Search

Περιέχει βιβλιογραφία (σ. 211-246). Διατριβή (Διδακτορική) -- Πανεπιστήμιο Κύπρου, Σχολή Κοινωνικών Επιστημών και Επιστημών Αγωγής, Τμήμα Ψυχολογίας, 2017. Η βιβλιοθήκη διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή. Αριθμός δεδηλωμένων πηγών στη βιβλιογραφία: 380 Τα τελευταία είκοσι περίπου χρόνια παρατηρείται μία σημαντική αύξηση των ερευνών που εξετάζουν την επίδραση διαφόρων γνωστικών δεξιοτήτων στην ανάπτυξη της αναγνωστικής ικανότητας και την ερμηνεία συναφών αδυναμιών. Γενικά, τα ευρήματα συγκλίνουν στο ότι η φωνολογική επίγνωση, η ταχεία ονομασία ερεθισμάτων, η ορθογραφική επεξεργασία και σχετικές λειτουργίες επεξεργασίας πληροφοριών (όπως η διαδοχική και ταυτόχρονη επεξεργασία) λειτουργούν ως αξιόπιστοι δείκτες για τη διάκριση ομάδων φτωχών και ικανών αναγνωστών. Παρόλα αυτά, οι περισσότερες έρευνες που μελετούν τις επιδόσεις των φτωχών αναγνωστών στις γνωστικές αυτές λειτουργίες έχουν εστιαστεί κυρίως σε δεδομένα που προκύπτουν από σχετικές συμπεριφορικές μετρήσεις με έμφαση στο χρόνο αντίδρασης και την ακρίβεια εκτέλεσης των έργων από την πλευρά των υποκειμένων. Οι μετρήσεις αυτές, όμως, παρέχουν πληροφορίες μόνο για το στάδιο εξόδου μετά το πέρας της επεξεργασίας και όχι πληροφορίες σχετικές με τη διαδικασία εκτέλεσης ενός έργου. Για το σκοπό αυτό, η παρούσα έρευνα εξέτασε κατά πόσο υπήρχαν διαφορές στην καταγραφή των προκλητών δυναμικών και των οφθαλμικών κινήσεων των φτωχών και ικανών αναγνωστών, εξισωμένων ως προς τη χρονολογική και την αναγνωστική ηλικία, κατά τη συμμετοχή σε διάφορες εργαστηριακές μετρήσεις που αξιολογούσαν τη φωνολογική επίγνωση, την ταχεία ονομασία ερεθισμάτων, την ορθογραφική επεξεργασία, την αναγνωστική ικανότητα και τη σειριακή και ταυτόχρονη επεξεργασία πληροφοριών. Στην παρούσα έρευνα έλαβαν μέρος εξήντα (60) συμμετέχοντες (εύρος ηλικιών από 7.70 χρονών μέχρι 12.08 χρονών· Κορίτσια=24) με μητρική γλώσσα την Ελληνική, διαμορφώνοντας τέσσερις ισάριθμες ομάδες: (α) την ομάδα των συμμετεχόντων με αναγνωστικές δυσκολίες που φοιτούσαν στη Γ΄ τάξη, (β) την ομάδα των συμμετεχόντων με αναγνωστικές δυσκολίες που φοιτούσαν στη Στ΄ τάξη (γ) την ομάδα τυπικά αναπτυσσόμενων αναγνωστών που φοιτούσαν στη Γ΄ τάξη και (δ) την ομάδα τυπικά αναπτυσσόμενων αναγνωστών που φοιτούσαν στη Στ΄ τάξη. Οι συμμετέχοντες με αναγνωστικές δυσκολίες που φοιτούσαν στη Στ΄ τάξη εξισώθηκαν με την ομάδα των τυπικά αναπτυσσόμενων αναγνωστών Γ΄ τάξης και ως προς την αναγνωστική ηλικία. Οι πολλαπλές αναλύσεις διακύμανσης έδειξαν σημαντικές διαφορές μεταξύ των συμμετεχόντων με αναγνωστικές δυσκολίες που φοιτούσαν στις δύο τάξεις και των τυπικά αναπτυσσόμενων αναγνωστών στον αριθμό και τη διάρκεια των οφθαλμικών κινήσεων του έργου ταχείας ονομασίας ερεθισμάτων, ταυτόχρονης και ορθογραφικής επεξεργασίας, υποδεικνύοντας ότι οι συμμετέχοντες με αναγνωστικές δυσκολίες ακολουθούν μία διαφορετική στρατηγική για την ανάκληση γραμμάτων, την αναγνώριση λέξεων και την επιλογή εικόνων που ταιριάζουν με τα ακουστικά ερεθίσματα. Επιπρόσθετα, σημαντικές διαφορές παρατηρήθηκαν κυρίως μεταξύ των συμμετεχόντων που φοιτούσαν στη Γ΄ τάξη στην έκλυση των διαφόρων κυματομορφών κατά την εκτέλεση του έργου αφαίρεσης φωνήματος και του αναγνωστικού έργου, υποδεικνύοντας ότι οι συμμετέχοντες με αναγνωστικές δυσκολίες αντιμετωπίζουν σημαντικές δυσκολίες τόσο στην πρόσβαση και ανάκληση των φωνολογικών πληροφοριών, όσο και στην αποκωδικοποίηση και επεξεργασία του συνδυασμού των γραμμάτων που βλέπουν στην οθόνη. Τα ευρήματα της παρούσας έρευνας μπορούν να συμπληρώσουν τα δεδομένα που προέρχονται από τις παραδοσιακές συμπεριφορικές μετρήσεις σε αναφορά με τη σχέση των διαφόρων γνωστικών δεξιοτήτων και των αναγνωστικών δυσκολιών και να αξιοποιηθούν για την ανάπτυξη και εφαρμογή παρεμβατικών προγραμμάτων βασισμένων σε συγκεκριμένες αδυναμίες που αντιμετωπίζουν σε κάθε ηλικία οι φτωχοί αναγνώστες. During the last two decades, an increasing number of studies investigates various cognitive and linguistic skills as predictors of success and failure in reading. In general, the findings conclude in that phonological awareness, rapid naming, orthographic