Research on Biomedical Engineering
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Research on Biomedical Engineering
Original Article

Técnica baseada na função de coerên cia para avaliar o grau de sincronismo no EEG durante estimulação sensorial

A coherence-based technique for evaluating the degree of synchronism in the EEG during sensory stimulation

Sá, Antonio Mauricio F. L. Miranda de; Infantosi, Antonio Fernando Catelli

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Resumo

A coerência entre o sinal de estimulação e o EEG tem sido utiliza da na detecção de respostas evocadas à estimulação rítmica. Tal detecção baseia-se no conhecimento da distribuição amostral da estimativa da coerência sob a hipótese nula de ausência de respos ta evocada (coerência igual a zero). Neste trabalho, a técnica é estendida para a quantificação do grau de ativação devido à estimulação sensorial. Para isto, a distribuição amostral para o caso de resposta diferente de zero é investigada, objetivando ava liar o desempenho do detector assim como os limites de confiança das estimativas da coerência. Estes últimos são obtidos através de uma aproximação à função densidade de probabilidade da estimativa, pois a inversa da função densidade acumulada de probabilidade não é de fácil obtenção, o que dificulta a determina ção dos valores críticos para coerência diferente de zero. Os resul tados teóricos são verificados em simulações de Monte Carlo e a técnica proposta é aplicada a sinais EEG de 14 indivíduos duran te foto-estimulação rítmica. Os resultados mostram simetria inter-hemisférica em regiões posteriores homólogas na freqüência de estimulação de 6 Hz e seus harmônicos para a maioria dos indivíduos. Tal simetria, como esperado, é mais pronunciada nas regiões occipitais. Ademais, em 28% dos indivíduos, a intensi dade das respostas em 12 Hz depende se esta freqüência é a de estimulação ou o segundo harmônico da mesma. Esta diferença parece depender da freqüência de estimulação ser inferior ou supe rior ao ritmo alfa do indivíduo.

Palavras-chave

Coerência,EEG, Estatística, Estimulação Rítmica, Medida de Sincronismo.

Abstract

The coherence between the stimulation signal and the EEG has been used in the detection of evoked responses to rhyth mic stimulation. Such detection is based on the knowledge of the sampling distribution of coherence estimate under the null hypothesis of lack of evoked response (zero coher ence). In this work, the technique is extended for quantify ing the degree of activation due to sensory stimulation. With this aim the sampling distribution for the non-zero response is investigated for evaluating the performance of the detector as well as obtaining the confidence limits of coherence estimate. The latter are obtained using an ap proximation to the probability density function of the esti mate, since the closed-form inverse for the cumulative den sity function, and hence the critical values for non-zero coherence, cannot easily be found. The theoretical results are verified in Monte Carlo simulations and the technique is further applied to the EEG signals from 14 subjects dur ing rhythmic photic stimulation. The results indicate inter hemispheric symmetry at homologue posterior regions in the stimulation frequency of 6 Hz and also its harmonics for most of the subjects. As expected, such symmetry is more pronounced at occipital regions. Further, in 28% of the subjects, the strength of the responses in 12 Hz de pends on either such frequency is the stimulation frequency or the second harmonic of it. This difference may be due the fact that the stimulation frequency is lower or higher the subjects’ alpha rhythm and need to be further investi gated.

Keywords

Coherence, EEG, Rhythmic, Statistics, Stimulation, Synchrony Measure
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