Methods for Time – Frequency – Space Parameterization of the Human Visual System

﻿Akkurate Parametrisierung und Dekomposition von Gehirnaktivitat stellen bedeutende ingenieurtechnische Fragestellungen durch die Neurowissenschaften dar. Gehirnaktivitat ist von einer Vielzahl von neuronalen Quellen generiert. Hinzu kommt, dass gemessene Signale durch Rauschen aus biologischen und technischen Quellen beeintrachtigt sind. Mit der Absicht neue Einsicht in die Funktionsweise des Gehirns zu gewinnen, werden in dieser Arbeit eine neue Strategie der topographischen Analyse und eine neue Methode fur die geeignete Parametrisierung neuraler Aktivitat entwickelt. Beide Herangehensweisen fusen auf der Annahme, dass neurale Oszillatoren die aussagekraftigen Komponenten der gemessenen Daten erzeugen. Die Matching Pursuit (MP) Methode approximiert gemessene Signale im realwertigen Fall mit gefensterten Cosinus-Funktionen, und dient somit als Grundlage fur die entwickelten Strategien.Die entwickelte topographische Analyse parametrisiert Messdaten und analysiert die statistischen Eigenschaften. Die Daten stammen von einem Experiment mit 10 Probanden, in welchem flackerndes Licht einen stationaren Zustand im visuellen System erzeugt. Die neu entwickelte Strategie detektiert intra-individuell ahnliche Topographien bei einer kleinen Anzahl von Stimulationsfrequenzen. Jedoch besteht die Ahnlichkeit dieser Topographien nicht inter-individuell. Meine Analyse zeigt, dass ungefahr 10 Stimuli fur eine stabile Antwort notig sind. Weitere Ergebnisse enthullen, dass diese Antworten nach Stimulationsende weiterexistieren. Diese Beobachtungen sind nicht auf die Topographien begrenzt, sondern treten auch in der Analyse der Zeit- und Frequenzparameter auf. Die Ergebnisse unterstutzen die Theorie eines koppelten Systems und fuhren zur Untersuchung der raumlichen Eigenschaften der zugrunde liegenden neuralen Oszillatoren.Das Ziel der neuen Methode fur die Lokalisierung neurale Quellen ist das simultane Trennen der Quellen vom Rauschen, und die Parametrisierung in Zeit, Frequenz und Raum. Meine Quellenlokalisationsmethode behalt das grundlegende Prinzip von Matching Pursuit bei und erweitert es um Dipole. Dies fuhrt zum neuen Konzept der Dipol Atome, welche Oszillatoren in Zeit, Frequenz und Raum, vom Rauschen getrennt, beschreiben. Die Methode ist weiterentwickelt um gespiegelte Quellenkonfigurationen zu ermoglichen, so dass die aus dem Experiment hergeleiteten Anforderungen erfullt werden. Die Gute der Parameter-rekonstruktion der neuen Methode wird in Simulation getestet. Daraufhin wird die Methode auf Messdaten aus dem Flackerlichtexperiment angewendet. Gespiegelte Dipol Atome rekonstruieren die Zeit- und Frequenzparameter identisch zur topographischen Analyse und erlauben eine raumliche Beschreibung der zugrunde liegenden Quellen. Erwartungsgemas werden neurale Generatoren im Visuellen Cortex beider Gehirnhalften gefunden. Die Lokalisationsergebnisse sind klar in zwei Gruppen unterteilt, wobei eine Gruppe so genanntes Alpha-Entrainment zeigt, wahrend dies bei der Anderen nicht der Fall ist. Die Erkenntnisse erweitern das Verstandniss des menschlichen visuellen Systems und fuhren zur Formulierung eines neuen Stimulationsparadigmas.