Οι διάφορες δραστηριότητες του εγκεφάλου συχνά χαρακτηρίζονται από ειδικούς ρυθμούς στο ηλεκτροεγκεφαλογράφημα (ΗΕΓ). Το 2ο στάδιο του ύπνου χωρίς ταχείες οφθαλμικές κινήσεις (στάδιο NREM) χαρακτηρίζεται από τις ατράκτους που σηματοδοτούν την ουσιαστική έναρξη του ύπνου. Αποτελούν 0.5-1 δευτερόλεπτα ρυθμικής διαδοχής κύρια αρνητικών κυμάτων γενικευμένα στο ΗΕΓ τα οποία παρουσιάζουν προϊούσα αύξηση και μετά μείωση του πλάτους τους. Οι άτρακτοι συμμετέχουν σε διάφορες σημαντικές λειτουργίες του εγκεφάλου. Η κατανόηση του πολύπλευρου και πολύ σημαντικού ρόλου των ατράκτων έχει αποτελέσει αφορμή ώστε να γίνουν προσπάθειες εντοπισμού των υπεύθυνων για τη γένεσή τους εγκεφαλικών κυκλωμάτων. Σκοπός της προτεινόμενης μεθόδου είναι η εφαρμογή της μεθόδου εντοπισμού σημάτων σε πολυκαναλικές καταγραφές χρησιμοποιώντας περιορισμούς που στηρίζονται στο πεδίο του χώρου (spatial constraints) και το πεδίο της συχνότητας (frequency constraints) χρησιμοποιώντας την τεχνική ανάλυσης σε ανεξάρτητες συνιστώσες (ICA). Η μέθοδος εφαρμόστηκε για την ανάλυση βραδέων και ταχέων ατράκτων σε εγκεφαλογραφήματα ύπνου. Στο εργαστήριο Φυσιολογίας έχουν γίνει ΗΕΓ καταγραφές ολονύκτιου ύπνου με καταμέτρηση πολλών εκατοντάδων ατράκτων οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν για την ανάπτυξη της παραπάνω μεθόδου αυτομάτου ανίχνευσης και εντοπισμού των ατράκτων. / Several brain activities are characterized by specific rhythms in electroencephalogram (EEG). The non rapid eye movement (NREM) stage of sleep is characterized by sleep spindles signaling the beginning of sleep. Spindles are rhythmic generalized negative waves in EEG with progressively increasing and gradually decreasing amplitude lasting 0.5-1 sec. Spindles are involved in several brain functions. The comprehension of the significance and multilateral role of spindles has driven efforts to detect the brain circuits involved in their generation. The purpose of this study is the introduction of a signal detection method in multichannel records, using Independent Component Analysis with spatial and frequency constraints. This automatic detection method was applied to the analysis of fast and slow spindles in sleep EEG, obtained from whole-night sleep recording in the laboratory of Physiology Department at University of Patras.

Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με τον προεγχειρητικό έλεγχο ασθενών με κροταφική επιληψία που είναι υποψήφιοι να χειρουργηθούν. Συγκεκριμένα εστιάζει στην αξιολόγηση της χρήσης του εξωκρανιακού ΗΕΓ (ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος) ως προεγχειρητικού συνεπικουρικού εργαλείου για την εντόπιση και χαρτογράφηση της βλάβης του κροταφικού λοβου για ένα άριστο μετεγχειρητικό αποτέλεσμα. / This study focuses on the preoperative evaluation of extracranial EEG of patients with temporal lobe epilepsy who are candidates for surgery. More precisely, it focuses on the efficiency of the extracranial EEG to map the intracranial lesion that causes the epileptic syndrome.