processing and specific information processing functions, such as simultaneous and successive processing, operate as reliable predictors distinguishing poor from typical developing readers. The relevant findings derive from studies focusing on the use of behavioral measurements with emphasis on reaction time and accuracy. These measurements, however, provide information only for the output stage following the end of processing and tend to ignore the stage at which information processing occurs. The present study investigated the differences in eye movements and event-related potentials between children with reading difficulties (RD) and controls (chronological and reading age controls) examining their performance on phonological awareness, rapid naming, orthographic processing, simultaneous and successive processing tasks. Sixty (60) Greek-speaking Cypriot students participated in the present study (age range 7.70 to 12.08 years; 24 females), forming four equal groups: (a) a group of Grade 3 children with reading difficulties (RD), (b) a group of Grade 3 typically developing readers (TDRs), (c) a group of Grade 6 children with RD, and (d) a group of Grade 6 TDRs. The Grade 3 TDR group was also used as reading age controls to the Grade 6 children with RD. MANOVA analysis revealed significant differences between RD and TDR groups, in both grades, in the number and the duration of the eye movements (i.e., saccades, fixations, and regressions) for the naming, the simultaneous, and the orthographic processing tasks. These findings indicate that readers of different ability follow dissimilar strategies for retrieving letters, identifying and choosing correctly spelled words, and matching them to specific auditory stimuli. Furthermore, the analysis focusing on the event-related components revealed significant differences between Grade 3 TDRs and their counterparts with RD in phonological awareness. Similarly, the analysis yielded significant differences between RD and TDR groups in both grades in reading, overall indicating that the students with RD face significant difficulties both in retrieving phonological information and in decoding the words presented on the screen. The present findings add to a growing body of evidence showing that mapping the gaze and studying the elicited ERP components of readers of different age and ability, provides significant insights into reading development and reading difficulties. Future research ought to focus on well-validated efforts to align intervention goals with eye movement and ERP outcomes, making progress toward explicit intervention goals.

203 σ., Η παρούσα διατριβή αποσκοπεί στην ανάπτυξη μεθοδολογιών επεξεργασίας και αξιολόγησης εγκεφαλικών σημάτων προερχόμενα απο πειραματικές μετρήσεις Ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος. Οι προτεινόμενες μεθοδολογίες εφαρμόζονται σε σήματα Ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος (ΗΕΓ) ηρεμίας, σε Εγκεφαλικά Προκλητά Δυναμικά (Π.Δ.) και σε μία περίπτωση σε σήματα Ηλεκτρομυογραφήματος (ΗΜΓ) προσώπου. Παράλληλα γίνεται προσπάθεια μελέτης και αξιολόγησης της επίδρασης Η/Μ ακτινοβολίας διαφορετικών χαρακτηριστικών και παραμέτρων στα ηλεκτρικά σήματα του εγκεφάλου. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα εγκεφαλικών σημάτων παρουσία Η/Μ ακτινοβολίας από προγενέστερα πειράματα, αλλά και από ένα πείραμα καταγραφής ΗΜΓ και ΗΕΓ χωρίς επίδραση Η/Μ ακτινοβολίας. Επιπλέον, στα πλαίσια της παρούσας διατριβής διεξήχθησαν και νέα πειράματα, σε συνεργασία με το Ερευνητικό Πανεπιστημιακό Ινστιτούτο Ψυχικής Υγιεινής. Τα πειράματα αυτά σχεδιάστηκαν και υλοποιήθηκαν με αρχικό στόχο τη μελέτη της επίδρασης σημάτων ευρυεκπομπής νέων τεχνολογιών στα εγκεφαλικά σήματα. Στη συνέχεια, τα δεδομένα που συνελέγησαν από τις πειραματικές μετρήσεις επεξεργάστηκαν και αναλύθηκαν με διάφορες τεχνικές. Αρχικά, χρησιμοποιήθηκαν γνωστές και καθιερωμένες στατιστικές μέθοδοι για την ανάλυση της κορυφής P600 των εγκεφαλικών Π.