Geri Dön

Experimental and model based investigation of period doubling phenomenon in human steady state visual evoked potential responses

İnsan durağan hal görsel uyarılmış potansiyel tepkelerinde periyot katlanma olgusunun deneysel ve model bazlı incelenmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 516587
  2. Yazar: YİĞİT TUNCEL
  3. Danışmanlar: PROF. DR. YUSUF ZİYA İDER
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Biyomühendislik, Biyoteknoloji, Electrical and Electronics Engineering, Bioengineering, Biotechnology
  6. Anahtar Kelimeler: EEG, Harmonik sinyaller, Uyarılmış potansiyeller-görsel, Harmonic signals, Evoked potentials-visual
  7. Yıl: 2018
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Amaç. Literatürdeki İnsan Durağan Hal Görsel Uyarılmış Potansiyel (DHGUP) deneyleri, Periyot Katlanması (PK) davranışının gözlemlendiği uyaran frekanslarının aralığı ile ilgili farklı sonuçlar vermiştir. Ayrıca, altharmonik salınımların oluşumunun tutarlılığı ve tekrarlanabilirliği hakkında bilgi eksiktir. Bu tür salınımların altında yatan nöral mekanizma da araştırılmamıştır. DHGUP yanıtlarında PK davranışının bu bilinmeyen yönlerini anlamak için, deneysel ve model bazlı bir yaklaşım ele alınmıştır. Yaklaşım. Araştırmanın deneysel tarafı, PK davranışının frekans aralığı ile ilgili deneysel ve istatistiki veriler elde etmeyi ve ayrıca PK ile ilgili diğer bazı özellikleri araştırmayı amaçlamaktadır. Yedi deneğe, iki aşamalı bir deneyde, 15 Hz ile 42 Hz arasında değişen frekanslarda sinüzoidal yanan bir ışık uyarısı sunulmuştur. PK oluşumundaki kısa süreli varyasyonları gözlemlemek için, beş denek üzerinde aralarında 10 dakikalık aralar bırakılarak 25-35 Hz aralığını kapsayan 5 ardışık deney daha yapılmıştır. Kaydedilen EEG'ye DHGUP yanıtlarını elde etmek için filtreleme, sinyal ortalama ve Güç Spektral Yoğunluk (PSD) tahmini uygulanmıştır. PSD tahminlerinden, her bir deney için Altharmonik Oluşum Oranları (SOR) hesaplanmıştır. Bu nicelikler kısa dönem tekrarlanabilirlik deneylerinin sonuçlarını yorumlamak için varyans analizi (ANOVA) ile incelenmişlerdir. Araştırmanın model tabanlı tarafı, gözlemlenen fenomenleri matematiksel olarak açıklamayı amaçlamaktadır. Bu amaçla, Robinson'un Kortikotalamik Modeli hem C hem de Simulink'te uygulanmıştır. Deney prosedürü model üzerinde yeniden canlandırılmıştır ve farklı parametre değerlerine bağlı olarak modeldeki altharmonik oluşumu incelenmiştir. Modelde altharmonik bileşenlerin üretilmesinden sorumlu olan geri besleme döngüsü tanımlanmış ve bu döngü modelin geri kalanından izole edilerek tanımlayıcı fonksiyon yaklaşımıyla analiz edilmiştir. Ana sonuçlar. Deneysel sonuçlara göre, temel (uyarım frekansı) ve ikinci harmonik bileşenleri hemen hemen tüm DHGUP spektrumlarında görünse de, PK oluşumuna ilişkin dikkate değer bir denek içi ve denekler arası değişkenlik mevcuttur. Tüm denekler birlikte ele alındığında, PK 15 Hz ile 42 Hz arasındaki tüm uyaran frekansları için görülmektedir. Ayrıca, kısa dönemli tekrarlanabilirlik deneylerinin istatistiksel analizleri, tüm frekanslar birlikte ele alındığında altharmonik üretiminin tutarlı olduğunu ancak tek bir frekans için önemli kısa vadeli farklılıkların meydana geldiğini göstermektedir. Aynı zamanda, herhangi bir denek için farklı frekanslardaki temel komponentin genliğinin altharmonik genliğine oranında önemli bir varyasyon mevcuttur. Modelleme sonuçları, modeldeki altharmonik salınımların rezonans doğasına sahip olduğunu ve sistemdeki neredeyse tüm parametrelerin değerlerine bağlı olarak herhangi bir frekans aralığında elde edilebildiğini göstermiştir. Modeldeki intra-talamik geri besleme döngüsünün, sistem çıktısındaki altharmonik salınımın potansiyel bir kaynağı olduğu tespit edilmiştir. Modelin geri kalanından izole edilip kendi başına incelendiğinde, bu geri besleme döngüsünün, altharmonik frekansta bir rezonans fenomeni gösterebileceği bulunmuştur. Bu rezonans fenomeni için gerekli koşulları içeren bir denklem kümesinin türetilmesiyle, bu salınımların varlığını bulabilen yarı analitik bir yöntem geliştirilmiştir. Önemi. Deneysel çalışmalardan PK üretimi ile ilgili önemli sonuçlar ve istatistiksel veriler elde edilmiştir. Sonuçlarımız, modelleme çalışmalarının daha geniş bir uyaran frekans aralığı için PK üretmesinin doğruluğunu göstermektedir. DHGUP tabanlı BBA uygulamalarının, sınıflandırma aşamasında altharmonik frekansların kullanımından yarar sağlayacağı önerilmektedir. Modelleme çalışmamız, bir matematiksel beyin modelindeki altharmonik salınımların kaynağını araştıran ilk çalışmadır. Bu salınımların potansiyel kaynağı olarak tanımlanan intra-talamik döngünün deneysel olarak doğrulanması önemli bir çalışma olacaktır. Gelecekte yapılacak bir parametre süpürme çalışması önerilen yarı analitik yöntemden yararlanabilir. Mevcut modelde alfa salınımının ve subharmonik salınımların bir şekilde birbiriyle ilişkili olduğu ve herhangi bir uyarım frekansı için birlikte oluşturulamayacağı gözlemlenmiştir. Bu olay alfa sürüklenmesi (alpha entrainment) olarak adlandırılmakta ve deney sonuçlarında sadece bazı uyarım frekansları için görünmektedir. Bu nedenle, modelin DHGUP yanıtlarındaki PK davranışını açıklamakta yetersiz olduğu önerilmektedir.

Özet (Çeviri)

Objective. Previous human Steady State Visual Evoked Potential (SSVEP) experiments have yielded different results regarding the range of stimulus frequencies in which Period Doubling (PD) behavior is observed. There also is lacking information about the consistency and repeatability of the occurences of subharmonic oscillations. The neural mechanism of such oscillations have also not been explored. To elaborate these rather unknown aspects of the PD behavior in SSVEP responses, an experimental and model based approach has been taken. Approach. The experimental side of the study aims at obtaining experimental and statistical data regarding the frequency range of PD generation and also investigates other characteristics of PD. In two sets of experiments, seven subjects were presented a sinusoidal flickering light stimulus with frequencies varying from 15 Hz to 42 Hz. To observe the short term repeatability in PD generation, another set of 5 successive experiments performed on five subjects with 10-minute breaks in between. To obtain the SSVEP responses, filtering, signal averaging and Power Spectral Density (PSD) estimation were applied to the recorded EEG. From the PSD estimates, Subharmonic Occurrence Rates (SORs) were calculated for each experiment and were used along with ANOVA for interpreting the outcomes of the short term repeatability experiments. The model based side of the study aims at explaining the observed phenomena in mathematical terms. For this purpose, Robinson's Corticothalamic Model was implemented in both C and Simulink. The experimental procedure was reanimated on the model and the subharmonic generation in the model depending on different values for parameters was observed. The feedback loop that is responsible for the generation of subharmonic components was identified in the model, and this loop was isolated from the rest of the model and further analyzed with a describing function approach. Main Results. The experimental results showed that although fundamental (excitation frequency) and second harmonic components appear in almost all SSVEP spectra, there is considerable inter-subject and intra-subject variability regarding PD occurrence. PD occurs for all stimulus frequencies from 15 Hz to 42 Hz when all subjects are considered together. Furthermore, the statistical analyses of short term repeatability experiments suggest that in the short term, PD generation is consistent when all frequencies are considered together but for a single frequency significant short term differences occur. There also is considerable variation in the ratio of subharmonic amplitude to fundamental amplitude across different frequencies for a given subject. The modelling results showed that the subharmonic oscillations in the model are of resonance nature and that they can be obtained virtually in any frequency interval depending on the values of the parameters in the system. The intra-thalamic feedback loop in the model is identified to be the potential source of subharmonic oscillations in the system output. When isolated from the rest of the model and examined by itself, it has been found that this feedback loop can show a resonance phenomenon at the subharmonic frequency. By deriving a set of equations containing the necessary conditions for this resonance phenomenon, a semi-analytical method by which one can find the existence of these oscillations has been developed. Significance. From the experimental studies, important results and statistical data are obtained regarding PD generation. Our results indicate that modelling studies should attempt to generate PD for a broader range of stimulus frequencies by adjusting the parameter values. It is argued that SSVEP based BCI applications would likely benefit from the utilization of subharmonics in classification. Our modelling study is the first to investigate the source of subharmonic oscillations on a mathematical brain model. An experimental verification of the potential origin of such oscillations, which was identified to be the intra-thalamic loop, would be an important work. The proposed semi-analytical method could potentially be used to speed up a future parameter sweep study. We observed that in the current model alpha oscillation and subharmonic oscillations are in some way interrelated and they can not be generated together for any stimulation frequency. This is referred to as alpha entrainment, and is visible only for some stimulation frequencies in experimental results. Thus, we claim that the model is insufficient in explaining the PD phenomenon in SSVEP responses.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    652105

    Tam öğrenme modeline dayalı hazırlanan“Bilinçli Tüketici Aritmetiği”ders planlarının öğrencilerin akademik başarısına etkisi ve bu etkinin balık kılçığı tekniğiyle irdelenmesi

    The effect of“Conscious Consumer Arithmetic”lesson plans prepared based on the mastery learning model on the academic achievement of students and investigation of this effect using the fishbone technique

    ŞEYDA ÇAVUŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Eğitim ve ÖğretimBartın Üniversitesi

    Eğitim Bilimleri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÇETİN SEMERCİ

  2. Tez No

    606536

    Sosyal bilgiler eğitiminde simülasyon tabanlı deneyimsel öğrenme uygulamalarının tasarlanması uygulanması ve incelenmesi

    Design implementation and investigation of simulation-based experiential learning applications in social studies education

    CEYHUN UZUN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Eğitim ve ÖğretimUşak Üniversitesi

    İlköğretim Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ KAMİL UYGUN

  3. Tez No

    350073

    Kimyasal kinetik konusunun öğretiminde probleme dayalı öğretim modelinin (PDÖ) etkinliğinin incelenmesi

    Investigation of effectiveness of problem based learning (PBL) model on teaching of the subject of chemical kinetics

    BÜŞRA KUZEY

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    KimyaAtatürk Üniversitesi

    Ortaöğretim Fen ve Matematik Alanlar Eğitimi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AHMET GÜRSES

  4. Tez No

    387527

    Computational and experimental investigation of the critical role of twinning on the plastic deformation of highmanganese austenitic steels and pseudoelasticity of niti shape memory alloys

    İkizlemenin yüksek manganlı östenitik çeliklerin plastik deformasyonu ve niti şekil hafıza alaşımlarının süperelastisitesi üzerindeki krıtik rolünün sayısal ve deneysel incelemesi

    BERKAY GÜMÜŞ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Makine MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. DEMİRCAN CANADİNÇ

  5. Tez No

    126824

    Karlanmanın buzdolabı buharlaştırıcısı performansına etkisinin teorik ve deneysel olarak incelenmesi

    Theoretical and experimental investigation of frost formation effects on household refrigerator evaporator performance

    TOLGA NURETTİN AYNUR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2002

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Enerji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. A. NİLÜFER EĞRİCAN

Geri Dön