CartografíaBioeléctricaCerebral durante elmanejode laPlataformadeSimulaciónDinámicaLMV−Lince

MV Sebastián1, MA Navascués2, MA Idiazábal3, C Ruiz1, A Otal1, C Arcos4, MV Arana4, L Di Stasi5,6, C Díaz-Piedra 5

1 CUD-AGMZaragozamsebasti@unizar.es

2 EINA-UNIZARZaragoza

3 INCIABarcelona

4 HGDZZaragoza

5 CIMCYC-UGRGranada

6 CEMIX UGR-MADOCGranada

1. IntroducciónLos mapas cerebrales (o cartografía) proporcionanuna distribución espacial sobre la superficie corticalde los datos, facilitando las comparaciones.En este trabajo se presenta una cartografía, median-te splines de interpolación de Duchon, como méto-do de visualización de los resultados obtenidos conel parámetro de cuantificación del EEG denominadodimensión fractal.Además se incluyen mapas multitarea y mapas designificación para visualizar las relaciones existentesentre los diferentes canales y tipos de EEG y lascomparaciones estadísticas.Se han analizado las señales EEG de sujetos de lasFAS en estados basales y durante varias pruebas desimulación de conducción de diferente dificultad enla plataforma dinámica LMV-Lince en el Centro Na-cional de Adiestramiento (CENAD) San Gregorio deZaragoza.

El parámetro utilizado en el estudio ha demostra-do ser buen cuantificador de la actividad cerebral,reflejando la complejidad de cada tarea.

2. Sujetos y SeñalesSujetos32 sujetos voluntarios suboficiales y Militares Profe-sionales de Tropa y Marinería(MPTM), instructoresy alumnos del CENAD con edad media 30, 6± 6, 5.

10 instructores (37, 4± 5, 4)

22 alumnos (27, 5± 4, 3)

30 hombres, 2 mujeres

Señales EEGEEG reposo ojos cerrados (oc)EEG reposo ojos abiertos (oa)EEG simulación conducción Afganistán[complejidad alta] (Af)EEG simulación conducción Pista[complejidad media](P)EEG simulación conducción Mali[complejidad baja] (M)EEG reposo ojos abiertos final (oa2)

Recogida SeñalesMuestras recogidas en el CENADPlataforma simulación dinámica LMV Lince

Electroencefalógrafo SOMNOwatch plusEEG-6 (Somnomedics, Alemania)

Montaje monopolar10-20 Jasper System referencia CzElectrodos: F3, F4, T3, T4, O1, O2Época: 3er minutoMuestreo: 256 Hz

AgradecimientosProyectos CUD ID: 2017-03, 2018-02.

3. Métodos� Reconstrucción de la señal por métodos fractales y espectrales

x(t) =

N∑n=0

(an cosnω0t+ bn sinnω0t)

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

-20

-10

0

10

20

30

40

� Cálculo de parámetro de cuantificación, dimensión fractal, por métodos propios� Cartografía propia, por splines de Duchon, para representar espacialmente los valores de la dimensión� Mapas multitarea para visualizar las relaciones entre canales y tipos de EEG� Mapas de significación para visualizar las diferencias significativas encontradas estadísticamente

Dimensión Fractal� Parámetro adimensional� Proporciona una medida de la complejidad decada canal de un EEG� Permite comparaciones entre diferentes canales,grupos y tipos de EEG.� Calculada a partir del exponente de Hurst (H)

D = 2−H

� H indicador de la auto-similaridad y la persis-tencia de la señal, 0 ≤ H ≤ 1

D = 2 ruido blancoD = 1 señal suaveD = 1.5movimiento browniano o ruido rojo

� A mayor valor de la dimensión fractal la señales más compleja o menos predictible

Splines de DuchonTras conocer el valor del cuantificador en los elec-trodos del Sistema 10-20 Jasper se aplica un Spli-ne de Duchon (D2-spline) para obtener una fun-ción que proporciona una aproximación del po-tencial en toda la superficie cortical y permite surepresentación.

U2(x, y) =

N∑i=1

λiK3(x− xi, y − yi) + p1(x, y)

p1(x, y) =

2∑d=0

d∑k=0

qkd xd−kyk

K3(x− xi, y − yi) = r3i log[ri]

ri = |x− xi, y − yi|

4. Resultados y ConclusionesComparación entre tipos de EEG

En reposo: Valores elevados en zona frontal izquierda F3 y ondas lentas en zona occipitalTareas de simulación: Mayores valores de la dimensión fractalIncremento de la dimensión en las zonas activadas en cada tarea (dependiendo de la dificultad)En Afgnistan (complejidad alta) se activan las áreas occipital y temporal. En Mali (complejidad baja)la zona frontal izquierda y parte de la temporal derecha

Comparaciones multitarea y mapas de significación

2

Multitarea: Máximos (Af) zona tem-poral y occipital. (oc) y (oa) zona fon-tal. Mínimos en área occipital en (oc)

Mapas de significación: 11 compara-ciones entre tipos de EEG. Mayoresdiferencias (p-valores bajos) en com-paraciones entre (Af) y (oc, oa, oa2)

La dimensión fractal refleja la variación bioeléctrica producida al pasar de estados de reposo asimulaciones de conducción y durante las simulaciones en distintos escenarios.

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[7] MA Navascués, MV Sebastián, in: Thinking in Patterns: Fractals and Related Phenomena in Nature World Sci. (2004) 143–54.[8] MA Navascués, MV Sebastián, C Ruiz, JM Iso, Math. Meth. Appl. Sci. 39 (16) (2016) 4680–87.

[9] MV Sebastián, MA Navascués et al., in: Dena Arto et al. Actas: II Congreso Nacional DESEi+d 2014. Ed. CUD (2014) 487–94.

[10] MV Sebastián, MV Arana, C Arcos, MA Navascués, MA Idiazábal, C Ruiz, JM Iso, SEDENE (2018).