Δ. που προήλθαν από τα πειράματα μελέτης της επίδρασης μονοχρωματικής ακτινοβολίας, εκπεμπόμενης από κινητό τηλέφωνο στις συχνότητες των 900 και 1800 MHz. Στόχος ήταν να εξεταστεί το μοτίβο ενεργοποίησης της κυματομορφής P600 καθώς και η εξάρτησή του από το φύλο και την ακτινοβολία, εφαρμόζοντας δύο διαφορετικές στατιστικές μεθόδους. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η κορυφή P600 ακολουθεί διακριτά μοτίβα ενεργοποίησης στα πρόσθια, κεντρικά και οπίσθια ηλεκτρόδια, ενώ διαφορές ανάμεσα στα δύο φύλα παρατηρήθηκαν ταυτόχρονα σε πολλά ηλεκτρόδια αυτών των εγκεφαλικών περιοχών. Τέλος, οι παραπάνω διαφορές φάνηκε να επηρεάζονται σημαντικά κι από την επίδραση της ακτινοβολίας. Τα δεδομένα των ίδιων πειραμάτων, υπό την επίδραση Η/Μ ακτινοβολίας στις συχνότητες των 900 και 1800 MHz, χρησιμοποιήθηκαν επίσης για τη μελέτη της συνδιακύμανσης ανάμεσα σε σήματα Π.Δ., χρησιμοποιώντας μεθόδους χρονολογικών σειρών και συγκεκριμένα τη μέθοδο της συνολοκλήρωσης. Συγκεκριμένα, ορίστηκε ο παράγοντας συνολοκλήρωσης ως η ικανότητα ενός σήματος Π.Δ. να συμμεταβάλλεται με άλλα αντίστοιχα σήματα Π.Δ. Στη συνέχεια ερευνήθηκε η εξάρτηση του παράγοντα αυτού από την ακτινοβολία, το φύλο αλλά και από τις θέσεις των ηλεκτροδίων στο κεφάλι. Τα ευρήματα που προέκυψαν απεκάλυψαν ότι οι γυναίκες έχουν σημαντικά υψηλότερο παράγοντα συνολοκλήρωσης από τους άντρες, ενώ σε όλα τα άτομα η παρουσία ακτινοβολίας ενίσχυσε την τιμή του παράγοντα αυτού. Τέλος, ο παράγοντας συνολοκλήρωσης εμφάνισε διαφοροποιήσεις σχετικές με τις τοποθεσίες του εγκεφάλου, δημιουργώντας διακριτά συμπλέγματα σε αυτόν. Στην πορεία της διατριβής διεξήχθη πείραμα υπό την επίδραση Η/Μ ακτινοβολίας εκπεμπόμενη από WiFi access point. Από τα δεδομένα που καταγράφηκαν υπολογίστηκε αρχικά το πλάτος του ΗΕΓ στο πεδίο της συχνότητας, με βάση τον Ταχύ Μετασχηματισμό Fourier. Οι ενέργειες των ηλεκτροδίων καταγραφής, που προέκυψαν με αυτό τον τρόπο, υποβλήθηκαν σε πολυπαραγοντική ανάλυση της διακύμανσης, μέσω της οποίας εξετάστηκε η επίδραση του φύλου, της πειραματικής συνθήκης και της αλληλεπίδρασης των δύο με τις ενέργειες αυτές. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η ακτινοβολία δεν επηρέασε καθόλου τις ενέργειες του άλφα και βήτα ρυθμού των ανδρών, ενώ προκάλεσε μείωση στις αντίστοιχες ενέργειες των γυναικών. Οι ενέργειες της δέλτα και θήτα μπάντας δεν παρουσίασαν καμία αξιοσημείωτη μεταβολή οφειλόμενη στο φύλο, την ακτινοβολία ή την αλληλεπίδρασή τους. Αντίθετα, υπήρξε σημαντική αλληλεπίδραση του φύλου και της ακτινοβολίας στις ενέργειες του άλφα και του βήτα ρυθμού. Ενδιαφέρον παρουσίασε το γεγονός ότι αυτό το μοτίβο παρατηρήθηκε σε αρκετά ηλεκτρόδια, τα οποία σχημάτιζαν δύο διακριτές περιοχές στον εγκέφαλο,η μία πρόσθια δεξιά κι η δεύτερη η ινιακή. Στο τελευταίο μέρος της παρούσας μελέτης γίνεται προσπάθεια δημιουργίας ενός εργαλείου, το οποίο επεμβαίνοντας σε πρώιμο στάδιο σε αρχικές μετρήσεις εγκεφαλικών σημάτων, θα βοηθά στη σωστότερη αποθορυβοποίηση τους. Το εργαλείο αυτό βασίστηκε στη θεωρία των Γενετικών Αλγορίθμων και ουσιαστικά αναπτύχθηκε μία μέθοδος στάθμισης των δεδομένων που προέρχονται από πειράματα πολλών επαναλήψεων, με τρόπο τέτοιο ώστε να επιτευχθεί η κανονικότητα της κατανομής τους. Στο πλαίσιο αυτό, ελέγχθηκε το ενεργειακό περιεχόμενο σημάτων ΗΕΓ και ΗΜΓ, που ελήφθησαν από πείραμα χωρίς επίδραση Η/Μ ακτινοβολίας, ως προς την κατανομή των τιμών ενέργειας στις επαναλήψεις. Οι τιμές αυτές σταθμίστηκαν με συντελεστές που υπολογίστηκαν με χρήση των Γ.Α. κι έγινε εκ νέου έλεγχος της κατανομής των σταθμισμένων δεδομένων. Και στις δύο περιπτώσεις ο έλεγχος έγινε με τρεις διαφορετικές μεθόδους, ενώ τα αποτελέσματα που προέκυψαν συνηγορούν αφενός στην αναγκαιότητα ύπαρξης μίας τέτοιας μεθοδολογίας κι αφετέρου στην αποτελεσματικότητα της προτεινόμενης διαδικασίας. Στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν τα δεδομένα από το πείραμα που υλοποιήθηκε υπό την επίδραση μη μονοχρωματικής ακτινοβολίας W-CDMA, για τα οποία υπολογίστηκαν και εφαρμόστηκαν κοινοί συντελεστές στάθμισης σε ολόκληρο το σήμα του ΗΕΓ. Η ιδέα επεκτάθηκε και στα Π.