال‌هاي الكتروانسفالوگرافي به‌صورت دگرگوني در الگوهاي همگام‌سازي و اتصال عملكردي نمايان مي‌شود. با اين حال، شواهد موجود نشان مي‌دهند كه اين تغييرات الزاماً به كاهش يكنواخت كارايي شبكه‌اي محدود نمي‌شوند و مي‌توانند بسته به باند فركانسي و نوع شاخص اتصال، الگوهاي پيچيده‌تري را شامل شوند. هدف از اين پژوهش، بررسي جامع اثر سالمندي طبيعي بر همگام‌سازي مغزي و سازماندهي شبكه‌هاي الكتروانسفالوگرافي با بهره‌گيري از شاخص‌هاي متنوع اتصال عملكردي، تحليل شبكه‌اي مبتني بر نظريه گراف و يك چارچوب ديناميكي مبتني بر مدل كوراموتو بوده است. در اين مطالعه، از داده‌هاي الكتروانسفالوگرافي حالت استراحت (چشم بسته) مربوط به يك مجموعه‌داده‌ي طولي شامل 208 شركت‌كننده سالم در بازه‌ي سني بزرگسالي، با فاصله‌ي زماني حدود پنج سال بين دو جلسه ثبت، استفاده شد. پس از انجام پيش‌پردازش استاندارد شامل فيلترگذاري، حذف آرتيفكت‌ها و بازارجاع سيگنال‌ها، شاخص‌هاي اتصال عملكردي شامل مقدار قفل فاز، شاخص تاخير فازي وزن‌دار، كوهرنس و شاخص اطلاعات متقابل در باندهاي فركانسي آلفا، بتا و گاما استخراج گرديدند. بر اساس ماتريس‌هاي اتصال حاصل، شبكه‌هاي عملكردي مغز بازسازي شده و شاخص‌هاي توپولوژيك در سطوح شبكه و گره محاسبه شدند. همچنين، براي ارزيابي پيامدهاي ديناميكي بازآرايي‌ ساختاري، تحليل همگام‌سازي شبكه با استفاده از مدل كوراموتو و برآورد پارامتر كوپلينگ بحراني انجام گرفت. نتايج نشان دادند كه تغييرات شبكه‌اي مغز در سالمندي الگوي يكنواختي ندارند و وابسته به باند فركانسي و شاخص اتصال هستند. در باند آلفا، كاهش كارايي شبكه‌اي و افزايش طول مسير مشخصه مشاهده شد كه بيانگر افت تدريجي يكپارچگي شبكه‌هاي گسترده مغزي است. در مقابل، در باند گاما به‌ويژه در شاخص اطلاعات متقابل، افزايش كارايي شبكه‌اي، كاهش طول مسير مشخصه و كاهش ماژولاريتي مشاهده گرديد كه حاكي از بازآرايي و بازتنظيم شبكه‌اي در سالمندي طبيعي است. تحليل‌هاي سطح گره نشان دادند كه اين تغييرات عمدتاً در نواحي پيشاني - مركزي و آهيانه‌اي مياني و به‌صورت افزايش قدرت گره و ضريب خوشه‌بندي وزن‌دار رخ مي‌دهند. علاوه بر اين، نتايج تحليل ديناميكي مبتني بر مدل كوراموتو نشان داد كه شبكه‌هاي گاماي مبتني بر اطلاعات متقابل در جلسه دوم با آستانه كوپلينگ پايين‌تري به همگام‌سازي پايدار مي‌رسند كه بيانگر افزايش قابليت همگام‌سازي ديناميكي شبكه در باند گاما و در گذر زمان است. در مجموع، يافته‌ها نشان مي‌دهند كه سالمندي طبيعي مغز فرآيندي دووجهي است كه شامل كاهش كارايي در باندهاي فركانسي پايين و بازتنظيم شبكه‌اي در باندهاي بالاتر مي‌باشد. اين نتايج بر اهميت استفاده از رويكردهاي چندشاخصه، چندباندي و تركيب تحليل‌هاي توپولوژيك و ديناميكي براي درك جامع‌تر تغييرات شبكه‌اي مغز در سالمندي تأكيد مي‌كنند.

237795

بيوالكتريك

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان