Εντοπισμός και χαρακτηρισμός των Νευρωνικών λειτουργιών που υποστηρίζουν τις μαθηματικές νοητικές διεργασίες:
Creators: name: Δημητριάδης, Σταύρος Ιωάννη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2010
Subjects: Μαθηματική νόηση
Συγχρονισμός της φάσης
Θεωρητική ανάλυση γράφων
Mathematical cognition
Phase synchrony
Graph theoretic analysis

description: Πολυκαναλικές καταγραφές ΕΕΓ (ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος) από υγιή υποκείμενα χρησιμοποιήθηκαν για την διερεύνηση των τάσεων του εγκεφάλου για αυτο-οργάνωση κατά την διάρκεια δύο διαφορετικών αριθμητικών πειραμάτων. Παραθέτωντας την σύγκριση με μία κατάσταση ελέγχου στην μορφή προβλήματος κατηγοριοποίησης, μπορούμε να ανιχνεύσουμε και να ποσοτικοποιήσουμε τις αλλαγές στην νευρωνική δραστηριότητα από διαφορετικές προσεγγίσεις. Εναλλαγές του συχνοτικού περιεχομένου, χωρικές ανακατανομές της ενέργειας του σήματος και αναδυόμενα συνδετικά πρότυπα είναι όλα διαφορετικές πιθανότητες που μπορούν να ανακαλυφθούν σε ένα ενοποιημένο πλαίσιο. Οπότε, όχι μόνο ένας λεπτομερής χαρακτηρισμός του νευρωνικού υποστρώματος του νοητικού φόρτου συνδεδεμένο με τις μαθηματικές πράξεις πραγματοποιήθηκε, αλλά επίσης και μία σχετική ιεράρχηση μεσολάβησε. Συγκεκριμένα, ο ρόλος του νευρωνικού συγχρονισμού εξετάστηκε και συγκρίθηκε σε διαφορετικές χωρικές κλίμακες, κυμαίνοντας από τοπικές εστίες (κάτω από την θέση του ηλεκτροδίου) και απομακρυσμένες περιοχές (μικρού εύρους αλληλεπιδράσεις) σε μεγάλου εύρους συνδέσεις (μεγάλου εύρους αλληλεπιδράσεις).Η συνάρτηση αντίθεσης που υιοθετήθηκε ποικίλλει σύμφωνα με την συχνοτική μπάντα (θ, α1, α2, β και γ), την φύση των λειτουργικών αλληλεξαρτήσεων (γραμμικές εναντίον μη γραμμικές) και την συγκεκριμένη μορφή των μετρικών που χρησιμοποιήθηκαν (συνδιακύμανση του πλάτους/φάσης). Είμαστε οι πρώτοι που δείξαμε πως η μέγιστη αντίθεση επιτεύχθει μέσω ενός αλγορίθμου τμηματοποίησης γράφων που ακολούθησε μία μετρική με βάση την φάση, έπειτα αναγνωρίστηκαν τα αντίστοιχα χωρικά πρότυπα που αναπαραστατούν καλύτερα τις αλλαγές που προκλήθηκαν από το κάθε πείραμα σε κάθε συχνοτική μπάντα και τελικά ποσοτικοποιήθηκε η αλληλεπίδραση μεταξύ των διαφόρων συχνοτήτων. Ο διαχωρισμός σε ξεχωριστά λειτουργικούς τομείς, μέσω της σύνδεσης της φάσης, είναι το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό της αυτο-οργάνωσης του εγκεφάλου κατά την διάρκεια των μαθηματικών πράξεων.
description: Multichannel EEG traces from healthy subjects are used to investigate brain’s self-organization tendencies during two different mental arithmetic tasks. By casting the comparison with a control-state in the form of a classification problem, we can detect and quantify the changes in neural activity from different aspects. Frequency content alterations, spatial redistribution of signal energy and emerging connectivity patterns are all different possibilities that can be explored within a unifying framework. Hence, not only a detailed characterization of the neural substrate of cognitive load associated with mathematical calculations is accomplished, but also a relative ranking of putative scenarios is mediated. Specifically the role of neural synchrony is examined and compared at different spatial scales, ranging from local foci (beneath electrode sites) and distinct regions (short range interactions) to wide-spread couplings (long range interactions). The adopted contrast function varies with the frequency-band (θ, α1, α2, β and γ), the nature of functional dependencies sought (linear εναντίον nonlinear) and the specific form of the tested measures (amplitude/phase covariation). We, first, show that the maximal-contrast is achieved with a graph-segmentation algorithm following a phase coupling descriptor, then identify the corresponding spatial patterns best-representing the task-induced changes in each frequency band and finally quantify the cross-frequency interplay. The segregation into distinct functional domains, via phase coupling, is the most prominent feature of brain’s self-organization during mental calculations.