Δ., με τον εφαρμογή των ίδιων βαρών που υπολογίστηκαν από το ΗΕΓ ηρεμίας και στο σήμα που ακολουθούσε το ερέθισμα. Στόχος και πάλι ήταν η μετατροπή της κατανομής των τιμών των επανάληψεων, σε κάθε μία χρονική στιγμή, σε κανονική. Η ισχύς της μεθόδου ελέγχθηκε μέσω των τιμών των συντελεστών κύρτωσης και ασυμμετρίας και φάνηκε να έχει αποτέλεσμα, αλλά όχι σε όλες τις περιπτώσεις ατόμων και ηλεκτροδίων και ενίοτε μόνο στον ένα εκ των μέτρων ασυμμετρίας και κύρτωσης. Συγκεκριμένα, αποδείχθηκε ότι σε ό,τι αφορά το σήμα ΗΕΓ, η κατανομή των τιμών που προκύπτουν από τις πολλές επαναλήψεις σε κάθε χρονική στιγμή του είναι δυνατό να προσεγγίσει την κανονική, εφόσον γίνει στάθμιση όλων των δεδομένων με κοινούς συντελεστές βαρους. Από την άλλη πλευρά, η στάθμιση του σήματος των Π.Δ. με τους συντελεστές βαρύτητας που υπολογίστηκαν από το σήμα ΗΕΓ ηρεμίας βρήκε έστω μικρής κλίμακας εφαρμογή. Υπήρξαν πολλές περιπτώσεις ατόμων και ηλεκτροδίων όπου οι συντελεστές ασυμμετρίας και κύρτωσης παρουσίασαν βελτίωση έναντι αυτών που αντιστοιχούσαν στα αρχικά δεδομένα, παρόλο που η βελτίωση δεν ήταν αντίστοιχη με αυτή που συντελέστηκε στο σήμα ΗΕΓ. Στο τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συνολικά συμπεράσματα της διαριβής και η επιστημονική συνεισφορά της. Επίσης γίνεται αναφορά σε μελλοντικές προοπτικές της παρούσας διατριβής., The present study aims to the development of processing methodologies and the evaluation of brain signals recorded during experimental measurements of EEG. The proposed methodology is applied to Electroencephalographic (EEG) signals, Event Related Potentials (ERP) and in one case to facial surface Electromyographic (EMG) signals. At the same time, an attempt to study and evaluate the effect of Electromagnetic Field (EMF) radiation of different characteristics and parameters on the electrical signals of the brain is being made. In this context, data acquired by previous experiments were used. Such data were brain signals recorded under the influence of EMF radiation and EMG and EEG measurements executed in an uncontaminated by EMF radiation environment. This “pool” of data was enriched by new experiments conducted during this study. The latter were designed and executed in collaboration with the University Mental Health Research Institute and their initial objective was to investigate the effect of broadband signals radiation, corresponding to the latest communication technologies, on the brain signals. The data collected from the aforementioned experimental measurements were processed and analyzed by various techniques. As a first approach, established and standard statistical methods were used to analyze the P600 component of ERPs recorded during an auditory memory task, in the presence and absence of monochromatic RF radiation, similar to that emitted by mobile phones, operating in 900 and 1800 MHz. The aim was to examine the patterns of activation of the P600 waveform of the ERPs, applying principal component analysis (PCA) and repeated measures ANOVA, and whether these patterns were RF and gender dependent. The results showed that the P600 component follows distinct patterns of activation in the anterior, central and posterior brain areas, while gender differences are observed simultaneously at several electrodes within these areas. Finally, the gender-related functional architecture with regard to the P600 component appears to be RF sensitive. In conclusion, the application of the PCA procedure provided an adequate model of the spatially distributed event-related dynamics that correspond to the P600 waveform. The same data, as described in the previous paragraph, were used to investigate the co-variance among ERP signals, using methods applied to time series and specifically the cointegration method. Within this framework, cointegration factor was defined as the ability of an ERP signal to co-vary with other ERP signals. Additionally, its dependance on different EMF conditions and gender, as well as the locations of the electrodes on the scalp, was investigated. The findings revealed that women have significantly higher cointegration factor than men, while all subjects have increased cointegration factors in the presence of EMF. What is more, the cointegration factor is location dependent, creating a distinct cluster of high cointegration capacity at the central and lateral electrodes of the scalp, in contrast to clusters of low cointegration capacity at the anterior and posterior electrodes. These findings seemed to have distinct similarities with those derived from standard methodologies of the ERPs. In the course of this thesis, a new experiment was conducted measuring brain signals of healthy volunteers, while performing an auditory memory task in the presence and absence of RF radiation, similar to that emitted by a WiFi access point operating at 2.4 GHz. For each subject, radiation condition and electrode, the amplitude in the frequency domain of the EEG signal was calculated, using the Fast Fourier transform. The presence of radiation had no effect on the energies of alpha and beta band of male subjects, while it reduced these energies of female subjects, resulting in significantly lower energies, as compared to those of males. Delta and theta band energies did not experience any noteworthy effect from gender, radiation condition and their interaction. Conversely, there was a significant interaction effect (gender x radiation) on the energies of alpha and beta rhythms. Interestingly, this pattern was observed for a number of electrodes, which formed two distinct clusters, one located at right- anterior and the second at occipital brain areas. These findings supported the idea that Wi-Fi signal may influence normal physiology through changes in gender related cortical excitability, as reflected by alpha and beta EEG frequencies. The last part of the present study implicates the development of a tool, which intends to improve the de- noising of brain signals’ measurements, by intervening at an early stage in them. This tool was based on the theory of Genetic Algorithms. In fact, a method of weighting data, which were recorded during experiments of many repetitions, was developed, so as to achieve the normality of their distribution. In this context, EEG and EMG signals, obtained from an experiment conducted in an environment clear of EMF were used. Initially, the distribution of the energy values of each repetition was checked in terms of normality. Subsequently, these values were weighted using the GAs and their distribution was checked once again. In both cases the test was performed using three different methods, while the results obtained suggest both to the need for such a methodology and to the effectiveness of the proposed procedure. Thereafter, the data acquired from an experiment that was implemented under the influence of non-monochromatic W-CDMA radiation, were processed. Common weights were calculated and applied to the entire EEG signal. This idea was extended to ERPs, by applying the same weights, calculated from the resting EEG signal, to the signal that followed the stimulus. The aim again was to transform the distribution of the values through iterations in each moment, into normal. The validity of the method was tested by means of the values of skewness and kurtosis coefficient. Generally the method appeared to have an effect, however not in all cases of subjects and electrodes, and sometimes only in one of the coefficients of skewness and kurtosis. More specifically, it was shown that regarding the EEG signal, the distribution of the values resulting from many repetitions at each moment, is possible to approach normality, upon weighting of all the data with common weight factors. On the other hand, weighting ERP signal with the factors calculated from the resting EEG signal showed a so be it small-scale effect. There have been many cases of subjects and electrodes where skewness and kurtosis coefficients found improved over those corresponding to the original data, although the improvement was not similar to that occurred in the EEG signal. The last chapter presents the overall conclusions of the thesis and its scientific contribution. Finally, references to the future perspectives of this thesis are being made.