Η επεξεργασία του εγκεφαλογραφικού σήματος με τη χρήση νέων υπολογιστικών τεχνικών δίνει τεράστια ώθηση στη μελέτη νευροφυσιολογικών ερωτημάτων. Η χρήση αυτών των μεθόδων από ερευνητές με ελάχιστες γνώσεις προγραμματισμού απαιτεί την ανάπτυξη ενός εύχρηστου γραφικού περιβάλλοντος που να περιλαμβάνει εργαλεία για την αυτοματοποιημένη εφαρμογή των υπολογιστικών τεχνικών. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται το γραφικό περιβάλλον που αναπτύχθηκε στη Μονάδα Νευροφυσιολογίας στο Εργαστήριο Φυσιολογίας της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών για την υποστήριξη των εγκεφαλογραφικών μελετών. Επεξηγούνται οι δυσκολίες της επεξεργασίας εγκεφαλογραφικού σήματος, οι λόγοι που καθιστούν τη χρήση ήδη υπαρχόντων εργαλείων αδύνατη ή ασύμφορη και δικαιολογείται η επιλογή της πλατφόρμας του MATLAB για την ανάπτυξη του περιβάλλοντος. Δίνεται αναλυτικά η πορεία υλοποίησης του προγράμματος και οι οδηγίες χρήσης του. Το περιβάλλον περιλαμβάνει μεθόδους για εισαγωγή δεδομένων από το πρόγραμμα καταγραφής Neuroscan, επιλογή τμημάτων για επεξεργασία, απεικονίσεις στα πεδία του χρόνου, του χώρου και της συχνότητας, εφαρμογή φίλτρων, ανάλυση προκλητών δυναμικών με παρουσίαση μέσης κυματομορφής και μέσου φασματογραφήματος, δημιουργία εικονικών καναλιών και συνεργασία με άλλα προγράμματα όπως τη χρήση της μεθόδου ανάλυσης ανεξαρτήτων συνιστωσών του EEGLAB. Παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από τη χρήση του προγράμματος σε δυο μελέτες του εργαστηρίου. Καταρχάς, σε φυσιολογικό ύπνο για τη μελέτη της σχέσης δυο κυματομορφών του δεύτερου σταδίου του ύπνου, των συμπλεγμάτων Κ και των ατράκτων του ύπνου, όπου διαπιστώθηκε ότι η εμφάνιση του συμπλέγματος Κ επηρεάζει τη συχνότητα των ατράκτων όταν συμπίπτουν χρονικά. Έπειτα, σε παθολογικό ύπνο για τη διερεύνηση μεταβολών του θαλαμοφλοιικού κυκλώματος και των ατράκτων του ύπνου σε ένα παιδί με ιστορικό επιληψίας αφαιρέσεων παιδικής ηλικίας. Σε αυτή την περίπτωση διαπιστώθηκε η ύπαρξη ενός ρυθμού με χαρακτηριστικά παρόμοια των ατράκτων του ύπνου, αλλά σε διαφορετική συχνότητα, ενώ παράλληλα, σημαντικά μειωμένη ήταν η εμφάνιση φυσιολογικών ατράκτων. Τέλος, αναδεικνύονται τα πλεονεκτήματα της χρήσης του περιβάλλοντος και συζητείται η εκπλήρωση των στόχων και αναγκών του εργαστηρίου μέσα από το πρόγραμμα καθώς και οι πιθανές μελλοντικές επεκτάσεις. / The use of novel computational techniques in the analysis of encephalographic signals has given a huge boost to the study of neurophysiological questions. The use of such methods by researchers who have little knowledge of computer programming requires the development of a user-friendly graphical interface that includes tools for the automated application of these computational techniques. The present work presents the graphical interface developed at the Neurophysiology Unit of the University of Patras' Medical School for the support of EEG studies. The difficulties of the processing of EEG signals and the reasons that render the use of existing tools impossible or unfit are explained and I justify the choice of the MATLAB platform for the development of the environment. The course of the realization of the program and directions for its use are given in detail. The environment includes methods that import data from the Neuroscan recording system, select portions for processing, plot data over time, space and frequency, apply filters, analyze event-related potentials using average waveform and average spectrogram views, create virtual channels and cooperate with other programs, like using EEGLAB's technique of independent component analysis. The results of using the program in two laboratory studies are presented. First, it helped analyze normal sleep data, for the study of the relationship between two graphoelements of the second NREM sleep stage, the K complex and the sleep spindle. It was shown that the occurrence of a K complex affects the frequency of a spindle when they coincide. Next, in abnormal sleep data, for the study of possible changes of the thalamocortical pathway and sleep spindles on a child with medical history of childhood absence. In this case, the appearance of a rhythmic wave with attributes similar of a sleep spindle but different frequency of oscillation was shown, while at the same time, the incidence of normal spindles was significantly lower. Finally, the advantages of using this environment are shown and the fulfillment of the lab's goals and needs by the program, as well as possible future expansions, are discussed.