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This study concerned the effects of short-term exposures to continuous (10 kv/meter) and pulsed 20 volts at 640 cps/100 msecs) electrostatic fields on the EEG recorded from external electrodes and hypothalamic activity recorded from implanted electrodes in rats. Each experiment lasted at least 90 minutes. The total energies of the waveforms recorded were integrated and printed out for plotting and analysis. Besides the brain activity, the ECG, respiration, and temperature of the animals were also monitored before, during,and after exposure to the electrostatic fields.

Darbo pradžioje apžvelgiamos vartotojo sąsajos, kokios yra ateities perspektyvos smegenų-kompiuterio sąsajoms, kokie tyrimai atliekami šioje srityje. Aprašoma, kas yra elektroencefalografija (EEG), kaip atsiranda elektriniai impulsai smegenyse ir ką nagrinėja neuroestetikos mokslas. Magistrinio darbo tikslas buvo ištirti, kokiu tikslumu galima prognozuoti, ar subjektui patiks paveikslas. Prognozės yra atliekamos iš subjekto EEG signalų, kurie yra gaunami naudojant Neurosky MindWave įrenginį. Duomenų klasifikavimui yra naudojamas vienasluoksnis neuroninis tinklas sukurtas su MATLAB programine įranga. Darbo metu buvo sukurta iPad kompiuteriui skirta programa, kuri vaizduoja stimulus ir įrašinėja EEG duomenis iš Neurosky MindWave įrenginio. Stimulams yra naudojami įvairių laikotarpių, skirtingų autorių tapybos darbai. Tyrimas parodė, kad įmanoma prognozuoti vartotojo pasirikimą tiksliau negu atsitiktinumas. Klasifikatoriaus tikslumas daugiausia duomenų turinčiam subjektui siekia iki 74%. Tuo tarpu apmokant dirbtinį neuroninį tinklą visų subjektų duomenimis, klasifikatoriaus tikslumas yra labai panašus į atsitiktinumą – 55%. / The aim of this thesis is to study the accuracy of prediction of subject’s preferences when observing various paintings. Prediction is caried out using subject’s EEG signals which are produced using Neurosky MindWave device. To clasify data one layer artificial neuron network is used. The network is a MATLAB application. For this study application for iPad is created. This application represents and records EEG data from Neurosky MindWave device. In order to produce stimuli subjects are presented with paintings by various artists from different epoches. The study showed that it is posible to predict the preference with accuracy greater than a mere chance. The classifier’s accuracy for the subject with most data is up to 74% (average 64.58%). For other subjects’ the accuracy of prediction of 58% is reached.

<p style="text-align: justify">Cilj ove doktorske disertacije je da predstavi model i računarski sistem koji re&scaron;ava problem osoba sa invaliditetom koja nisu u mogućnosti da koriste ruke ili funkciju govora u ostvarivanju komunikacije. Disertacija se bavi problematikom mogućnosti primene ekonomski pristupačnih asistivnih tehnologija u domenu primene servisa elektronske uprave. Od asistivnih tehnologija disertacija istražuje mogućnosti primene neinvazivne BCI tehnologije u poređenju sa sistemima baziranih na HD kamerama. Razvijen je računarski sistem koji omogućava integraciju u operativni sistem i upotrebu računara za unos komandi upotrebom detekcije moždanih talasa.</p> / <p>The main objective of this doctoral thesis is to present the model and a computer system that solves the communication problem of people with disabilities (people who cannot use their hands or the function of speech communication). The dissertation researches the possibility to apply economic affordable assistive technologies in the field of application of e-government services. Thesis explores the possibilities of application of non-invasive BCI technology compared to systems based on HD<br />cameras. Has been developed a computer system that allows the integration into the<br />operating system that allow to enter commands by the detection of brain waves.</p>

Introdução: Entre as lesões encefálicas adquiridas (LEAs) causadas por processos degenerativos, destaca-se a doença de Alzheimer (DA), que é uma demência que acomete uma grande parcela da população idosa e caracteriza-se pela presença de emaranhados neurofibrilares e placas senis. Exames de ressonância magnética (RM) mostram atrofia do córtex entorrinal, hipocampo, amígdala e da região para-hipocampal. Já a tomografia por emissão de pósitrons (PET) aponta redução do metabolismo cerebral de glicose em regiões como o lobo temporal e cíngulo posterior. O alentecimento do eletroencefalograma (EEG) pelo aumento das ondas teta e a diminuição da frequência alfa são mais evidentes em indivíduos com algum tipo de lesão encefálica. O traumatismo cranioencefálico (TCE) caracteriza-se por ser uma LEA não degenerativa e não congênita e é provocado por uma força mecânica externa. Espera-se um prejuízo, permanente ou temporário, nas funções cognitiva, física e psicossocial, com diminuição ou alteração do estado de consciência. Uma das principais causas de TCE é a lesão axonial difusa (LAD), causada por mecanismos de aceleração-desaceleração. Frequentemente as regiões ventral e lateral dos lobos frontal e temporal são danificadas. Objetivo: Entender as diferenças dos mecanismos funcionais entre os grupos - DA e LAD - com queixa de memória, sob o ponto de vista eletroencefalográfico. Métodos: Participaram deste estudo 85 indivíduos adultos. Destes, 34 haviam recebido o diagnóstico de DA, 32 de LAD e 19 eram adultos saudáveis. Foram aplicados o Mini-Exame do Estado Mental (MEEM), o teste do desenho do relógio (TDR) e o teste de fluência verbal (FV) para a categoria animais. Os indivíduos foram submetidos ao EEG de alta resolução com 128 canais. As fontes corticais dos ritmos do EEG foram estimadas pela análise por tomografia eletromagnética exata de baixa resolução (eLORETA). Resultados: Observou-se que a média da frequência registrada no EEG está dentro da normalidade nos grupos DA e LAD. A análise por eLORETA mostrou que, em comparação ao grupo controle (CTL), o grupo DA apresentou aumento da atividade teta nos lobos parietal e frontal e diminuição da atividade alfa 2 nos lobos parietal, frontal, límbico e occipital. Em comparação ao grupo CTL, o grupo LAD apresentou aumento da atividade teta nas áreas límbica, occipital sub-lobar e temporal. Conclusão: Os resultados sugerem que os indivíduos com DA e com LAD apresentam comprometimento da atividade elétrica em áreas importantes para a memória e aprendizagem / Introduction: Acquired brain injuries (ABI) caused by degenerative processes include Alzheimer\'s disease (DA), which is a dementia that affects a large part of the elderly population and is characterized by the presence of neurofibrillary tangles and senile plaques. Magnetic resonance (MR) imaging shows atrophy of the entorhinal cortex, hippocampus, amygdala and para-hippocampal area. Positron emission tomography (PET) points to a reduction in the cerebral metabolism of glucose in regions such as the temporal lobe and posterior cingulate. Traumatic brain injury (TBI) is a non-degenerative and non-congenital ABI and is caused by an external mechanical force. Impairment, permanent or temporary, is expected in cognitive, physical and psychosocial functions, with a decrease or alteration of the state of consciousness. One of the main causes of TBI is diffuse axonal injury (DAI), caused by acceleration-deceleration mechanisms. Often the ventral and lateral regions of the frontal and temporal lobes are damaged. Objective: To understand the differences in the functional mechanisms between the AD and DAI groups - with memory complaints, from the electroencephalographic point of view. Methods: The study included 85 adult subjects. Of these, 34 had received the diagnosis of AD, 32 of DAI and 19 were healthy adults. The Mini-Mental State Examination (MMSE), the clock drawing test (CDT) and the verbal fluency test (VF) for the animals category were applied. Subjects were submitted to high resolution EEG with 128 channels. Cortical sources of EEG rhythms were estimated by exact low resolution electromagnetic tomography (eLORETA) analysis. Results: The eLORETA analysis showed that, in comparison to the control (CTL) group, the AD group presented increased theta activity in the parietal and frontal lobes and decreased alpha 2 activity in the parietal, frontal, limbic and occipital lobes. In comparison to the CTL group, the DAI group presented increased theta activity in the limbic, occipital sublobar and temporal areas. Conclusion: The results suggest that individuals with AD and DAI have impairment of electrical activity in areas important for memory and learning