203 σ., Η παρούσα διατριβή αποσκοπεί στην ανάπτυξη μεθοδολογιών επεξεργασίας και αξιολόγησης εγκεφαλικών σημάτων προερχόμενα απο πειραματικές μετρήσεις Ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος. Οι προτεινόμενες μεθοδολογίες εφαρμόζονται σε σήματα Ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος (ΗΕΓ) ηρεμίας, σε Εγκεφαλικά Προκλητά Δυναμικά (Π.Δ.) και σε μία περίπτωση σε σήματα Ηλεκτρομυογραφήματος (ΗΜΓ) προσώπου. Παράλληλα γίνεται προσπάθεια μελέτης και αξιολόγησης της επίδρασης Η/Μ ακτινοβολίας διαφορετικών χαρακτηριστικών και παραμέτρων στα ηλεκτρικά σήματα του εγκεφάλου. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα εγκεφαλικών σημάτων παρουσία Η/Μ ακτινοβολίας από προγενέστερα πειράματα, αλλά και από ένα πείραμα καταγραφής ΗΜΓ και ΗΕΓ χωρίς επίδραση Η/Μ ακτινοβολίας. Επιπλέον, στα πλαίσια της παρούσας διατριβής διεξήχθησαν και νέα πειράματα, σε συνεργασία με το Ερευνητικό Πανεπιστημιακό Ινστιτούτο Ψυχικής Υγιεινής. Τα πειράματα αυτά σχεδιάστηκαν και υλοποιήθηκαν με αρχικό στόχο τη μελέτη της επίδρασης σημάτων ευρυεκπομπής νέων τεχνολογιών στα εγκεφαλικά σήματα. Στη συνέχεια, τα δεδομένα που συνελέγησαν από τις πειραματικές μετρήσεις επεξεργάστηκαν και αναλύθηκαν με διάφορες τεχνικές. Αρχικά, χρησιμοποιήθηκαν γνωστές και καθιερωμένες στατιστικές μέθοδοι για την ανάλυση της κορυφής P600 των εγκεφαλικών Π.Δ. που προήλθαν από τα πειράματα μελέτης της επίδρασης μονοχρωματικής ακτινοβολίας, εκπεμπόμενης από κινητό τηλέφωνο στις συχνότητες των 900 και 1800 MHz. Στόχος ήταν να εξεταστεί το μοτίβο ενεργοποίησης της κυματομορφής P600 καθώς και η εξάρτησή του από το φύλο και την ακτινοβολία, εφαρμόζοντας δύο διαφορετικές στατιστικές μεθόδους. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η κορυφή P600 ακολουθεί διακριτά μοτίβα ενεργοποίησης στα πρόσθια, κεντρικά και οπίσθια ηλεκτρόδια, ενώ διαφορές ανάμεσα στα δύο φύλα παρατηρήθηκαν ταυτόχρονα σε πολλά ηλεκτρόδια αυτών των εγκεφαλικών περιοχών. Τέλος, οι παραπάνω διαφορές φάνηκε να επηρεάζονται σημαντικά κι από την επίδραση της ακτινοβολίας. Τα δεδομένα των ίδιων πειραμάτων, υπό την επίδραση Η/Μ ακτινοβολίας στις συχνότητες των 900 και 1800 MHz, χρησιμοποιήθηκαν επίσης για τη μελέτη της συνδιακύμανσης ανάμεσα σε σήματα Π.Δ., χρησιμοποιώντας μεθόδους χρονολογικών σειρών και συγκεκριμένα τη μέθοδο της συνολοκλήρωσης. Συγκεκριμένα, ορίστηκε ο παράγοντας συνολοκλήρωσης ως η ικανότητα ενός σήματος Π.Δ. να συμμεταβάλλεται με άλλα αντίστοιχα σήματα Π.Δ. Στη συνέχεια ερευνήθηκε η εξάρτηση του παράγοντα αυτού από την ακτινοβολία, το φύλο αλλά και από τις θέσεις των ηλεκτροδίων στο κεφάλι. Τα ευρήματα που προέκυψαν απεκάλυψαν ότι οι γυναίκες έχουν σημαντικά υψηλότερο παράγοντα συνολοκλήρωσης από τους άντρες, ενώ σε όλα τα άτομα η παρουσία ακτινοβολίας ενίσχυσε την τιμή του παράγοντα αυτού. Τέλος, ο παράγοντας συνολοκλήρωσης εμφάνισε διαφοροποιήσεις σχετικές με τις τοποθεσίες του εγκεφάλου, δημιουργώντας διακριτά συμπλέγματα σε αυτόν. Στην πορεία της διατριβής διεξήχθη πείραμα υπό την επίδραση Η/Μ ακτινοβολίας εκπεμπόμενη από WiFi access point. Από τα δεδομένα που καταγράφηκαν υπολογίστηκε αρχικά το πλάτος του ΗΕΓ στο πεδίο της συχνότητας, με βάση τον Ταχύ Μετασχηματισμό Fourier. Οι ενέργειες των ηλεκτροδίων καταγραφής, που προέκυψαν με αυτό τον τρόπο, υποβλήθηκαν σε πολυπαραγοντική ανάλυση της διακύμανσης, μέσω της οποίας εξετάστηκε η επίδραση του φύλου, της πειραματικής συνθήκης και της αλληλεπίδρασης των δύο με τις ενέργειες αυτές. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η ακτινοβολία δεν επηρέασε καθόλου τις ενέργειες του άλφα και βήτα ρυθμού των ανδρών, ενώ προκάλεσε μείωση στις αντίστοιχες ενέργειες των γυναικών. Οι ενέργειες της δέλτα και θήτα μπάντας δεν παρουσίασαν καμία αξιοσημείωτη μεταβολή οφειλόμενη στο φύλο, την ακτινοβολία ή την αλληλεπίδρασή τους. Αντίθετα, υπήρξε σημαντική αλληλεπίδραση του φύλου και της ακτινοβολίας στις ενέργειες του άλφα και του βήτα ρυθμού. Ενδιαφέρον παρουσίασε το γεγονός ότι αυτό το μοτίβο παρατηρήθηκε σε αρκετά ηλεκτρόδια, τα οποία σχημάτιζαν δύο διακριτές περιοχές στον εγκέφαλο,η μία πρόσθια δεξιά κι η δεύτερη η ινιακή. Στο τελευταίο μέρος της παρούσας μελέτης γίνεται προσπάθεια δημιουργίας ενός εργαλείου, το οποίο επεμβαίνοντας σε πρώιμο στάδιο σε αρχικές μετρήσεις εγκεφαλικών σημάτων, θα βοηθά στη σωστότερη αποθορυβοποίηση τους. Το εργαλείο αυτό βασίστηκε στη θεωρία των Γενετικών Αλγορίθμων και ουσιαστικά αναπτύχθηκε μία μέθοδος στάθμισης των δεδομένων που προέρχονται από πειράματα πολλών επαναλήψεων, με τρόπο τέτοιο ώστε να επιτευχθεί η κανονικότητα της κατανομής τους. Στο πλαίσιο αυτό, ελέγχθηκε το ενεργειακό περιεχόμενο σημάτων ΗΕΓ και ΗΜΓ, που ελήφθησαν από πείραμα χωρίς επίδραση Η/Μ ακτινοβολίας, ως προς την κατανομή των τιμών ενέργειας στις επαναλήψεις. Οι τιμές αυτές σταθμίστηκαν με συντελεστές που υπολογίστηκαν με χρήση των Γ.