Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/33813
Type: Tese
Title: Inferência bayesiana na detecção de potenciais evocados auditivos em regime permanente
Authors: Matheus Wanderley Romão
First Advisor: Carlos Julio Tierra Criollo
First Referee: Leonardo Amaral Mozelli
Second Referee: Eduardo Mazzoni Andrade Marçal Mendes
Third Referee: Otavio Gomes Lins
metadata.dc.contributor.referee4: Antonio Mauricio Ferreira Leite Miranda de Sá
Abstract: Os potenciais evocados auditivos em regime permanente (do inglês, Auditory SteadyState Response - ASSR) são utilizados na prática clínica audiológica para avaliar os limiares auditivos. Técnicas objetivas de detecção, no domínio da frequência, têm sido desenvolvidas para identificar o ASSR com base na abordagem clássica de Neyman-Pearson. Estes detectores são considerados ótimos para um dado nível de significância para aceitar ou rejeitar a hipótese nula H0 (ausência de resposta). Por outro lado, a abordagem bayesiana permite a inclusão de informações prévias (a priori) das hipóteses H0 e H1 (presença de resposta) no modelo e a atualização dessas informações com o conhecimento gerado a posteriori. Essa abordagem, no entanto, não foi explorada com relação às técnicas objetivas de detecção da ASSR, possibilitando a busca de novos paradigmas, que podem contribuir para esse campo de estudo, principalmente na redução do tempo necessário para a detecção de resposta. O objetivo deste trabalho é investigar a inferência bayesiana no desenvolvimento de detectores para melhor identificar os ASSR. Foram implementados os detectores com base no teste espectral F (SFT) e na magnitude quadrática da coerência (MSC), tanto para a abordagem clássica quanto para a bayesiana. Um levantamento teórico e simulações de Monte Carlo foram realizadas para avaliar o desempenho dos detectores em função da relação sinal/ruído (RSR). Para possibilitar a aplicação em dados reais, foi realizado também um estudo sobre a estimativa da RSR. Em seguida, os dois detectores foram aplicados a registros de ASSR de nove indivíduos com audição normal submetidos a tons modulados em amplitude de várias intensidades. Os resultados da simulação mostraram que o SFT e a MSC apresentaram desempenhos semelhantes. Entre os cenários analisados, o de melhor desempenho foi o detector bayesiano em que os menores valores possíveis para a probabilidade a priori foram atribuídos a H0, permitindo a detecção para baixos valores de RSR. O pior desempenho do detector bayesiano ocorreu quando as probabilidades a priori de ambas as hipóteses foram iguais (atingindo a performance ideal em patamares semelhantes aos do detector Neyman-Pearson). Resultados similares foram encontrados nos dados de ASSR e também mostraram que estímulos de intensidade mais alta levaram a um melhor desempenho e uma detecção mais rápida devido ao incremento da RSR. Conclui-se que o detector bayesiano pode ser implementado de diversas maneiras, tendo em vista a liberdade de escolha para atribuição de custos às decisões que podem ser tomadas e para as probabilidades de ocorrência de cada uma das hipóteses concorrentes. Verificou-se que a estratégia de escolha das probabilidades a priori tem grande influência no desempenho que será alcançado pelo detector, o que em uma aplicação real pode contribuir na redução do tempo necessário para a tomada de uma decisão.
Abstract: Auditory steady-state responses (ASSR) are used in clinical practice to assess hearing thresholds. Objective response detection techniques, in the frequency domain, have been developed to identify the ASSR based on the classical Neyman-Pearson approach. These detectors are considered optimal for a given level of significance to either accept or reject the null hypothesis H0 (no response). On the other hand, the Bayesian approach allows the inclusion of prior information for H0 and H1 (response) hypotheses in the model and enables updating of this information with the posterior knowledge. This approach, however, has not been explored with respect to objective ASSR detection techniques. This enables the exploration of new paradigms, which may contribute to this field of study, especially in terms of the time required for response detection. The aim of this work is to investigate the bayesian approach in the development of detectors to better identify the ASSR. Detection algorithms for these potentials were implemented based on the Spectral F test (SFT) and the magnitude squared coherence (MSC), both for the classical and bayesian approaches. Theoretical assessment and Monte Carlo simulations were performed to evaluate the performances of both detectors as a function of the signalto-noise ratio (SNR). To enable the application in ASSR data, a study was carried out on the SNR estimation. Then, the two detectors were applied to ASSR recordings of nine normal-hearing subjects stimulated by amplitude-modulated tones of various intensities. Simulation results showed that the SFT and the MSC performed similarly. Among the scenarios analyzed, the most promising case was the bayesian approach in which the lowest possible values for the a priori probability was selected for the H0, allowing detection at low SNR levels. The bayesian detector worst performance occurred when the a priori probabilities for both hypotheses were equal (reaching ideal performance at SNR levels similar to the Neyman-Pearson detector). Similar results were found in the ASSR data and also showed that higher stimulus intensity led to better performance and faster detection due to improvements in the SNR. It is concluded that the Bayesian detector can be implemented in many ways, given the possibility of arbitrary choices for assigning costs to the decisions that can be made and for the probabilities of occurrence of each of the competing hypotheses. It was found that the strategy of choosing the a priori probabilities has a great influence on the performance that will be achieved by the detector, which in a real application can contribute to reducing the time needed to make a decision.
Subject: Engenharia elétrica
Inferência bayesiana
Potenciais auditivos evocados
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/33813
Issue Date: 15-May-2020
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