Aim: To develop a mathematical method of analysis and visualization of EEG based on the ROC analysis of burst electrical activity in the cerebral cortex.
Material and methods: Using a new method of analysis of EEG burst activity, the frequency parameters of brain electrical activity have been investigated in patients in the first stage of Parkinson's disease (PD) defined by the Hoehn and Yahr scale. Patients were right-handed, with disease onset in either the right or the left side. The burst term is used in neurophysiology for the description of wave activity in EEG signals. Bursts are reflected in the local peaks of wavelet spectrograms, some of the parameters of which have been analyzed. Electrical activity of the left and right central cortex areas was investigated. The results were compared with those obtained from healthy volunteers.
Results: In PD patients, burst activity was changed in alpha- and beta bands. Compared to healthy volunteers, it was higher in alpha band 8-9 Hz and lower in upper alpha band 11-13 Hz and beta band 18-24 Hz. With regard to asymmetry of the brain in PD patients, there was the change in burst activity in both brain hemispheres. Diagrams of burst activity showed the difference between the patients with tremor onset in the left hand and tremor onset in the right hand.
Conclusion: This suggests differences in brain electrical activity changes in patients with left-sided and right-sided disease onset. The initial results of the study demonstrate that the method of analysis and visualization based on the evaluation of certain parameters of EEG bursts is promising for the analysis of EEG features in PD patients.
Цель исследования. Разработка математического метода анализа и визуализации ЭЭГ, основанного на ROC-анализе всплескообразной электрической активности коры головного мозга. Понятие 'всплескообразная', или веретенообразная, активность ('вспышка') используется в нейрофизиологии при описании ритмов ЭЭГ. Материал и методы. С помощью нового метода были исследованы частотные параметры ЭЭГ у 28 пациентов на 1-й стадии болезни Паркинсона (БП), правшей, с дебютом заболевания как с правой, так и с левой стороны и у 15 здоровых. Изучалась электрическая активность левой и правой центральных областей коры. Результаты и заключение. Было показано, что у пациентов с БП изменена всплескообразная активность в α- и β-диапазонах ЭЭГ. В нижнем α-диапазоне 8-9 Гц она была больше, чем у здоровых, в верхнем α-диапазоне 11-13 Гц и β-диапазоне 18-24 Гц, наоборот, меньше. При рассмотрении асимметрии мозга у пациентов с БП было обнаружено изменение всплескообразной активности в обоих полушариях мозга. У пациентов с левосторонним и правосторонним дебютом были выявлены значительные различия в картинах всплескообразной активности в центральных зонах обоих полушарий. Разработанный метод анализа и визуализации, основанный на оценке некоторых параметров всплесков ЭЭГ-сигналов, является перспективным для анализа особенностей ЭЭГ пациентов с БП.
Keywords: AUC; EEG; EEG burst; Parkinson’s disease; ROC analysis; wavelet spectrogram.