Η ηλεκτροεγκεφαλογραφία (EEG) και η μαγνητοεγκεφαλογραφία (MEG) είναι ιδιαίτερα χρήσιμες μέθοδοι εγκεφαλικών απεικονίσεων διότι έχουν πολύ καλή χρονική ανάλυση, της τάξεως του sec. Επειδή οι εγκεφαλικές διεργασίες εκτελούνται με μικρότερους ρυθμούς, οι εγκεφαλικές απεικονίσεις μέσω της EEG και MEG δίνουν τη δυνατότητα να παρακολουθούμε το λειτουργικό εγκέφαλο. Στο ευθύ πρόβλημα EEG γνωρίζουμε τη νευρωνική διέγερση που αναπτύσσεται εσωτερικά του εγκεφάλου και υπολογίζουμε το παραγόμενο ηλεκτρικό δυναμικό σε κάθε σημείο στο εξωτερικό ή στο εσωτερικό του εγκεφάλου. Αντίστοιχα στο ευθύ πρόβλημα MEG υπολογίζουμε το μαγνητικό δυναμικό εξωτερικά του εγκεφάλου. Στο αντίστροφο πρόβλημα της EEG γνωρίζουμε το ηλεκτρικό δυναμικό, από μετρήσεις, εξωτερικά του εγκεφάλου, στην επιφάνεια του κρανίου, και ζητάμε να προσδιορίσουμε τη νευρωνική διέγερση που το προκάλεσε. Για τη MEG γνωρίζουμε το μαγνητικό δυναμικό που καταγράφεται εξωτερικά του κρανίου και ζητάμε τη νευρωνική διέγερση που αναπτύχθηκε εσωτερικά του εγκεφάλου. Στην παρούσα εργασία επιλύονται οκτώ προβλήματα. Το ευθύ πρόβλημα και το αντίστροφο πρόβλημα της EEG και της MEG σε δύο περιπτώσεις. Στην πρώτη περίπτωση η νευρωνική διέγερση εντοπίζεται σε ένα μικρό ευθύγραμμο τμήμα, δηλαδή το ρεύμα που δημιουργήθηκε εσωτερικά του εγκεφάλου λόγω μιας εγκεφαλικής διεργασίας αναπαρίσταται με δίπολα που κατανέμονται κατά μήκος ενός μικρού ευθύγραμμου τμήματος. Επιλύουμε αρχικά το ευθύ πρόβλημα της EEG και στη συνέχεια το αντίστροφο πρόβλημα. Καταλήγουμε σε ένα μη γραμμικό σύστημα που, στη γενική περίπτωση, επιλύεται αριθμητικά για να υπολογίσει τη θέση και τη ροπή της διπολικής πηγής, τον προσανατολισμό και το μήκος του ευθύγραμμου τμήματος. Αναλυτικά επιλύουμε δύο ειδικές περιπτώσεις και βρίσκουμε μοναδική λύση. Στην πρώτη ειδική περίπτωση το ευθύγραμμο τμήμα είναι παράλληλο στον άξονα, ενώ στη δεύτερη στο άξονα και το κέντρο του, και στις δύο περιπτώσεις, είναι πάνω στο άξονα . Το ευθύ και το αντίστροφο πρόβλημα το επιλύουμε και για την περίπτωση της MEG δίνοντας αναλυτικά τη λύση στην περίπτωση που το ευθύγραμμο τμήμα είναι παράλληλο στο άξονα και το κέντρο του είναι επάνω στο άξονα. Στη δεύτερη περίπτωση μελετάμε ακριβώς τα ίδια προβλήματα όταν η νευρωνική διέγερση εντοπίζεται σε ένα μικρό κυκλικό δίσκο που το επίπεδό του είναι κάθετο στο διάνυσμα θέσης του κέντρου του δίσκου. Επιλύουμε το πρόβλημα σε συγκριμένη θέση του δίσκου για να απλοποιηθούν οι υπολογισμοί. Εφαρμόζουμε κατάλληλες στροφές Euler ώστε το επίπεδό του να βρεθεί σε θέση παράλληλη στο επίπεδο και το κέντρο του δίσκου να βρίσκεται πάνω στον άξονα. Στη συνέχεια εφαρμόζουμε στροφές Euler και το επαναφέρουμε στην αρχική θέση. Αφού επιλύσουμε τα ευθύ προβλήματα της EEG και MEG ξεχωριστά, προσδιορίζουμε, επιλύοντας το αντίστροφο, τη θέση του κυκλικού δίσκου. Καταλήγουμε σε ένα σύστημα μη γραμμικό που απαιτεί