hrvatski

Teorija kaosa i neurofiziološki korelati senzomotoričkog ponašanja

U znanstvenim istraživanjima, a sve više i na kliničkom području neurologije ponašanja, koriste se neurofiziološke metode koje odslikavaju funkciju centralnog živčanog sustava kao cjeline ili njegovih pojedinih struktura. To se realizira kroz elektroencefalografiju ili analizu endogenih i egzogenih evociranih potencijala, Korištene metode analize neurofizioloških signala baziraju se na pretpostavci da je mozak linearan sustav, da je proces koji generira moždane signale stohastičan, a analizirani signal stacionaran i ergodičan. Kako su ti uvjeti samo djelomično zadovoljeni i to u kraćim vremenskom periodima od nekoliko desetaka sekundi, mogu se primijeniti klasične analitičke metode obradbe signala. Novi pristup toj problematici, koji u zadnjih nekoliko godina zauzima sve više maha, zasniva se na razvoju i primjeni matematičkih alata koji dolaze iz područja analize nelinearnih sustava. Nelinearni sustavi su oni kod kojih uzrok i posljedica nisu vezani jednostavnim linearnim relacijama već se njihovo ponašanje u vremenu može opisati skupom nelinearnih diferencijalnih jednadžbi. I mozak je jedan od takvih sustava kod kojeg je proces generiranja električkih signala vrlo kompleksan i nije neophodno stohastičan. Procesi koji se promatraju mogu biti deterministički, a rješenja sustava nelinearnih diferencijalnih jednadžbi su bitno ovisna od početnih uvjeta i mogu dati kaotična rješenja. S toga je pristup analizi takvih sustava nešto drukčiji, a osnovna svojstva koja se promatraju su stabilnost, kompleksnost i kaotičnost sustava. Alati koji se pri tome koriste su konstrukcija faznog prostora, korelacijska dimenzija, Lyapunov eksponent, entropija itd. Fazni prostor ne n-dimenzionalni prostor u kojem se promatra vremenska evaluacija stanja sustava. Ta stanja su odslikana nekom mjerenom vremenskom serijom kao na primjer slijedom R-R intervala elektrokardiograma ili elektroencefalografskim signalom u neurofiziologiji. Jedno stanje sustava u trenutku ti određuje se tako da se na jednu os nanese vrijednost signala u trenutku ti-dT, na treću os vrijednost u trenutku ti-2dT i td. Iz ovog načina konstrukcije proizlazi da su sva stanja sustava prikazana kao funkcija njegovih prethodnih stanja. Te trajektorije, nazvane atraktori, obuhvaćaju područje mogućih stanja i implicitno u sebi sadrže informaciju o vremenu. Nasumično ispunjavanje faznog prostora uzastopnim stanjima indicira kaotično ponašanje. Broj potrebnih dimenzija n-dimenzionalnog prostora, odnosno broj parametara koji je potrebno uvesti da bi atraktor bio jednoznačno određen (nema sjecišta) određuje kompleksnost sustava, a za njegovo određivanje koristi se korelacijska dimenzija. Ona je obično fraktalna veličina. Pokazalo se da je korelacijska dimenzija EEG-a veća u budnosti a manja u snu. Kaotičnost sustava, izračunata iz oscilatornog i iregularnog ponašanja atraktora prikazuje se iznosom Lyapunovog eksponenta. Veći pozitivan broj upućuje na veću kaotičnost. Količina informacija sadržanih u analiziranom signalu proporcionalna je s mogućnošću predikcije ponašanja sustava u budućnosti i izražava se entropijom signala. Kao primjer se može navesti sinusoida čija je entropija nula i mogućnost predikcije je maksimalna za razliku od signala šuma gdje je entropija velika a predikcija mala. U našim istraživanjima vršena su mjerenja elektroencefalografskog signala kod ispitanika u relaksiranom stanju uz zatvorene i otvorene oči te u istim uvjetima ali uz dodatnu inteektualnu angažiranost ispitanika. U prvom slučaju to je bio 'count seven' test a po tom su ispitanici bili podvrgnuti stimulaciji vlastito konstruiranim multimodalnim stimulatorom za kompleksnu slušnu i vidnu stimulaciju i mjerenje reakcijskog vremena. Ispitanicima su bili prezentirani brojevi ili matematički izrazi s točnim i netočnim rješenjima. Od njih se očekivalo da odgovore pritiskom tipke za mjerenje reakcijskog vremena na ciljne podražaje (točne izraze) jednom rukom ili na ciljne jednom a na neciljne podražaje drugom rukom. Vlastito izrađenim programima za nelinearnu analizu signala obrađena je kompleksnost (CD2-korelacijska dimenzija), kaotičnost (maksimalni Lyapunov eksponent), entropija te od klasičnih metoda frekvencijska i autokorelacijska analiza. Istovremeno su snimani i kognitivni evocirani potencijali i reakcijska vremena. Kao rezultat analize pokazala se vrlo dobra korelacija entropije signala s kompleksnošću zadaće koju su ispitanici izvršavali. Korelacija između entropije i beta ritma iznosila je 0.6 dok su se ostali parametri pokazali manje signifikantnima. Možemo zaključiti, da su metode nelinearne analize osjetljive na promjenu kompleksnosti promatranog sustava &#8211 ; mozga, te se može izraziti nada da će biti korisne barem na područjima kod kojih kognitivni evocirani potencijali ne pokazuju nikakve promjene.

kaos; eeg; kognitivni evocirani potencijali

nije evidentirano