Iranian Journal of Biomedical Engineering (IJBME)

تمایز جنسیتی در دینامیک های غیرخطی فعالیت های قشر مغز: ارزیابی سیگنالهای الکتروانسفالوگرام با تحلیل پارامترهای مستخرج از منحنی پوانکاره

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسنده

گروه مهندسی پزشکی دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده
سیگنال الکتروانسفالوگرام به عنوان یک سیگنال غیرایستا، اطلاعات مهمی درباره ابعاد مختلف ذهنی و بیولوژیکی ، از جمله جنسیت فرد در اختیار ما قرار می دهد. استفاده از معیارهای کمی سازی دینامیک های غیرخطی سیگنال ، روشی است که به خوبی می تواند اطلاعات سیگنال های مغزی را استخراج نماید. این پژوهش، به بررسی توانایی دینامیک‌های غیرخطی سیگنال‌های الکتروانسفالوگرام به عنوان نشانگر زیستی برای طبقه‌بندی جنسیتی پرداخته است . این روش با استفاده از پارامترهای استخراج‌شده از نمودار پوانکاره مانند SD1 و SD2 و برخی معیارهای دیگر برای اندازه گیری فشردگی نقاط پوانکاره و عدم تقارن در توزیع نقاط، برای کمّی‌سازی الگوهای پیچیده عصبی، بهبود قابل توجهی در صحت طبقه بندی سیگنال ها بر اساس جنسیت ایجاد نموده است . صحت طبقه بندی مبتنی بر جنسیت با استفاده از روش پیشنهادی به 89% رسید. پس از تفکیک باندهای فرکانسی مشاهده گردید که این اثر در بازه فرکانسی 10 تا 15 هرتز بیشترین تاثیر را دارد. نتایج نشان می‌دهد شاخص های مستخرج از منحنی پوانکاره، در مقایسه با دیگر معیارهای سنجش پیچیدگی (مانند انواع آنتروپی ، نمای لیاپانوف و نمای هارست و بعد فرکتال) صحت طبقه بندی را در اغلب بازه های فرکانسی به میزان معنی داری از نظر آماری (01/0p-value<) افزایش می دهد . تفاوت‌های معنی دار بین دو جنس مرد و زن ، عمدتاً در نواحی آهیانه‌ای و پیشانی مغز مشاهده شد که با مطالعات پیشین درباره تفاوت‌های ساختاری و عملکردی مغز زنان و مردان در این نواحی همخوانی دارد. یافته‌های این پژوهش مؤید آن است که دینامیک های غیرخطی سیگنال‌های مغزی می‌توانند به عنوان نشانگرهای زیستی قابل اعتماد برای تمایز جنسیتی مورد استفاده قرار گیرند. این مطالعه گامی مهم در جهت توسعه روش‌های دقیق‌تر در شناسایی تفاوت‌های جنسیتی در فعالیت مغزی محسوب می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Gender Differences in Nonlinear Dynamics of Cortical Activity: Assessing EEG Signals Through Poincaré Plot-Derived Parameters

نویسنده English

Fatemeh Zareayan Jahromy
Department of bioelectrical engineering ، Iran university of science and technology
چکیده English

The electroencephalogram signal, as a non-stationary signal, provides us with important information about various mental and biological dimensions, including an individual's gender. The use of quantitative measures of the signal's nonlinear dynamics is a method that can effectively extract information from brain signals. This research has investigated the ability of nonlinear dynamics of electroencephalogram signals as a biomarker for gender classification. This method, using parameters extracted from the Poincare plot, such as SD1, SD2 and some other methods to measure compactness and asymmetry in Poincare point distribution, to quantify complex neural patterns, has created a significant improvement in the accuracy of classifying signals based on gender. The gender-based classification accuracy using the proposed method reached 89%. After separating the frequency bands, it was observed that this effect has the greatest impact in the 10 to 15 Hz frequency range. The results show that the indices extracted from the Poincaré curve, compared to other complexity measurement criteria (such as various types of entropy, Lyapunov exponent, Hurst exponent, and fractal dimension), increase the classification precision in most frequency ranges by a statistically significant amount (p-value < 01/0). Significant differences between male and female genders were mainly observed in the parietal and frontal regions of the brain, which is consistent with previous studies on structural and functional differences between male and female brains in these regions. The findings of this research confirm that the nonlinear dynamics of brain signals can be used as reliable biomarkers for gender differentiation. This study is considered an important step towards developing more accurate methods for identifying gender differences in brain activity.

کلیدواژه‌ها English

electroencephalography
nonlinear dynamic
Poincare plot
Gender classification
دوره 19، شماره 1
بهار 1404
صفحه 1-15

  • تاریخ دریافت 10 فروردین 1404
  • تاریخ بازنگری 07 مهر 1404
  • تاریخ پذیرش 27 مهر 1404