αριθμητική επίλυση τόσο για την EEG όσο και για τη MEG Αναλυτικά, επιλύουμε το αντίστροφο για την EEG σε μια ειδική περίπτωση κατά την οποία ο δίσκος είναι παράλληλος στο επίπεδο και το κέντρο του βρίσκεται πάνω στον άξονα και βρίσκουμε τη μοναδική λύση η οποία προσδιορίζει τη θέση του δίσκου, την ακτίνα του και τη ροπή της διπολικής πηγής. Με την επίλυση των προβλημάτων αυτών επιβεβαιώνουμε και τα αποτελέσματα της εργασίας των Albanese και Monk. Συγκεκριμένα, έδειξαν ότι δε μπορεί να προσδιοριστεί ο φορέας του ρεύματος που εντοπίζεται σε χώρο τριών διαστάσεων. Στην παρούσα διατριβή καθορίζουμε την έκτασης της νευρωνικής διέγερσης όταν η διάσταση του φορέα της είναι μικρότερη του τρία. / Electroencephalography (EEG) and Magnetoencephalography (MEG) are the two brain imaging modalities which have the necessary temporal resolution, sec for the study of the functional brain. Albanese and Monk have demonstrated that it is impossible to identify the extent of a localized three-dimensional current distribution lying inside a three-dimensional conductive medium. The purpose of the present work is to show that, as already predicted by Albanese and Monk, this result is not true if the current distribution is restricted on a one or two- dimensional set. The calculation of the values of the electric potential on the surface of the head defines the forward problem of EEG, while the calculation of the magnetic flux density a few centimeters outside the head defines the forward problem of MEG. The inverse EEG problem seeks to identify the neuronal current within the brain from the knowledge of the electric potential on the surface of the head. The corresponding inverse MEG problem seeks this neuronal current from the knowledge of the magnetic flux outside the head. In the present dissertation we study eight particular problems. They concern the forward and the inverse problem of EEG and MEG in two special geometric cases. In one geometrical case the neuronal current is supported on a small line segment and the neuronal current is represented by a dipole distribution along this line segment. First we solve the forward EEG problem and then we solve the inverse problem of identifying the location, the orientation, the size and the average dipolar moment over the line segment. We arrive at a nonlinear algebraic system which we solve analytically in two special cases. Next we solve the corresponding forward and the inverse MEG problems for the same structure. A second case concerns the relative EEG and MEG problems when the current is supported on a small disc normal to a radius of the conducting sphere. As before, we solve the EEG and MEG problems separately and then we solve the inverse EEG and MEG problems which determine the position, the orientation and the size of the disk supporting the primary neuronal current.

