Processamento de dados em aquisição simultânea de EEG / IFRM

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Comparative analysis of time-frequency methods estimating the time-varying microstructure of sleep EEG spindles

Proceedings of the Information Technology Applications in Biomedicine, Ioannina - Epirus, Greece, October 26-28, 2006

Potential dementia biomarkers based on the time-varying microstructure of sleep EEG spindles

Proceedings of the 29th Annual International Conference of the IEEE EMBS Cité Internationale, Lyon, France August 23-26, 2007

Study of behavioural and neural bases of visuo-spatial working memory with an fMRI paradigm based on an n-back task

The goal of this study was to propose a new functional magnetic resonance imaging (fMRI) paradigm using a language-free adaptation of a 2-back working memory task to avoid cultural and educational bias. We additionally provide an index of the validity of the proposed paradigm and test whether the experimental task discriminates the behavioural performances of healthy participants from those of individuals with working memory deficits. Ten healthy participants and nine patients presenting working memory (WM) deficits due to acquired brain injury (ABI) performed the developed task. To inspect whether the paradigm activates brain areas typically involved in visual working memory (VWM), brain activation of the healthy participants was assessed with fMRIs. To examine the task's capacity to discriminate behavioural data, performances of the healthy participants in the task were compared with those of ABI patients. Data were analysed with GLM-based random effects procedures and t-tests. We found an increase of the BOLD signal in the specialized areas of VWM. Concerning behavioural performances, healthy participants showed the predicted pattern of more hits, less omissions and a tendency for fewer false alarms, more self-corrected responses, and faster reaction times, when compared with subjects presenting WM impairments. The results suggest that this task activates brain areas involved in VWM and discriminates behavioural performances of clinical and non-clinical groups. It can thus be used as a research methodology for behavioural and neuroimaging studies of VWM in block-design paradigms.

Microestrutura do EEG no plano tempo-frequência na transição para a crise epiléptica

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Feasibility of Focal Transcranial DC Polarization with Simultaneous EEG Recording: Preliminary Assessment in Healthy Subjects and Human Epilepsy

We aimed to investigate the feasibility of an experimental system for simultaneous transcranial DC stimulation(tDCS) and EEG recording in human epilepsy. We report tolerability of this system in a cross-over controlled trial with 15 healthy subjects and preliminary effects of its use, testing repeated tDCS sessions, in two patients with drug-refractory Continuous Spike-Wave Discharges During Slow Sleep (CSWS). Our system combining continuous recording of the EEG with tDCS allows detailed evaluation of the interictal activity during the entire process. Stimulation with 1 mA was well‐tolerated in both healthy volunteers and patients with refractory epilepsy. The large reduction in interictal epileptiform EEG discharges in the two subjects with epilepsy supports further investigation of tDCS using this combined method of stimulation and monitoring in epilepsy. Continuous monitoring of epileptic activity throughout tDCS improves safety and allows detailed evaluation of epileptic activity changes induced by tDCS in patients.

