Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται μελέτη της μεθόδου ανάλυσης ανεξάρτητων συνιστωσών στο ηλεκτροοεγκεφαλογράφημα. Αφού εξετάσουμε το κομμάτι της φυσιολογίας του εγκεφάλου θα δοθεί ένα μαθηματικό υπόβαθρο της ανάλυσης ανεξάρτητων συνιστωσών. Στη συνέχεια θα γίνει μια βιβλιογραφική έρευνα στη σύγκριση αλγορίθμων της ανάλυσης ανεξάρτητων συνιστωσών όταν εφαρμόζονται σε ηλεκτροεγκεφαλογραφήματα με στόχο την βέλτιστη εξαγωγή παρασίτων. Στο τέλος θα γίνει εφαρμογή της μεθόδου της ανάλυσης ανεξάρτητων συνιστωσών σε πραγματικά δεδομένα ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος 64 καναλιών μέσω του περιβάλλοντος του Matlab. Στόχος της εφαρμογής αυτής είναι ο διαχωρισμός των ανεξάρτητων συνιστωσών μη-εγκεφαλικής προέλευσης και η αφαίρεση τους από τα αρχικά δεδομένα. / This thesis is a study of the independent componenet analysis in electroencephalogram. After looking at the piece of brain physiology we will give a mathematical framework of independent component analysis. Then it will become a literature search in the comparison algorithms of Independent Component Analysis in EEGs when applied with a view to optimal extraction of artifacts. At the end will be the method of independent component analysis to real EEG data 64 channels through the environment of Matlab. The aim of this application is the separation of independent components of non brain activity and removing them from the original data.

Emotiv EPOC is a low-cost consumer headset capable of acquiring a raw EEG signal. The thesis evaluates its usage for an acquisition of research event-related potentials. A controlled laboratory experiment was performed with an objective of isolating the Bereitschaftspotential (Readiness Potential) and other movement-related potentials and comparing the results with the results of the previous research. The possibility of measuring the potential with Emotiv EPOC was not confirmed, most probably due to procedural issues during the experiment, however, further analysis of the data suggests its presence. Other outcomes of the research include qualitative findings about the headset, mainly its hardware construction, and testing feedback of EEGLab, an open source toolbox for EEG processing and visualization.

Η λειτουργία του εγκεφάλου βασίζεται στο σύνολο της ηλεκτροχημικής δραστηριότητας των νευρώνων, που αποτελούν το δομικό λίθο του νευρικού συστήματος. Η καταγραφή των βιολογικών σημάτων, ή βιοσημάτων, τα οποία προκύπτουν από την ηλεκτρική δραστηριότητα των νευρώνων του εγκεφάλου, αποτελούν το αντικείμενο της Ηλεκτροεγκεφαλογραφίας, η οποία είναι μια μη επεμβατική μέθοδος καταγραφής του παραγόμενου, από τον εγκέφαλο, ηλεκτρικού πεδίου. Η πρώτη επιτυχημένη καταγραφή βιοδυναμικών του ανθρώπινου εγκεφάλου αποδίδεται στο Γερμανό φυσιολόγο Hans Berger, ο οποίος στα τέλη της δεκαετίας του 1930, πραγματοποίησε για πρώτη φορά τη μέτρηση διαφορών δυναμικού από την επιφάνεια του κεφαλιού. Σήμερα, το Ηλεκτροεγκεφαλογράφημα (ΗΕΓ) αποτελεί μια ευρέως διαδεδομένη τεχνική κλινικής εξέτασης που χρησιμοποιείται με κύριο σκοπό τη διάγνωση. Στην παρούσα εργασία περιγράφεται η λειτουργία του νευρικού συστήματος, ενώ παρατίθενται στοιχεία ανατομίας του εγκεφάλου. Ακόμα, αναλύεται η φύση και τα χαρακτηριστικά των βιοσημάτων, που λαμβάνονται από την εξωτερική δερματική επιφάνεια του κεφαλιού, ενώ παρουσιάζονται οι βασικές αρχές της Ηλεκτροεγκεφαλογραφίας, ο τρόπος καταγραφής και τα κυριότερα χαρακτηριστικά του σήματος του ΗΕΓ. Εν συνεχεία, περιγράφεται η καταγραφή Ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος, που έγινε με τη χρήση του συστήματος MP150 της Biopac. Ο MP150, σε συνδυασμό με το γραφικό περιβάλλον του Acqknowledge 3.8.2 αποτελεί ένα πλήρες σύγχρονο σύστημα καταγραφής πολλών ειδών βιοδυναμικών από διαφορετικές περιοχές του ανθρώπινου σώματος. Αξιοποιώντας τις δυνατότητες του συστήματος αυτού, καταφέραμε να καταγράψουμε και να παρατηρήσουμε τη ρυθμική δραστηριότητα του εγκεφάλου. Επίσης, γίνεται αναφορά στα σημαντικότερα πακέτα εργαλείων του Matlab, που έχουν σαν αντικείμενο την ανάλυση του Ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος, ενώ επιχειρείται η περαιτέρω επεξεργασία του σήματος που καταγράφηκε, με τη χρήση ενός από αυτά (eeglab). Επιπλέον, στην εργασία αυτή παρουσιάζονται τα κυριότερα χαρακτηριστικά κάποιων από τις σημαντικότερες μεθόδους ανάλυσης του σήματος που προκύπτει από το ηλεκτροεγκεφαλογράφημα, ενώ παράλληλα γίνεται μια προσπάθεια σύγκρισης των δυνατοτήτων τους, με σκοπό την εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων που μπορούν να αξιοποιηθούν σε επόμενες μελέτες. / The entire function of the human brain is based on the electrochemical activity of the neurons, which form the whole nervous system. The recording of the biological signals resulting from the electrical activity of the brain forms the content of Electroencephalography, which is a non invasive method of recording the electric field produced in the human brain. The first successful recording of human brain’s biodynamics was made by German physiologist Hans Berger, who was the first to measure the electrical potential difference on the human head. Nowadays, Electroencephalography (EEG) is a very common clinical examination technique, which is used for the purpose of diagnosis. One of the objects of the present thesis is the description of the nervous system function, while there are some basic elements of the human brain’s anatomy. There is a brief analysis of the nature and features of the biological signals produced by the brain, as well as a presentation of the basic principles of the Electroencephalography. In addition, there is a description of the recording of the EEG signal, which was made with the use of Biopac MP150 system. MP150 and its graphic interface Acqknowledge 3.8.2 form a complete modern data acquisition system, which offers the possibility to record biodynamics from different parts of the human body. Making use of the Biopac system, we were able to record and analyze the brain rhythmic activity. Moreover, the most common Matlab toolboxes that are used for EEG signal processing are presented, while a further analysis of our EEG signal was attempted through eeglab. Furthermore, in the present thesis, the basic features of some of the most important methods of EEG signal analysis are presented. This quite extended presentation is made in order to be used as information for future study and research on EEG signal analysis. Key words: nervous system, biological signals, Electroencephalography, MP150, Acqknowledge, Matlab toolboxes, eeglab, signal analysis

