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http://hdl.handle.net/1843/RAOA-BC6G2K
Tipo: | Dissertação de Mestrado |
Título: | Caracterização de sistemas ictogênicos perante extração de parâmetros eletrográficos |
Autor(es): | Vinicius Rezende Carvalho |
primer Tutor: | Eduardo Mazoni Andrade Marcal Mendes |
primer Co-tutor: | Marcio Flavio Dutra Moraes |
primer miembro del tribunal : | Marcio Flavio Dutra Moraes |
Segundo miembro del tribunal: | Vinicius Rosa Cota |
Tercer miembro del tribunal: | Danilo Barbosa Melges |
Cuarto miembro del tribunal: | Daniel de Castro Medeiros |
Resumen: | Este trabalho envolve a extração de características e reconhecimento de padrões que indiquem estados ictogênicos em registros eletrográficos. A parte preliminar do trabalho avalia o desempenho de um método de decomposição de modos de sinais, a Transformada de Wavelet Empírica (EWT), em um problema de classificação de uma base de dados conhecida em epilepsia. São diferenciados registros de três classes; crise, inter-ictais e de pacientes normais, com exatidão de até 94.5%, valor compatível com outros métodos na literatura, demonstrando a viabilidade do método. Em seguida, hipóteses são propostas a respeito da ictogênese em ratos da linhagem WAR, um modelo animal de Crises Audiogênicas. Estas são avaliadas em registros do Colículo Inferior, obtidos em protocolos de experimentos baseados na sondagem acústica, onde tons de 10kHz modulados em amplitude são apresentados, evocando respostas auditivas em regime permanente. Estas podem ser consideradas assinaturas eletrográficas do processamento auditivo ao longo do tempo de cada animal, realçando atributos relativos à magnitude e sincronismo da resposta com o estímulo. O primeiro protocolo utiliza sons com intensidade 85dB, insuficiente para desencadear Crises Audiogênicas nos animais, modulados em amplitude em 53.71Hz (3 trials) e 92.77Hz (3 trial), em trials intercalados. É abordada a hipótese de que o processamento auditivo de WARs é diferenciado de animais fisiológicos, sendo necessária a aplicação de estímulos auditivos para ressaltar a diferença. A maior amplitude da resposta confirmou o processamento auditivo anormal de WARs, indicando a hiperexcitabilidade do Colículo Inferior destes animais. Porém, a atividade basal também é diferenciada entre os grupos, com animais ictogênicos apresentando maior energia nas bandas de alta frequência (Gamma), além de episódios semelhantes a fusos de alta amplitude. A segunda hipótese proposta, que circuitos neurais de WARs possuem tendência a sincronizar mais facilmente com estímulos externos, foi confirmada pelo maior índice de acoplamento de fase (PLV) entre estímulo e resposta destes animais. Com os atributos de energia e PLV utilizados nas abordagens das duas primeiras hipóteses, foram testados classificadores para identificação de registros provenientes de animais WAR. A amplitude da resposta evocada possui o maior poder preditivo, sobretudo quando a moduladora de 53.71Hz é utilizada (96% de exatidão), em comparação com a de 92.77Hz (80% de exatidão). O uso de mais atributos (como energia de outras bandas e PLV) possibilita a melhora no desempenho no segundo caso, aumentando de 80% para 87%. Isto indica a possibilidade de usar atributos de um protocolo de sondagem como biomarcadores, com aplicações em ferramentas diagnósticas. Em seguida, a dinâmica dos mesmos atributos ao longo de crises é analisada, de modo a confirmar ou refutar a hipótese que o processamento auditivo de WARs é prejudicado durante e após uma crise audiogênica. As características são extraídas de registros do segundo protocolo, onde uma estimulação sonora de maior intensidade (110dB) induz crises tônico-clônicas em animais WAR. Foi mostrado que, apesar de alterações transitórias durante a crise, a energia da resposta evocada não é alterada significativamente entre os períodos pré-ictal, ictal e pós-ictal. Isto contrasta com as energias em outras bandas de frequência, que aumentam consideravelmente durante a crise, devido ao recrutamento pelo foco ictal, mas diminuem no pós-ictal. O sincronismo da resposta com o estímulo, quantificado pelo índice PLV, confirma parte desta conclusão. Antes da crise, o PLV está abaixo dos valores normais encontrados em WARs, possivelmente devido a interações de circuitos responsáveis pela resposta com grupos do foco ictal. Assim, a resposta ainda estaria presente, mas a capacidade de acompanhar o estímulo seria prejudicada. Durante a crise há somente alterações transitórias do PLV, sobretudo próximo ao final. No período pós-ictal, como grande parte das oscilações endógenas do sistema está em período refratário, mas este ainda é responsivo a estímulos externos, os índices de PLV atingem o valor máximo. Assim, a dinâmica na resposta evocada indica que circuitos que fazem parte do processamento auditivo, apesar de estarem envolvidos no processo que leva a uma CA, não fazem parte efetivamente de circuitos da via ictogênica, pois continuam responsivos durante e após a crise audiogênica. |
Abstract: | This work deals with the extraction of features related to excitability and synchronism in electrographic signals, for evaluating hypotheses about auditory processing in WAR animals, an animal model for audiogenic seizures. These hypotheses are evaluated in Local Field Potential (LFP) signals from the Inferior Colliculus, obtained through experiment protocols based on the acoustic probing of the brain. Amplitude Modulated tones are presented to evoke Auditory Steady State Responses (ASSR). These can be considered as electrographic signatures of the auditory processing over time of each animal, highlighting features related to response magnitude and synchronism. The first protocol employs tones with intensity of 85 dB, enough to evoke the ASSR, but without triggering audiogenic seizures, modulated in amplitude at 53.71 Hz or 92.77 Hz, in interleaved trials. The first hypothesis states that the auditory processing in WARs is distinct from physiologic animals. The application of auditory stimuli would be needed to elicit responses which would make this difference visible. The larger amplitude response in WARs confirmed the hypothesis, indicating the hyperexcitability of the Inferior Colliculus of these animals. However, basal activity is also different between the groups, with ictogenic animals having greater energy in high frequency bands (gamma and beta), besides the occurrence of episodes resembling High Amplitude Spindles. The second hypothesis proposed that neural circuits in WARs have a tendency to synchronize more easily with external stimuli. This was confirmed by the higher phase coupling index (PLV) between stimulus and response of these animals. A diagnostic tool is then proposed, on which these features extracted from the probing protocol are used as inputs to classifiers that identify animals prone to audiogenic seizures. The ASSR was found to have the greatest predictive power, achieving accuracy of 96% with a modulating frequency of 53 Hz. The use of other features such as energies of endogenous EEG rhythms enables the improvement of performance, when a modulating frequency of 92 Hz is used. This indicates the possibility of using features from a probing protocol as diagnostic biomarkers. The second protocol involves the presentation of high intensity (110dB) AM tones in order to elicit audiogenic seizures in WARs only. The dynamic of the features presented earlier is analyzed in the pre-ictal, ictal and post-ictal periods, with the purpose of evaluating the hypothesis that the auditory processing in WARs is impaired during and after a seizure. It was shown that, although transitory changes happen during the seizure, the energy of the evoked response is not significantly changed across these three periods. This contrasts with the energies in other frequency bands, which significantly increase during the seizure due to recruitment by the ictal focus, followed by a refractory period with decreased activity after the seizure. The synchrony of the response with the stimulus, measured by the PLV index, confirms part of this conclusion. Before the seizure, the PLV is below the normal range found in WARs, possibly due to interactions of the response circuits with ictogenic ones. Thus, despite the magnitude of the response not being changed before the seizure, the ability to follow the stimulus is slightly impaired. During the seizure, there are only transient changes of the PLV, especially near its end. In the post-ictal period, most of the endogenous oscillations are in refractory period, but the system is still responsive to external sound stimuli, as evidenced by the persistence and synchrony of the ASSR. Thus, the dynamics of the ASSR suggest that the circuitry of the auditory xi pathway, despite being involved in the processes leading to audiogenic seizures, may not effectively be part of the ictogenic focus. |
Asunto: | Epilepsia Engenharia elétrica Processamento de sinais |
Idioma: | Português |
Editor: | Universidade Federal de Minas Gerais |
Sigla da Institución: | UFMG |
Tipo de acceso: | Acesso Aberto |
URI: | http://hdl.handle.net/1843/RAOA-BC6G2K |
Fecha del documento: | 28-oct-2015 |
Aparece en las colecciones: | Dissertações de Mestrado |
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