Determination and mapping of energy changes related to brain oscillations with a new approach based on wavelet transform: An epilepsy example

The quantitative analysis of brain oscillations has an importance in understanding brain dynamics for various brain pathologies. In this study, it is purposed to determine and map the change in energy of brain oscillations using a new quantitative approach, based on wavelet transform. An approach, seperating the EEG records to four main sub-band and then quantizing the energy values of them, is proposed in this study. Moreover, energy maps of scalp surface are formed using these energy values. To test the suggested method, EEG records of epileptic patients, obtained from CHB-MIT Scalp EEG database, were utilized. Analyzed signals were prepared such that the seizure was in the middle and the signal consists of pre-seizure and post-seizure as long as the seizure time. By using the quantitative data obtained, energy distribution maps of brain oscillations for epileptic patients are constructed and energy differences of each sub-band are statistically analyzed for pre-, during and post-seizure terms. Results show significant quantitative differences for these terms. It is thought that the suggested method can be applied to EEGs recorded for epilepsy and other pathologies to be informed about brain dynamics. In addition, the method can be used for localization of sources causing brain pathologies.

Beyin osilasyonlarýna iliþkin enerji deðiþimlerinin dalgacýk dönüþümü temelli yeni bir yaklaþým ile saptanmasý ve haritalanmasý: Epilepsi örneði

Beyin osilasyonlarýnýn nicel analizi, baþta epilepsi olmak üzere çeþitli beyin patolojilerinde beyin dinamiklerinin anlaþýlmasýna katkýda bulunur. Bu çalýþmada dalgacýk dönüþümü temelli yeni bir nicel yaklaþým kullanýlarak beyin osilasyonlarýnýn enerji deðiþimlerinin saptanmasý ve haritalanmasý amaçlanmýþtýr. Çalýþmada sinyal analizinde EEG’yi dört temel alt frekans bandýna ayrýþtýran ve ardýndan bu bantlarýn enerji deðerlerini nicelleþtiren bir yaklaþým önerilmiþtir. Ayrýca, bu enerji deðerleri kullanýlarak kafa yüzeyi enerji haritalarý oluþturulmuþtur. Önerilen yöntemi test etmek için CHB-MIT Scalp EEG Database veri tabanýndan alýnan epilepsili hastalara ait EEG kayýtlarý kullanýlmýþtýr. Analiz edilecek sinyaller nöbet aný ortada olmak üzere nöbet süresi uzunluðu kadar öncesi ve sonrasýný kapsayacak þekilde tüm kayýttan ayrýlarak hazýrlanmýþtýr. Elde edilen sayýsal veriler kullanýlarak epilepsili hastalarda beyin osilasyonlarýnýn enerji daðýlým haritasý oluþturulmuþ ve her bir alt bant enerji yüzdesi için nöbet öncesi, nöbet aný ve nöbet sonrasý enerji farklýlýklarý istatistiksel olarak deðerlendirilmiþtir. Bulgular nöbet öncesi, nöbet aný ve nöbet sonrasý beyin osilasyonlarýnda nicel olarak anlamlý farklýlýklar ortaya koymuþtur. Bu çalýþmada sunulan yöntemin epilepsi ve diðer beyin patolojileri için kayýtlanan tüm EEG’ler için uygulanarak beyin dinamikleri hakkýnda bilgi edinilebileceði ve ayný anda çok sayýda montajdan kayýt alýnmasý durumunda beyin patolojilerine yol açan odaklarýn belirlenmesinde diðer beyin görüntüleme yöntemleriyle birlikte kullanýlabileceði düþünülmüþtür.