Introdução: Entre as lesões encefálicas adquiridas (LEAs) causadas por processos degenerativos, destaca-se a doença de Alzheimer (DA), que é uma demência que acomete uma grande parcela da população idosa e caracteriza-se pela presença de emaranhados neurofibrilares e placas senis. Exames de ressonância magnética (RM) mostram atrofia do córtex entorrinal, hipocampo, amígdala e da região para-hipocampal. Já a tomografia por emissão de pósitrons (PET) aponta redução do metabolismo cerebral de glicose em regiões como o lobo temporal e cíngulo posterior. O alentecimento do eletroencefalograma (EEG) pelo aumento das ondas teta e a diminuição da frequência alfa são mais evidentes em indivíduos com algum tipo de lesão encefálica. O traumatismo cranioencefálico (TCE) caracteriza-se por ser uma LEA não degenerativa e não congênita e é provocado por uma força mecânica externa. Espera-se um prejuízo, permanente ou temporário, nas funções cognitiva, física e psicossocial, com diminuição ou alteração do estado de consciência. Uma das principais causas de TCE é a lesão axonial difusa (LAD), causada por mecanismos de aceleração-desaceleração. Frequentemente as regiões ventral e lateral dos lobos frontal e temporal são danificadas. Objetivo: Entender as diferenças dos mecanismos funcionais entre os grupos - DA e LAD - com queixa de memória, sob o ponto de vista eletroencefalográfico. Métodos: Participaram deste estudo 85 indivíduos adultos. Destes, 34 haviam recebido o diagnóstico de DA, 32 de LAD e 19 eram adultos saudáveis. Foram aplicados o Mini-Exame do Estado Mental (MEEM), o teste do desenho do relógio (TDR) e o teste de fluência verbal (FV) para a categoria animais. Os indivíduos foram submetidos ao EEG de alta resolução com 128 canais. As fontes corticais dos ritmos do EEG foram estimadas pela análise por tomografia eletromagnética exata de baixa resolução (eLORETA). Resultados: Observou-se que a média da frequência registrada no EEG está dentro da normalidade nos grupos DA e LAD. A análise por eLORETA mostrou que, em comparação ao grupo controle (CTL), o grupo DA apresentou aumento da atividade teta nos lobos parietal e frontal e diminuição da atividade alfa 2 nos lobos parietal, frontal, límbico e occipital. Em comparação ao grupo CTL, o grupo LAD apresentou aumento da atividade teta nas áreas límbica, occipital sub-lobar e temporal. Conclusão: Os resultados sugerem que os indivíduos com DA e com LAD apresentam comprometimento da atividade elétrica em áreas importantes para a memória e aprendizagem / Introduction: Acquired brain injuries (ABI) caused by degenerative processes include Alzheimer\'s disease (DA), which is a dementia that affects a large part of the elderly population and is characterized by the presence of neurofibrillary tangles and senile plaques. Magnetic resonance (MR) imaging shows atrophy of the entorhinal cortex, hippocampus, amygdala and para-hippocampal area. Positron emission tomography (PET) points to a reduction in the cerebral metabolism of glucose in regions such as the temporal lobe and posterior cingulate. Traumatic brain injury (TBI) is a non-degenerative and non-congenital ABI and is caused by an external mechanical force. Impairment, permanent or temporary, is expected in cognitive, physical and psychosocial functions, with a decrease or alteration of the state of consciousness. One of the main causes of TBI is diffuse axonal injury (DAI), caused by acceleration-deceleration mechanisms. Often the ventral and lateral regions of the frontal and temporal lobes are damaged. Objective: To understand the differences in the functional mechanisms between the AD and DAI groups - with memory complaints, from the electroencephalographic point of view. Methods: The study included 85 adult subjects. Of these, 34 had received the diagnosis of AD, 32 of DAI and 19 were healthy adults. The Mini-Mental State Examination (MMSE), the clock drawing test (CDT) and the verbal fluency test (VF) for the animals category were applied. Subjects were submitted to high resolution EEG with 128 channels. Cortical sources of EEG rhythms were estimated by exact low resolution electromagnetic tomography (eLORETA) analysis. Results: The eLORETA analysis showed that, in comparison to the control (CTL) group, the AD group presented increased theta activity in the parietal and frontal lobes and decreased alpha 2 activity in the parietal, frontal, limbic and occipital lobes. In comparison to the CTL group, the DAI group presented increased theta activity in the limbic, occipital sublobar and temporal areas. Conclusion: The results suggest that individuals with AD and DAI have impairment of electrical activity in areas important for memory and learning

