Inferência bayesiana na detecção de potenciais evocados auditivos em regime permanente
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Leonardo Amaral Mozelli
Eduardo Mazzoni Andrade Marçal Mendes
Otavio Gomes Lins
Antonio Mauricio Ferreira Leite Miranda de Sá
Eduardo Mazzoni Andrade Marçal Mendes
Otavio Gomes Lins
Antonio Mauricio Ferreira Leite Miranda de Sá
Resumo
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.
Assunto
Engenharia elétrica, Inferência bayesiana, Potenciais auditivos evocados
Palavras-chave
Inferência bayesiana, Teste espectral F, Magnitude quadrática da coerência, Detecção objetiva de respostas, Potenciais evocados auditivos