Α. κι έγινε εκ νέου έλεγχος της κατανομής των σταθμισμένων δεδομένων. Και στις δύο περιπτώσεις ο έλεγχος έγινε με τρεις διαφορετικές μεθόδους, ενώ τα αποτελέσματα που προέκυψαν συνηγορούν αφενός στην αναγκαιότητα ύπαρξης μίας τέτοιας μεθοδολογίας κι αφετέρου στην αποτελεσματικότητα της προτεινόμενης διαδικασίας. Στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν τα δεδομένα από το πείραμα που υλοποιήθηκε υπό την επίδραση μη μονοχρωματικής ακτινοβολίας W-CDMA, για τα οποία υπολογίστηκαν και εφαρμόστηκαν κοινοί συντελεστές στάθμισης σε ολόκληρο το σήμα του ΗΕΓ. Η ιδέα επεκτάθηκε και στα Π.Δ., με τον εφαρμογή των ίδιων βαρών που υπολογίστηκαν από το ΗΕΓ ηρεμίας και στο σήμα που ακολουθούσε το ερέθισμα. Στόχος και πάλι ήταν η μετατροπή της κατανομής των τιμών των επανάληψεων, σε κάθε μία χρονική στιγμή, σε κανονική. Η ισχύς της μεθόδου ελέγχθηκε μέσω των τιμών των συντελεστών κύρτωσης και ασυμμετρίας και φάνηκε να έχει αποτέλεσμα, αλλά όχι σε όλες τις περιπτώσεις ατόμων και ηλεκτροδίων και ενίοτε μόνο στον ένα εκ των μέτρων ασυμμετρίας και κύρτωσης. Συγκεκριμένα, αποδείχθηκε ότι σε ό,τι αφορά το σήμα ΗΕΓ, η κατανομή των τιμών που προκύπτουν από τις πολλές επαναλήψεις σε κάθε χρονική στιγμή του είναι δυνατό να προσεγγίσει την κανονική, εφόσον γίνει στάθμιση όλων των δεδομένων με κοινούς συντελεστές βαρους. Από την άλλη πλευρά, η στάθμιση του σήματος των Π.Δ. με τους συντελεστές βαρύτητας που υπολογίστηκαν από το σήμα ΗΕΓ ηρεμίας βρήκε έστω μικρής κλίμακας εφαρμογή. Υπήρξαν πολλές περιπτώσεις ατόμων και ηλεκτροδίων όπου οι συντελεστές ασυμμετρίας και κύρτωσης παρουσίασαν βελτίωση έναντι αυτών που αντιστοιχούσαν στα αρχικά δεδομένα, παρόλο που η βελτίωση δεν ήταν αντίστοιχη με αυτή που συντελέστηκε στο σήμα ΗΕΓ. Στο τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συνολικά συμπεράσματα της διαριβής και η επιστημονική συνεισφορά της. Επίσης γίνεται αναφορά σε μελλοντικές προοπτικές της παρούσας διατριβής., The present study aims to the development of processing methodologies and the evaluation of brain signals recorded during experimental measurements of EEG. The proposed methodology is applied to Electroencephalographic (EEG) signals, Event Related Potentials (ERP) and in one case to facial surface Electromyographic (EMG) signals. At the same time, an attempt to study and evaluate the effect of Electromagnetic Field (EMF) radiation of different characteristics and parameters on the electrical signals of the brain is being made. In this context, data acquired by previous experiments were used. Such data were brain signals recorded under the influence of EMF radiation and EMG and EEG measurements executed in an uncontaminated by EMF radiation environment. This “pool” of data was enriched by new experiments conducted during this study. The latter were designed and executed in collaboration with the University Mental Health Research Institute and their initial objective was to investigate the effect of broadband signals radiation, corresponding to the latest communication technologies, on the brain signals. The data collected from the aforementioned experimental measurements were processed and analyzed by various techniques. As a first approach, established and standard statistical methods were used to analyze the P600 component of ERPs recorded during an auditory memory task, in the presence and absence of monochromatic RF radiation, similar to that emitted by mobile phones, operating in 900 and 1800 MHz. The aim was to examine the patterns of activation of the P600 waveform of the ERPs, applying principal component analysis (PCA) and repeated measures ANOVA, and whether these patterns were RF and gender dependent. The results showed that the P600 component follows distinct patterns of activation in the anterior, central and posterior brain areas, while gender differences are observed simultaneously at several electrodes within these areas. Finally, the gender-related functional architecture with regard to the P600 component appears to be RF sensitive. In conclusion, the application of the PCA procedure provided an adequate model of the spatially distributed event-related dynamics that correspond to the P600 waveform. The same data, as described in the previous paragraph, were used to investigate the co-variance among ERP signals, using methods applied to time series and