Wavelet analysis application in studying coherency of EEG attention correlates in the recollection and imagination tasks

Abstract

Работа посвящена выявлению особенностей проявления мозговой активности во время процессов вспоминания и воображения с помощью методов вейвлет анализа. Для анализа были использованы данные, полученные в результате эксперимента, проведенного в Институте мозга человека им. Н.П. Бехтеревой. В своей работе мы проводим исследование динамики фазы сигнала во времени для того, чтобы выявить моменты синхронизации групп нейронов различных отделов головного мозга. Поскольку сигнал ЭЭГ является нестационарным, мы используем аппарат непрерывного вейвлет преобразования, который эффективно применяется в исследованиях нейрофизиологических сигналов. Сравнивая поведение фаз между различными областями мозга в определенной частотной полосе, мы делаем вывод о наличии или отсутствии синхронизированной активности, локализованной во времени, в этих областях. Что касается частотных полос, рассматриваются диапазоны альфа, бета, гамма и тета. Результаты данного исследования демонстрируют, в каких областях головного мозга происходит синхронизация активности нейронов при выполнении определенного задания. А также в какой момент времени наступает синхронизация, и преобладанием какого ритма она сопровождается. Кроме того, на основании различия полученных характеристик в зависимости от типа задачи, можно судить о разнице между процессами вспоминания и воображения.

This paper introduces the use of wavelet analysis to study oscillatory patterns of brain activity during memory and imagination processes. The data for analysis were provided by an experiment conducted in the Institute of the Human Brain. We investigate phase dynamics of EEG signals to detect synchronized activity of different neural ensembles. Given that EGG signals are non-stationary, we use wavelet analysis, which is known to be an effective method of studying neurophysiological data. As for the analyzed frequencies, alpha, beta, gamma and theta frequency bands are included. The results of this study shows which brain zones demonstrate synchronized activity during certain cognitive task and which frequencies dominate. Moreover, obtained characteristics give evidence to the difference between processes of memory and imagination.