The research entails the early identification of neuropsychological learning disabilities in grade 1 learners. The researcher used the definition, criteria and characteristics of the DSM-IV for the identification of neuropsychological learning disabilities. The section of Learning Disabilities or Disorders includes Reading Disorders, Mathematic Disorder, Disorder of Written Expression and Learning Disorder Not Otherwise Specified. Learning Disabilities are diagnosed when the learner’s achievement on individually administrated, standardized tests in reading, mathematics or written expression is substantially below that expected for age, schooling and the level of intelligence. The learning problems, such as unsatisfied reading, mathematical or writing skills, significantly interfere with the learner’s academic achievement. Mathematic Disorder and Disorder of Written Expression most commonly occur as early as in the beginning or first grade, when formal reading instruction usually begin. Neuropsychological learning disabilities have a negative influence on the learner’s scholastic achievement, social development and emotional functioning. The research is focused on the grade 1 learners only. There is no differentiation regarding gender. In the literature study, the researcher observed five important components regarding neuropsychological learning disabilities, namely:- -- Definition, criteria and characteristics; -- Classification; -- Causes; -- The localization of the cortical areas of the brain associated with neuropsychological abilities; and -- The Neurofeedback. The Neurofeedback is based on the tenents that brain electrical activity reflects mental status and that the activity can be trained. The researcher also observed in the literature study certain risk factors regarding neuropsyhological learning disabilities, namely phonological awareness, analysis, synthesis, word recognition and syntax. The researcher considered these components in conjunction with the compilation of the neuropsychological test battery. The researcher could determine the follow findings with the assistance of the neuropsychological test battery:- -- The developmental delays which are present. -- The brain areas in which the cognitive abilities, associated with the developmental delays, are located. -- The limited functioning of brain wave activities which are associated with the cognitive abilities and developmental delays. -- The early idenitification of neuropsychological learning disabilities in grade 1 learners. The researcher found that the Neurofeedback programme is a useful contribution for the early identification of neuropsychological learning disabilities in grade 1 learners. / Thesis (PhD (Learning Support, Guidance and Counselling))--University of Pretoria, 2006. / Educational Psychology / unrestricted

This dissertation is devoted to study of complex systems in human physiology particularly heartbeats and brain dynamics. We have studied the dynamics of heartbeats that has been a subject of investigation of two independent groups. The first group emphasized the multifractal nature of the heartbeat dynamics of healthy subjects, whereas the second group had established a close connection between healthy subjects and the occurrence of crucial events. We have analyzed the same set of data and established that in fact the heartbeats are characterized by the occurrence of crucial and Poisson events. An increase in the percentage of crucial events makes the multifractal spectrum broader, thereby bridging the results of the former group with the results of the latter group. The crucial events are characterized by a power index that signals the occurrence of 1/f noise for complex systems in the best physiological condition. These results led us to focus our analysis on the statistical properties of crucial events. We have adopted the same statistical analysis to study the statistical properties of the heartbeat dynamics of subjects practicing meditation. The heartbeats of people doing meditation are known to produce coherent fluctuations. In addition to this effect, we made the surprising discovery that meditation makes the heartbeat depart from the ideal condition of 1/f noise. We also discussed how to combine the wave-like nature of the dynamics of the brain with the existence of crucial events that are responsible for the 1/f noise. We showed that the anomalous scaling generated by the crucial events could be established by means of a direct analysis of raw data. The efficiency of the direct analysis procedure is made possible by the fact that periodicity and crucial events is the product of a spontaneous process of self-organization. We argue that the results of this study can be used to shed light into the nature of this process of self-organization.