H προβολή υποσυνείδητων μηνυμάτων είναι η διαδικασία έκθεσης ερεθισμάτων κάτω από το κατώφλι της συνειδητοποίησης. Με τον τρόπο αυτό μπορεί να επηρεαστούν οι σκέψεις, τα συναισθήματα και ενέργειες του ανθρώπου. Η υποσυνείδητη αντίληψη συμβαίνει όταν οι πληροφορίες αποθηκεύονται στο ανθρώπινο μυαλό, χωρίς ο δέκτης να έχει συνειδητά επίγνωση του προβλήματος. Οι πληροφορίες φτάνουν στο μυαλό, γιατί ενώ δεν είναι συνειδητά αντιληπτές, γίνονται αντιληπτές από το υποσυνείδητο κομμάτι του εγκεφάλου. Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η αποτίμηση των πιθανών διαφορών στις καταγραφές ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος (ΕΕG) και προκλητών δυναμικών (ERPs) κατά την υποβολή ενός ατόμου σε οπτικά υποσυνείδητα ερεθίσματα σε σύγκριση με καταγραφές χωρίς ερέθισμα. Στην εργασία χρησιμοποιήθηκε ένα ερευνητικό πρωτόκολλο το οποίο εξετάζει το πώς επηρεάζουν τα υποσυνείδητα ερεθίσματα τη λήψη αποφάσεων και την εγκεφαλική λειτουργία. Στο πρώτο μέρος της εργασίας (κεφάλαια 1 και 2) γίνεται μια συνοπτική αναφορά στις κυριότερες μεθόδους απεικόνισης εγκεφάλου, όπως το ηλεκτροεγκεφαλογράφημα και την λειτουργική απεικόνιση Μαγνητικού Συντονισμού καθώς και στον συνδυασμό τους για πιο ικανοποιητικά αποτελέσματα. Το κεφάλαιο 3 αναφέρεται κυρίως σε θέματα σχετικά τα προκλητά δυναμικά, καθώς και την υποσυνείδητη αντίληψη. Στο κεφάλαιο 4 περιγράφεται η πειραματική διαδικασία και η μετρητική διάταξη που χρησιμοποιήθηκε καθώς και η παρουσίαση της επεξεργασίας των μετρήσεων μέσω του eeglab. Τέλος, στο κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της επεξεργασίας σε διαγράμματα προκλητών δυναμικών και φασματικής ισχύος καθώς επίσης και τα συμπεράσματα της εργασίας αυτής. / The display of subliminal messages is the process of stimuli exposure below the threshold of awareness. Through this procedure the thoughts, feelings and actions of a human can be influenced. The subliminal perception occurs when information stored in the human mind without the receiver being consciously aware of it. The information reaching the brain is perceived by the subconscious part of the brain. The object of this diploma thesis is to assess the possible differences in electroencephalogram (EEG) and event - related potentials (ERPs) recordings during the presentation of visual subliminal stimuli compared to non – subliminal conditions. A protocol that examines how subliminal stimuli influence the decision making and the cerebral operation is used. In the first part of the thesis (chapters 1 and 2) there is a brief review of the main brain imaging methods such as EEG and fMRI as well as the combination of them. Chapter 3 reveals issues about event - related potentials and mostly about subliminal perception. In chapter 4, the experiment and the measuring devices used are described, and there is also a presentation of the analysis by using the eeglab. Finally, chapter 5 includes the results of analysis on event - related potential and spectral power graphs, as well as the conclusions of this work.