search query: @keyword phase synchrony / total: 1
results-list
reference: 1 / 1
« previous | next »
Author:Monto, Simo
Title:Cortical Synchrony in Intracranial Electric Studies of Epileptic Patients
Vaihesynkronia epilepsiapotilaiden aivokuoren sähköisissä mittauksissa
Publication type:Master's thesis
Publication year:2004
Pages:78      Language:   eng
Department/School:Teknillisen fysiikan ja matematiikan osasto
Main subject:Lääketieteellinen tekniikka   (Tfy-99)
Supervisor:Katila, Toivo
Instructor:Palva, Matias
OEVS:
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Instructions
close

Reading digital theses in the closed network of the Aalto University Harald Herlin Learning Centre

In the closed network of Learning Centre you can read digital and digitized theses not available in the open network.

The Learning Centre contact details and opening hours: https://learningcentre.aalto.fi/en/harald-herlin-learning-centre/

You can read theses on the Learning Centre customer computers, which are available on all floors.

Logging on to the customer computers

  • Aalto University staff members log on to the customer computer using the Aalto username and password.
  • Other customers log on using a shared username and password.

Opening a thesis

  • On the desktop of the customer computers, you will find an icon titled:

    Aalto Thesis Database

  • Click on the icon to search for and open the thesis you are looking for from Aaltodoc database. You can find the thesis file by clicking the link on the OEV or OEVS field.

Reading the thesis

  • You can either print the thesis or read it on the customer computer screen.
  • You cannot save the thesis file on a flash drive or email it.
  • You cannot copy text or images from the file.
  • You cannot edit the file.

Printing the thesis

  • You can print the thesis for your personal study or research use.
  • Aalto University students and staff members may print black-and-white prints on the PrintingPoint devices when using the computer with personal Aalto username and password. Color printing is possible using the printer u90203-psc3, which is located near the customer service. Color printing is subject to a charge to Aalto University students and staff members.
  • Other customers can use the printer u90203-psc3. All printing is subject to a charge to non-University members.
Location:P1 Ark TF80     | Archive
Keywords:phase synchrony
brain potentials
epilepsy
vaihesynkronia
aivosähköiset ilmiöt
epilepsia
Abstract (eng): The recording of electric potentials produced by neuronal activity is a central tool in studies of brain function.
Continuous multi-channel measurements allow the elucidation of time course and loci of neuronal activity.
However, the spatial resolution provided by traditional electroencephalography, the non-invasive measurement of electric potentials on the scalp, is insufficient for the examination of small-scale phenomena.
This is a considerable problem not only in basic brain research, but also in clinical localization of epileptogenic zones in patients.
Hence, in pre-surgical evaluation of epileptic patients, recordings using electrodes placed into the subdural space between the cortex and the skull must be used to locate pathological brain regions.
These recordings reveal neuronal potentials with high accuracy, but they have so far been rarely utilized in brain research.

Quantification of phase synchrony is a relatively novel method for identifying interactions between two dynamical systems.
It is based on the estimation of phases of two systems and on the subsequent evaluation of their mutual dependencies.
As phase relations appear to be a central element of the neuronal code, the functional connectivity in neuronal networks can be probed with this method.
The phase-locking index, together with its statistical significance, is typically calculated for narrow frequency bands.
This restriction can be seen as both an advantage and a drawback; neuronal oscillations have gained widespread interest, but their functional significance to brain operation is still under hot debate.
There is, nevertheless, a growing body of evidence of linking narrow-band network oscillations to information processing in the brain.

In this thesis, I have studied intracranial, subdural-electrode measurements of three epileptic patients.
The aim of this work was twofold: first, the eligibility of the phase synchrony method for analysis of subdural recorded activity had to be determined.
The second aim was to estimate the usability of the method for studying network-level mechanisms of epilepsy and their modulation under anti-epileptic medication.
This report begins with an introduction to the structure and operation of the human brain at different scales and with a brief note on epilepsy.
Next I describe the physical basis for the phase synchronization phenomenon and its relation to measurements of brain function.
The methods used and developed in the course of this work follow, with an emphasis on wavelet analysis, image processing and the recording procedures.

The result section begins with the co-localization of computerized tomography and magnetic resonance images that was used to obtain the electrode locations in relation to anatomic landmarks.
The localization data are, in turn, needed in the determination of volume conduction artefacts in phase synchrony estimates as a function of inter-electrode separation.
In this thesis, I show that this artefact is restricted to a distance of20-30 mm, and even at short distances (10 mm), its effects are minor.
I evaluate also the effects of an anti-epileptic and anxiolytic drug, benzodiazepine, on the amplitude of cortical oscillations and their phase synchrony.
Benzodiazepine was found to enhance amplitude and suppress phase synchrony.
In addition, largest changes were observed near the clinically identified epileptogenic regions.
This finding may lead to more sophisticated methods for the localization of the epileptic focus.
Taken together, these promising results indicate the need for clinical studies utilizing the methods described in this thesis.

The work was conducted in the Biomag-laboratory of the Helsinki University Central Hospital.
The laboratory is a part of the Helsinki Brain Research Center, a center of excellence of the Academy of Finland.
Abstract (fin): Aivojen hermoverkkotason toiminnan tutkimuksessa hermosolujen tuottamat sähköiset potentiaalit ovat tärkeä työkalu.
Mittaamalla potentiaaleja usealla kanavalla voidaan päätellä missä ja milloin aivot aktivoituvat.
Päänahan pinnalta mitattavan tavanomaisen elektroenkefalografian paikkaresoluutio ei kuitenkaan riitä, jos halutaan tarkastella mittakaavaltaan alle senttimetrin luokkaa olevia ilmiöitä.
Paitsi perustutkimuksessa, tämä rajoitus on ongelmallinen myös epilepsiapotilaiden kohtaukset alullepanevan eli epileptogeenisen aivoalueen paikantamisessa.
Käytännössä tämä ongelma ratkaistaan asettamalla potilaille elektrodeja kallon ja aivokuoren väliseen subduraalitilaan.
Toimenpide tehdään erikoistuneissa yksiköissä epilepsian kirurgista hoitoa edeltävän tarkkailujakson aikana.
Suoraan aivokuoren pinnalta mitattavia potentiaaleja on harvoin hyödynnetty perustutkimuksessa, eikä niiden käyttö kliinisessä tutkimuksessa ole tuonut juurikaan lisävalaistusta epilepsian syihin tai sen huonosti tunnettuihin mekanismeihin.

Vaihesynkronian arvioiminen on uudehko menetelmä kahden dynaamisen systeemin välisen vuorovaikutuksen havaitsemiseksi niiden korreloituneiden vaiheiden avulla.
Menetelmää käyttäen voidaan myös aivoperäisistä sähköisistä ja magneettisista signaaleista etsiä mitattujen alueiden välisiä toiminnallisia yhteyksiä.
Analyysissä, joka tehdään erikseen kaikille kiinnostaville taajuuskaistoille, lasketaan kahden kapeakaistaisen signaalin vaihe-erojakaumasta vaihelukituskerroin ja tilastolliset merkittävyydet.
Aivojen tiihiin asti tunnetun toiminnan kannalta analyysin rajoittuminen kapeille taajuuskaistoille on sekä etu että haitta: hermostolliset oskillaatiot ovat viime aikoina nousseet kiinnostuksen kohteeksi monissa yhteyksissä, mutta niiden yleisestä merkityksestä solutason mekanismeille tai korkeammille aivotoiminnoille ei olla yksimielisiä.
On kuitenkin olemassa näyttöä siitä, että oskillaatioiden väliset vaihesuhteet ovat yksi aivokuoren käyttämä informaation esitystapa.

Tässä diplomityössä olen tarkastellut kolmelle epilepsiapotilaalle tehtyjä kallonsisäisiä mittauksia.
Tavoitteena on ollut ensin varmistaa pintamittauksia varten kehitetyn vaihesynkroniamenetelmiin toimivuus luonteeltaan erilaisissa mittauksissa, ja toiseksi arvioida sen soveltuvuutta epilepsiaan liittyvien hermoverkkotason ilmiöiden tutkimiseen.
Epilepsiatutkimuksessa apuna käytetään mittauksia, joiden aikana potilas on epileptisiä kohtauksia hillitsevän lääkityksen alaisena.
Raportti alkaa yleistasoisella ihmisaivojen rakenteen ja toiminnan esittelyllä, sisältäen työn ymmärtämisen kannalta oleelliset tiedot epilepsiasta.
Sen jälkeen esitellään vaihesynkronian fysikaalinen tausta ja liitetään aivoista mitattavat signaalit siihen.
Tämän jälkeen käydään läpi työn teossa käytetyt menetelmät; mittaukset, kuvankäsittely ja aallokesuodatus.
Elektrodien paikannustulokset määritettiin yhdellä potilaalla yhdistämällä tietokonetomografialla saadut röntgenkuvat anatomisiin magneettiresonanssikuviin.

Paikannustietojen avulla laskettuja elektrodien etäisyyksiä käytettiin hyväksi arvioitaessa tilavuusjohtumisen vaihesynkroniaan aiheuttamaa virhettä, jonka todettiin rajoittuvan muutaman senttimetrin etäisyydelle.
Epileptisiä kohtauksia hillitseviin lääkkeen, bentsodiatsepiinin, todettiin nostavan oskillaatioiden amplitudia ja laskevan niiden välistä synkroniaa.
Yleisen synkroniaa laskevan vaikutuksen lisäksi havaittiin suurimpien muutosten keskittyvän lähelle alueita, joiden kliinisissä tutkimuksissa oli todettu liittyvän epileptisten kohtausten syntyyn.
Saatujen tulosten perusteella kliiniset jatkotutkimukset tässä työssä käytettyjä menetelmiä soveltaen ovat tarpeellisia.

Tämä diplomityö on tehty Helsingin Yliopistollisen Keskussairaalan Biomag-laboratoriossa, joka on osa Suomen Akatemian nimeämää Helsingin aivotutkimuskeskus -huippuyksikköä.
ED:2004-07-14
INSSI record number: 25432
+ add basket
« previous | next »
INSSI