Neuro-Cortical Activity Variations Depends on Psycho-Physiological States


Creative Commons License

Aydın S.

ACTA PHYSIOLOGICA, cilt.227, ss.98, 2019 (SCI-Expanded) identifier

  • Yayın Türü: Makale / Özet
  • Cilt numarası: 227
  • Basım Tarihi: 2019
  • Dergi Adı: ACTA PHYSIOLOGICA
  • Derginin Tarandığı İndeksler: Science Citation Index Expanded (SCI-EXPANDED)
  • Sayfa Sayıları: ss.98
  • Hacettepe Üniversitesi Adresli: Evet

Özet

https://www.tfbd.org.tr/yuklemeler/45_fizyoloji_kongresi_ozet_kitabi.pdf

AIM: The universal emotions defined independently of cultures, are induced by stimuli depending on subjective experiences, and cause neuro-physiological changes Therefore, analysis of emotional EEG has been used for emotion recognition in order to detect cortical dysfunctions originated from psychiatric disorders. The aim of this study is to propose a new emotional EEG marker.

METHODS: 14-channel EEG series, downloaded from a dataset called DREAMER, were measured from 9 females and 14 males aged between 22-33 years old with 128 Hz sampling frequency with respect to international 10-20 placement system in response to watching 18 different video films. The largest principal components of full-band EEG phase space trajectories were used as emotional EEG markers. Firstly, statistical differences between males and females in emotional states were calculated through one-way ANOVA test, then these differences were transformed into cortical maps.

RESULTS: No significant differences (p>0.5) were observed in basic emotions, while meaningful differences (p<<0.5) were obtained in a mixed type emotion (amusement) between them. Regarding cortical maps, ignorable group differences (p>=0.8) were mostly observed at right temporal lobes. Regarding deep learning applications, emotional states, fear and excitement, calm and anger, surprise and amusement, sadness and amusement, happiness and surprise, happiness and sadness, were classified with the accuracies of %97.28, %94.47, %95.75, %94.15, %92.38, %91.83 respectively. Regarding histograms (Figure-2), the lowest EEG complexity levels were generated in calm and disgust, while the largest levels were observed in happiness and anger. In females and males, identical neuro-cortical functions were generated in basic emotions, whereas their responses were affected by subjective experiences in mixed type emotions.


Giriş ve Amaç: Literatürde kültürden bağımsız olarak tanımlanan evrensel duygular, öznel deneyimlerle de ilintili olarak uyaranlara bağlı oluşur ve nöro-fizyolojik değişimlere neden olurlar. Bu nedenle, duygusal uyaranlarla indüklenen EEG sinyallerinin analizi; psikiyatrik hastalıklardaki kortikal fonksiyon bozukluklarının tespitinde kullanılmaktadır. Çalışmanın amacı; EEG sinyallerinden duygu durumunun tanınması için yeni bir karmaşıklık kestirim yönteminin önerilmesidir.

Yöntemler: DREAMER başlıklı veri tabanından yüklenen EEG sinyalleri, 22-33 yaş aralığındaki (9 kadın, 14 erkek) katılımcılardan, 18 farklı video filmi izledikleri esnada, uluslar-arası 10-20 elektrot yerleşim sitemine göre 16 elektrotla (14 ölçüm, 2 topraklama referansı), 128 Hz örnekleme frekansı ile ölçülmüştür. EEG sinyallerinin tam- bant faz uzay iz-düşümlerinin en büyük temel bileşeni, duygusal EEG belirteci olarak kullanılmıştır. Önce kadınlar ve erkekler arasında her bir tipik duygu durumunda, EEG belirteçlerine göre istatistiksel farklılık olup olmadığı, tekyön Anova testleri ile irdelenmiş ve bu farklılıklar kortikal haritalara dönüştürülmüştür. Sonrasında tüm katılımcılar için, tipik duygu durumları, 14-kanal EEG belirteçleri cinsinden, derin öğrenme yaklaşımları ile sınıflandırılmıştır. Erkekler ve kadınlar arasında temel duygularda anlamlı istatistiksel farklılık gözlenmezken (p>0.5), karışık duygularda (eğlence) istatistiksel farklılık elde edilmiştir (p<<0.5). Bu farklılıkların kortikal haritalarına bakıldığında (Şekil-1) ise; temel duygularda, iki grup arasındaki göz-aradı edilebilir farklılıkların (p>=0.8) sağ temporalde yoğunlaştığı söylenebilir.

Bulgular: Tüm katılımcılar arasında, duygu durumları sınıflandırıldığında ise; sırasıyla korku ve heyecanlanma, sakinlik ve kızgınlık, sürpriz ve eğlence, üzüntü ve eğlence, mutluluk ve sürpriz, mutluluk ve üzüntü durumları sırasıyla; %97.28, %94.47, %95.75, %94.15, %92.38, %91.83 doğrulukla birbirinden ayrıştırılabilmiştir. Sınıflandırmada kullanılan EEG markerlarının dağılımları histogram barları ile görselleştirilmiştir (Şekil-2). En düşük EEG karmaşıklık seviyeleri sakinlik ve tiksinti duygularında oluşurken, en yüksek seviyeler ise mutluluk ve kızgınlık duygularında gözlenmiştir.

Sonuç: Erkeklerde ve kadınlarda, temel duygularda benzer nöro-kortikal fonksiyonlar oluşuyorken, karışık duygu tiplerinde nöro-kortikal aktivasyonlar öznel deneyimlerden dolayı farklılaşmaktadır. Uyaranların valans ve bozulma skorları düştükçe EEG karmaşıklık seviyesi düşmektedir. EEG epoklarının faz uzayı izdüşümlerine ait temel bileşenler, elverişli duygusal marker olarak kullanılabilir.

Anahtar Kelimeler: EEG, Duygu Tanıma, Nöronal Karmaşıklık, Beyin