Análise da sonolência na condução rodoviária a partir de sinais EEG

A Sociedade Europeia de Pesquisa do Sono realizou muito recentemente um estudo, onde mostrou que a prevalência média de adormecimento ao volante nos últimos 2 anos foi de 17%. Além disto, tem sido provado por todo o mundo que a sonolência durante a condução é uma das principais causas de acidentes de trânsito. Torna-se assim conveniente, o desenvolvimento de sistemas que analisem a suscetibilidade de um determinado condutor para adormecer no trânsito, bem como de ferramentas que monitorem em tempo real o estado físico e mental do condutor, para alertarem nos momentos críticos. Apesar do estudo do sono se ter iniciado há vários anos, a maioria das investigações focaram-se no ciclo normal do sono, estudando os indivíduos de forma relaxada e de olhos fechados. Só mais recentemente, têm surgido os estudos que se focam nas situações de sonolência em atividade, como _e o caso da condução. Uma grande parte Dos estudos da sonolência em condução têm utilizado a eletroencefalografia (EEG), de forma a perceber se existem alterações nas diferentes bandas de frequência desta, que possam indicar o estado de sonolência do condutor. Além disso, a evolução da sonolência a partir de alterações no piscar dos olhos (que podem ser vistas nos sinais EEG) também tem sido alvo de grande pesquisa, tendo vindo a revelar resultados bastante promissores. Neste contexto e em parceria com a empresa HealthyRoad, esta tese está integrada no projeto HealthyDrive, que visa o desenvolvimento de um sistema de alerta e deteção de sinais de fadiga e sonolência nos condutores de veículos automóveis. A contribuição desta tese no projeto prendeu-se com o estudo da sonolência dos indivíduos em condução a partir de sinais EEG, para desta forma investigar possíveis indicadores dos diferentes níveis desta que possam ser utilizados pela empresa no projeto. Foram recolhidos e analisados 17 sinais EEG de indivíduos em simulação de condução. Além disso foram desenvolvidos dois métodos de análise destes sinais: O primeiro para a deteção e análise dos piscar de olhos a partir de EEG, o segundo para análise do espetro de potência. Ambos os métodos foram utilizados para analisar os sinais recolhidos e investigar que tipo de relação existe entre a sonolência do condutor e as alterações nos piscares dos olhos, bem como as alterações do espetro do EEG. Os resultados mostraram uma correlação entre a duração do piscar de olhos e a sonolência do condutor. Com o aumento da sonolência velicou-se um aumento da duração do piscar, desencadeado principalmente pelo aumento na duração de fecho, que chegou aos 51.2%. Em relação ao espectro de potência, os resultados sugerem que a potência relativa de todas as bandas analisadas fornecem informações relevantes sobre a sonolência do condutor. Além disso, o parâmetro (_+_)/_ demostrou estar relacionado com variações da sonolência, diminuindo com o seu avanço e aumentando significativamente (111%) no instante em que os condutores adormeceram.

Análise por componentes independentes dos exames de EEG/IfRM de epilepsia

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Interictal Spike EEG Source Analysis in Hypothalamic Hamartoma Epilepsy

Objective: The epilepsy associated with the hypothalamic hamartomas constitutes a syndrome with peculiar seizures, usually refractory to medical therapy, mild cognitive delay, behavioural problems and multifocal spike activity in the scalp electroencephalogram (EEG). The cortical origin of spikes has been widely assumed but not specifically demonstrated. Methods: We present results of a source analysis of interictal spikes from 4 patients (age 2–25 years) with epilepsy and hypothalamic hamartoma, using EEG scalp recordings (32 electrodes) and realistic boundary element models constructed from volumetric magnetic resonance imaging (MRIs). Multifocal spike activity was the most common finding, distributed mainly over the frontal and temporal lobes. A spike classification based on scalp topography was done and averaging within each class performed to improve the signal to noise ratio. Single moving dipole models were used, as well as the Rap-MUSIC algorithm. Results: All spikes with good signal to noise ratio were best explained by initial deep sources in the neighbourhood of the hamartoma, with late sources located in the cortex. Not a single patient could have his spike activity explained by a combination of cortical sources. Conclusions: Overall, the results demonstrate a consistent origin of spike activity in the subcortical region in the neighbourhood of the hamartoma, with late spread to cortical areas.

Analysis of the EEG Dynamics of Epileptic Activity in Gelastic Seizures Using Decomposition in Independent Components

Objective: Gelastic seizures are a frequent and well established manifestation of the epilepsy associated with hypothalamic hamartomas. The scalp EEG recordings very seldom demonstrate clear spike activity and the information about the ictal epilepsy dynamics is limited. In this work, we try to isolate epileptic rhythms in gelastic seizures and study their generators. Methods: We extracted rhythmic activity from EEG scalp recordings of gelastic seizures using decomposition in independent components (ICA) in three patients, two with hypothalamic hamartomas and one with no hypothalamic lesion. Time analysis of these rhythms and inverse source analysis was done to recover their foci of origin and temporal dynamics. Results: In the two patients with hypothalamic hamartomas consistent ictal delta (2–3 Hz) rhythms were present, with subcortical generators in both and a superficial one in a single patient. The latter pattern was observed in the patient with no hypothalamic hamartoma visible in MRI. The deep generators activated earlier than the superficial ones, suggesting a consistent sub-cortical origin of the rhythmical activity. Conclusions: Our data is compatible with early and brief epileptic generators in deep sub-cortical regions and more superficial ones activating later. Significance: Gelastic seizures express rhythms on scalp EEG compatible with epileptic activity originating in sub-cortical generators and secondarily involving cortical ones.

Quantification of the TMS-EEG response in epilepsy

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Análise espectral com wavelets do ECoG em crises epilépticas

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica