aalto1 untyped-item.component.html
A mobile recording system and an acquisition control method for average event-related potential measurements
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Electrical Engineering |
Doctoral thesis (article-based)
| Defence date: 2012-05-25
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
102
Series
Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS, 35/2012
Abstract
Event-related potentials (ERPs) are a result of the activity elicited in the brain during the performance of a cognitive task. They can be studied by using an EEG, and are used to investigate the brain functions related to the processing of sensory data, and memory. The technique is flexible, and affordable, and has various potential diagnostic applications. The clinical feasibility, however, is limited due to the low measurement reliability. In addition, performance of the tests could be enhanced if the recording devices were more robust.
The current study presents two ways of improving the performance of ERP measurements. The first deals with the improvement of the efficiency of the recording procedure and the second, with the optimization of the recording system design for clinical use. In addition, the discussion on improving the measurement reliability is contributed to by conducting a study with mismatch negativity (MMN) to determine the relationship between the measurement error and the test-retest reliability.
To improve the recording procedure, an acquisition control method is suggested which helps optimize the amount of data recorded in terms of its concurrent quality. It allows optimization of the recording time and control of the measurement error, which reduces subject discomfort and improves measurement repeatability. In the MMN study conducted, the effect varied, depending on the parameterization, and whether the deviant responses were studied separately or as a profile. It was, however, generally significant, and repeatability was estimated to keep improving until the error level went below 10% of the peak amplitude.
Second, a mobile ERP recording system design with an integrated audio stimulation unit is presented. It is easy to apply, and capable of performing online data analysis. It is also tolerant of external interference because of its compact size, close proximity to the measured target, and the average grounding arrangement it uses. This kind of design allows fluent performance of the measurements in applications where the target activity is well-defined, which is important in an attempt to allow clinical use to be made of them. Together with the application of the algorithm developed, it provides easy access to ERPs and makes the investigations efficient, and less inconvenient.
EEG-herätevasteilla (ERP:lla) tarkoitetaan sähköisiä signaaleja, joita syntyy kognitiivisen aivotoiminnan seurauksena. Niitä voidaan tarkastella aivosähkökäyrän avulla ja hyödyntää tutkittaessa aistiherätteiden synnyttämää aivotoimintaa sekä muistia. Menetelmä on joustava, edullinen ja kliinisten sovellusten kannalta monikäyttöinen. Käytettävyys on kuitenkin rajallista mittausten heikon luotettavuuden takia. Lisäksi tehokkuutta voitaisiin parantaa kehittämällä robustimpia mittalaiteratkaisuja.
Tässä työssä esitetään kaksi tapaa mittausten kehittämiseksi. Toinen näistä liittyy mittausprosessin ja toinen mittausjärjestelmien parantamiseen. Lisäksi tutkimuksessa otetaan kantaa keskusteluun mittausten luotettavuudesta tutkimalla mittausvirheen vaikutusta poikkeavuusnegatiivisuusvasteen (MMN) toistettavuuteen.
Mittausprosessin tehostamiseksi esitellään laadunhallintamenetelmä, joka auttaa optimoimaan mitatun aineiston määrää, sen laadun perusteella. Menetelmän avulla voidaan optimoida mittauksen kestoa ja hallita mittausvirheen suuruutta, mikä vähentää mittausten epämukavuutta sekä parantaa tulosten toistettavuutta. MMN-kokeissa vaikutus riippui vasteen parametrisoinnista sekä siitä, että tulkittiinko vasteita erillisinä vai toisiinsa suhteutettuina. Se oli kuitenkin yleisesti merkitsevä ja toistettavuuden arvioitiin parantuvan ainakin kunnes virhe laskisi alle 10%:iin vasteen huippuamplitudista.
Mittausjärjestelyjä ajatellen esitellään mobiili mittalaitetoteutus, jossa herätelähde on rakennettu osaksi mittausyksikköä. Toteutus on helppokäyttöinen ja kykenee suorittamaan aineistoanalyysiä mittauksen aikana. Lisäksi se sietää hyvin ulkoisia häiriöitä pienen kokonsa, mitatun kohteen läheisyyden, sekä käytetyn keskiarvomaajärjestelyn ansiosta. Kliinistä käyttöä ajatellen on tärkeää, että mittaukset kyetään suorittamaan mahdollisimman sujuvasti. Esitetynkaltainen laitteisto soveltuu erityisesti tunnettujen vasteiden mittaamiseen. Yhdessä laadunhallintamenetelmän kanssa, sellaisen arvioidaan helpottavan herätevasteiden tutkimista sekä vähentävän mittausten epämukavuutta.
Description
Supervising professor
Sepponen, Raimo, Prof.Thesis advisor
Sepponen, Raimo, Prof.Keywords
electroencephalogram, event-related potential measurement, instrumentation, mismatch negativity, measurement error, signal-to-noise ratio, test-retest reliability, elektroenkefalografia, herätevastepotentiaalimittaus, instrumentointi, mittausvirhe, poikkeavuusnegatiivisuus, signaali-kohinasuhde, toistettavuus
Other note
Parts
- [Publication1]: Paukkunen, AK, Sepponen R. The effect of ground electrode on the sensitivity, symmetricity and technical feasibility of scalp EEG recordings. Medical & Biological Engineering & Computing, 46(9), 933-938, 2008. © 2008 International Federation for Medical and Biological Engineering (IFMBE). By permission.
- [Publication2]: Paukkunen, AK, Leminen, MM, Sepponen, R. Development of a method to compensate for signal quality variations in repeated auditory event-related potential recordings. Frontiers in Neuroengineering, 3:2, doi:10.3389/fneng.2010.00002, 2010. © 2010 by authors.
- [Publication3]: Paukkunen, AK, Kurttio, AA, Leminen, MM, Sepponen, RE. A compact electroencephalogram recording device with integrated audio stimulation system. Review of Scientific Instruments, 81(6):064301, doi:10.1063/1.3436634, 2010. © 2010 American Institute of Physics (AIP). By permission.
- [Publication4]: Paukkunen, AK, Leminen, M, Sepponen, R. The effect of measurement error on the test-retest reliability of repeated mismatch negativity measurements. Clinical Neurophysiology, 122(11), 2195-2202, 2011. © 2011 International Federation of Clinical Neurophysiology (IFCN). By permission.