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.

Το θέμα της παρούσας διατριβής αφορά στην μοντελοποίηση ενός εξελιγμένου ιατρι- κού συστήματος κατάλληλου για τη διαχείριση ζωτικών σημάτων με κύριο άξονα εφαρμογής τις διάφορες κατηγορίες ηλεκτροεγκεφαλογραφημάτων (EEG). Με τον όρο εξελιγμένο ιατρικό σύστημα αναφερόμαστε στη συγκεκριμένη διατριβή σε ένα ανεξάρτητο ανοικτό πληροφοριακό σύστημα που καλύπτει έναν πολύ συγκεκριμένο ιατρικό τομέα. Ως ζωτικά σήματα ή βιοσήματα για τη διατριβή νοούνται ψηφιακές καταγρα- φές ιατρικών οργάνων που μπορούν να αποθηκευτούν σε ψηφιακά αρχεία προτυποποιημένου μορφότυπου (format). Η διαχείριση περιλαμβάνει ανοικτές αρχιτεκτονικές λογισμικού με τις οποίες αρχειο- θετούνται και γίνονται αντικείμενο διαδραστικής επεξεργασίας ετερογενείς καταγραφές ια- τρικής πληροφορίας. Ο συγκεκριμένος ιατρικός τομέας ανάπτυξης του θέματος της διατριβής οριοθετείται στον ευρύτερο τομέα της επιληψίας και εστιάζεται στη χειρουργική της επιληψίας. Η βασική πρωτοτυπία της διατριβής έγκειται στη μοντελοποίηση και υλοποίηση ενός εξελιγμένου ιατρικού συστήματος για τη διαχείριση ηλεκτροεγκεφαλογραφημάτων (EEG), άλλων ζωτικών σημάτων καθώς και όλο το σύνολο των απεικονιστικών ιατρικών εξετάσεων που απαιτούνται και την υποστήριξη λήψης απόφασης στη χειρουργική της επιληψίας. Η αρχιτεκτονική πάνω στην οποία αναπτύχθηκε η πλατφόρμα αυτή αναφέρεται ως DESSA και αποτελεί έναν ολοκληρωμένο ηλεκτρονικό χώρο εργασίας κατάλληλο για όλες τις ειδικότητες ιατρών που ασχολούνται με το συγκεκριμένο θέμα. Η DESSA είναι προϊόν στενής συνεργασίας μεταξύ ιατρών, μηχανικών και αναλυτών αγοράς. / -

Premenstrual dysphoric disorder (PMDD) is a severe dysphoric form of premenstrual syndrome (PMS) that is included as a diagnosis for further study in the DSM-IV (APA, 2000). A primary aim of the present study was to characterize the co-occurrence of PMDD and major depression, in a sample that spans the entire range of depressive severity. The range included non-depressed controls, women meeting criteria for dysthymia, and women meeting criteria for current Major Depressive Disorder (MDD). Co-occurrence of MDD and PMDD were only statistically significant when considering Lifetime MDD. Resting frontal electroencephalographic (EEG) asymmetry has been hypothesized to tap a diathesis toward depression or other emotion-related psychopathology. Another primary aim was to assess Frontal EEG asymmetry in college women who meet criteria for Pre-Menstrual Dysphoric Disorder (n = 25) and 25 matched controls. Participants were assessed four times in a two week period. Women reporting low premenstrual dysphoric symptomatology exhibited greater relative left frontal activity at rest than did women high in premenstrual dysphoric symptomatology. These results are consistent with a diathesis-stress model for premenstrual dysphoric symptomatology. A secondary aim was to assess whether individuals with PMDD or menstrual related mood variability, but no current diagnosis of depression, have an increased family history of depression. Promising evidence of a relationship between family history of MDD and a likelihood of PMDD was discovered. A trend was found for Spectrum PMDD women: a higher rate of Family History of MDD (36%) than non PMDD women (19.6%). Ideally, resting frontal electroencephalographic (EEG) asymmetry could help us learn more about the etiology of depression and hormonal-related depression specifically, and test whether they may share etiological factors.

All sentient organisms use contextual information to assess the amount of reward associated with a particular behavior. Human beings have arguably evolved the most sophisticated of these mechanisms and are capable of integrating information over a long duration of time to accurately assess the expected outcome of a chosen action. This thesis used electroencephalography (EEG) to measure how the human brain processes rewarding and punishing feedback in a gambling-type game with variable risk and reward. Experiment 1 determined that phase-locked (evoked) and non-phase-locked (induced) electroencephalographic activity share only partially overlapping generators in human mediofrontal cortex. Experiment 2 determined that the magnitude of certain evoked EEG components during reward processing tracked subsequent changes in bets placed in the next round. These results extend the body of literature by assessing the overlap between induced and evoked EEG components and the role of evoked activity in affecting future decision making. / xii, 76 leaves : ill. (chiefly col.) ; 29 cm

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Background: The visual system may process spatial frequency information in a low-to-high, coarse-to-fine sequence. In particular, low and high spatial frequency information may be processed via different pathways during object recognition, with LSF information projected rapidly to frontal areas and HSF processed later in visual ventral areas. In an electroencephalographic study, we examined the time course of information processing for images filtered to contain different ranges of spatial frequencies. Participants viewed either high spatial frequency (HSF), low spatial frequency (LSF), or unfiltered, broadband (BB) images of objects or nonobject textures, classifying them as showing either man-made or natural objects, or nonobjects. Event-related potentials (ERPs) and evoked and total gamma band activity (eGBA and tGBA) recorded using the electroencephalogram were compared for object and nonobject images across the different spatial frequency ranges. Results: The visual P1 showed independent modulations by object and spatial frequency, while for the N1 these factors interacted. The P1 showed more positive amplitudes for objects than nonobjects, and more positive amplitudes for BB than for HSF images, which in turn evoked more positive amplitudes than LSF images. The peak-to-peak N1 showed that the N1 was much reduced for BB non-objects relative to all other images, while HSF and LSF nonobjects still elicited as negative an N1 as objects. In contrast, eGBA was influenced by spatial frequency and not objecthood, while tGBA showed a stronger response to objects than nonobjects. Conclusions: Different pathways are involved in the processing of low and high spatial frequencies during object recognition, as reflected in interactions between objecthood and spatial frequency in the visual N1 component. Total gamma band seems to be related to a late, probably highlevel representational process.

Bilateral implantation of a cochlear implant (CI) after a >2 year period of unilateral hearing with a second implant has been shown to result in altered latencies in brainstem responses in children with congenital deafness. In this thesis, a neural source localization method was developed to investigate the effects of unilateral CI use on cortical development after the implantation of a 2nd CI. The electroencephalography (EEG) source localization method is based on the linearly constrained minimum variance (LCMV) vector beamformer and utilizes null constraints to minimize the electrical artifact produced by the CI. The accuracy of the method was assessed and optimized through simulations and comparisons to beamforming with magnetoencephalography (MEG) data. After using cluster analyses to ensure that sources compared across subjects originate from the same neural generators, a study was done to examine the effects of unilateral CI hearing on hemispheric lateralization to monaural responses. It was found that a >2 year period of unilateral hearing results in expanded projections from the 1st implanted ear to the contralateral auditory area that is not reversed by implantation of a 2nd CI. A subsequent study was performed to examine the effects of unilateral CI hearing on the contributions of the 1st and 2nd implanted ears to the binaural response. It was found that in children with > 2 years of unilateral hearing, the binaural response is dominated by the 1st implanted ear. Together, these results suggest that the delay between the 1st and 2nd CI should be minimized in bilateral implantation to avoid dominance of auditory pathways from the 1st implanted ear. This dominance limits developmental competition from the 2nd CI and potentially contributes to poorer performance in speech detection in noise tasks.

Bilateral implantation of a cochlear implant (CI) after a >2 year period of unilateral hearing with a second implant has been shown to result in altered latencies in brainstem responses in children with congenital deafness. In this thesis, a neural source localization method was developed to investigate the effects of unilateral CI use on cortical development after the implantation of a 2nd CI. The electroencephalography (EEG) source localization method is based on the linearly constrained minimum variance (LCMV) vector beamformer and utilizes null constraints to minimize the electrical artifact produced by the CI. The accuracy of the method was assessed and optimized through simulations and comparisons to beamforming with magnetoencephalography (MEG) data. After using cluster analyses to ensure that sources compared across subjects originate from the same neural generators, a study was done to examine the effects of unilateral CI hearing on hemispheric lateralization to monaural responses. It was found that a >2 year period of unilateral hearing results in expanded projections from the 1st implanted ear to the contralateral auditory area that is not reversed by implantation of a 2nd CI. A subsequent study was performed to examine the effects of unilateral CI hearing on the contributions of the 1st and 2nd implanted ears to the binaural response. It was found that in children with > 2 years of unilateral hearing, the binaural response is dominated by the 1st implanted ear. Together, these results suggest that the delay between the 1st and 2nd CI should be minimized in bilateral implantation to avoid dominance of auditory pathways from the 1st implanted ear. This dominance limits developmental competition from the 2nd CI and potentially contributes to poorer performance in speech detection in noise tasks.