O estabelecimento das memórias de longo prazo requer uma efetiva comunicação do hipocampo com o neocortex. Um mecanismo plausível envolvido na comunicação neuronal e na plasticidade sináptica é a sincronização da atividade elétrica cerebral na frequência teta. Estudos recentes mostraram que a sincronização entre os ritmos teta do hipocampo e do córtex pré-frontal aumenta durante a evocação das memórias aversivas e diminui após a extinção do aprendizado. Entretanto, outros ritmos cerebrais, como as ondas delta, também estão envolvidos nas respostas comportamentais do medo e nos processos de memória. Desta forma, o ritmo teta, que já foi bastante estudado pelo seu papel no aprendizado e na memória, e o ritmo delta, por seu envolvimento no ciclo sono-vigília, foram investigados considerando a relação causal entre eles. Ainda não está bem estabelecido como os ritmos delta e teta podem juntos contribuir nos processos cognitivos ou como os ritmos do hipocampo podem influenciar ou receber influencias da atividade cortical. Neste trabalho foi investigada a contribuição dos ritmos delta e teta em função do estado comportamental (vigília ativa ou congelamento) e do tipo de memória evocada (recente ou remota). Além disso, foi realizada uma análise de sincronia de fase para inferir a dinâmica da atividade elétrica entre o córtex pré-frontal medial, o hipocampo e o córtex visual durante a evocação das memórias de medo. Para tanto, os animais foram treinados e testados numa tarefa de condicionamento de medo ao contexto. Neste tipo de condicionamento, o animal aprende a estabelecer uma associação entre um determinado contexto (caixa de condicionamento) e um evento aversivo (choque elétrico nas patas) que ocorreu neste contexto. Quando o animal foi reintroduzido na caixa de condicionamento, o mesmo exibiu uma série de respostas condicionadas incluindo a reação de congelamento. Os resultados mostraram que os ritmos delta e teta estão relacionados de forma específica às respostas comportamentais de medo e de evocação das memórias recente e remota. Observou-se no espectro de potências uma maior contribuição do ritmo teta durante a vigília exploratória, diminuindo durante o congelamento. Neste último, os ratos apresentaram um robusto aumento da contribuição do ritmo delta. Além disso, a medida de causalidade mostrou ser dependente do estado comportamental do animal. Finalmente, um aumento da sincronia entre o hipocampo e o córtex pré-frontal foi evidenciado durante a evocação de memória recente, contraposta à diminuição durante a evocação da memória remota. Estes resultados indicam que a sincronização da atividade elétrica cerebral pode refletir uma facilitação na comunicação neuronal / The establishment of long-term memories requires effective communication of the hippocampus to the neocortex. Electrophysiological activities between hippocampus and prefrontal cortex have shown higher theta synchronization during retrieval of aversive memories and lower during extinction learning. While theta activity is more differently related to learning and memory, delta waves have been more discussed in the context of sleep or \"offline\" states. Few studies have investigated delta waves during \"on-line\" states (such as task-relevant situations) and the contribution of these rhythms to memory storage remains unclear. We recorded electrophysiological data to study the contributions of delta and theta waves in cortico-hippocampal system of rats underwent to contextual fear conditioning. Our experiment consisted of environmental pre-exposition, training with electrical footshocks, and recent/remote memory tests. Two groups of rats were tested one or eighteen days post training for recent or remote memory, respectively. Local field potential time series of two behavioral states were sampled: active exploration and freezing. The results showed that theta and delta rhythms play an important role in behavioral responses and memory processing. They are related to fear recall and their contribution depend on the recent or remote memory. Additionally, using an order parameter we show that theta contribution is strongly pronounced in active exploration, decreasing during freezing. In the latter, the rats presented pronounced delta waves in freezing. Moreover, a behavioral-dependent causality measure showed an increase of theta influence in delta rhythms, resulting in a theta slowing in aversive memory retrieval. Finally, we show an increased synchrony between hippocampus and prefrontal cortex during recall of recent memory, but a decreased synchrony in remote memory. We proposed that synchronized activity may facilitate the communication of information and once the memories are established in the neocortex, the synchronization decreases, and recalling them becomes more independent of the hippocampus. We proposed that delta-theta oscillations of the hippocampus over neocortical areas reflect information processing during aversive memory retrieval

O estabelecimento das memórias de longo prazo requer uma efetiva comunicação do hipocampo com o neocortex. Um mecanismo plausível envolvido na comunicação neuronal e na plasticidade sináptica é a sincronização da atividade elétrica cerebral na frequência teta. Estudos recentes mostraram que a sincronização entre os ritmos teta do hipocampo e do córtex pré-frontal aumenta durante a evocação das memórias aversivas e diminui após a extinção do aprendizado. Entretanto, outros ritmos cerebrais, como as ondas delta, também estão envolvidos nas respostas comportamentais do medo e nos processos de memória. Desta forma, o ritmo teta, que já foi bastante estudado pelo seu papel no aprendizado e na memória, e o ritmo delta, por seu envolvimento no ciclo sono-vigília, foram investigados considerando a relação causal entre eles. Ainda não está bem estabelecido como os ritmos delta e teta podem juntos contribuir nos processos cognitivos ou como os ritmos do hipocampo podem influenciar ou receber influencias da atividade cortical. Neste trabalho foi investigada a contribuição dos ritmos delta e teta em função do estado comportamental (vigília ativa ou congelamento) e do tipo de memória evocada (recente ou remota). Além disso, foi realizada uma análise de sincronia de fase para inferir a dinâmica da atividade elétrica entre o córtex pré-frontal medial, o hipocampo e o córtex visual durante a evocação das memórias de medo. Para tanto, os animais foram treinados e testados numa tarefa de condicionamento de medo ao contexto. Neste tipo de condicionamento, o animal aprende a estabelecer uma associação entre um determinado contexto (caixa de condicionamento) e um evento aversivo (choque elétrico nas patas) que ocorreu neste contexto. Quando o animal foi reintroduzido na caixa de condicionamento, o mesmo exibiu uma série de respostas condicionadas incluindo a reação de congelamento. Os resultados mostraram que os ritmos delta e teta estão relacionados de forma específica às respostas comportamentais de medo e de evocação das memórias recente e remota. Observou-se no espectro de potências uma maior contribuição do ritmo teta durante a vigília exploratória, diminuindo durante o congelamento. Neste último, os ratos apresentaram um robusto aumento da contribuição do ritmo delta. Além disso, a medida de causalidade mostrou ser dependente do estado comportamental do animal. Finalmente, um aumento da sincronia entre o hipocampo e o córtex pré-frontal foi evidenciado durante a evocação de memória recente, contraposta à diminuição durante a evocação da memória remota. Estes resultados indicam que a sincronização da atividade elétrica cerebral pode refletir uma facilitação na comunicação neuronal / The establishment of long-term memories requires effective communication of the hippocampus to the neocortex. Electrophysiological activities between hippocampus and prefrontal cortex have shown higher theta synchronization during retrieval of aversive memories and lower during extinction learning. While theta activity is more differently related to learning and memory, delta waves have been more discussed in the context of sleep or \"offline\" states. Few studies have investigated delta waves during \"on-line\" states (such as task-relevant situations) and the contribution of these rhythms to memory storage remains unclear. We recorded electrophysiological data to study the contributions of delta and theta waves in cortico-hippocampal system of rats underwent to contextual fear conditioning. Our experiment consisted of environmental pre-exposition, training with electrical footshocks, and recent/remote memory tests. Two groups of rats were tested one or eighteen days post training for recent or remote memory, respectively. Local field potential time series of two behavioral states were sampled: active exploration and freezing. The results showed that theta and delta rhythms play an important role in behavioral responses and memory processing. They are related to fear recall and their contribution depend on the recent or remote memory. Additionally, using an order parameter we show that theta contribution is strongly pronounced in active exploration, decreasing during freezing. In the latter, the rats presented pronounced delta waves in freezing. Moreover, a behavioral-dependent causality measure showed an increase of theta influence in delta rhythms, resulting in a theta slowing in aversive memory retrieval. Finally, we show an increased synchrony between hippocampus and prefrontal cortex during recall of recent memory, but a decreased synchrony in remote memory. We proposed that synchronized activity may facilitate the communication of information and once the memories are established in the neocortex, the synchronization decreases, and recalling them becomes more independent of the hippocampus. We proposed that delta-theta oscillations of the hippocampus over neocortical areas reflect information processing during aversive memory retrieval