specifically the cointegration method. Within this framework, cointegration factor was defined as the ability of an ERP signal to co-vary with other ERP signals. Additionally, its dependance on different EMF conditions and gender, as well as the locations of the electrodes on the scalp, was investigated. The findings revealed that women have significantly higher cointegration factor than men, while all subjects have increased cointegration factors in the presence of EMF. What is more, the cointegration factor is location dependent, creating a distinct cluster of high cointegration capacity at the central and lateral electrodes of the scalp, in contrast to clusters of low cointegration capacity at the anterior and posterior electrodes. These findings seemed to have distinct similarities with those derived from standard methodologies of the ERPs. In the course of this thesis, a new experiment was conducted measuring brain signals of healthy volunteers, while performing an auditory memory task in the presence and absence of RF radiation, similar to that emitted by a WiFi access point operating at 2.4 GHz. For each subject, radiation condition and electrode, the amplitude in the frequency domain of the EEG signal was calculated, using the Fast Fourier transform. The presence of radiation had no effect on the energies of alpha and beta band of male subjects, while it reduced these energies of female subjects, resulting in significantly lower energies, as compared to those of males. Delta and theta band energies did not experience any noteworthy effect from gender, radiation condition and their interaction. Conversely, there was a significant interaction effect (gender x radiation) on the energies of alpha and beta rhythms. Interestingly, this pattern was observed for a number of electrodes, which formed two distinct clusters, one located at right- anterior and the second at occipital brain areas. These findings supported the idea that Wi-Fi signal may influence normal physiology through changes in gender related cortical excitability, as reflected by alpha and beta EEG frequencies. The last part of the present study implicates the development of a tool, which intends to improve the de- noising of brain signals’ measurements, by intervening at an early stage in them. This tool was based on the theory of Genetic Algorithms. In fact, a method of weighting data, which were recorded during experiments of many repetitions, was developed, so as to achieve the normality of their distribution. In this context, EEG and EMG signals, obtained from an experiment conducted in an environment clear of EMF were used. Initially, the distribution of the energy values of each repetition was checked in terms of normality. Subsequently, these values were weighted using the GAs and their distribution was checked once again. In both cases the test was performed using three different methods, while the results obtained suggest both to the need for such a methodology and to the effectiveness of the proposed procedure. Thereafter, the data acquired from an experiment that was implemented under the influence of non-monochromatic W-CDMA radiation, were processed. Common weights were calculated and applied to the entire EEG signal. This idea was extended to ERPs, by applying the same weights, calculated from the resting EEG signal, to the signal that followed the stimulus. The aim again was to transform the distribution of the values through iterations in each moment, into normal. The validity of the method was tested by means of the values of skewness and kurtosis coefficient. Generally the method appeared to have an effect, however not in all cases of subjects and electrodes, and sometimes only in one of the coefficients of skewness and kurtosis. More specifically, it was shown that regarding the EEG signal, the distribution of the values resulting from many repetitions at each moment, is possible to approach normality, upon weighting of all the data with common weight factors. On the other hand, weighting ERP signal with the factors calculated from the resting EEG signal showed a so be it small-scale effect. There have been many cases of subjects and electrodes where skewness and kurtosis coefficients found improved over those corresponding to the original data, although the improvement was not similar to that occurred in the EEG signal. The last chapter presents the overall conclusions of the thesis and its scientific contribution. Finally, references to the future perspectives of this thesis are being made., Αργυρώ Εμ. Μαγκανιώτη

Το ηλεκτροεγκεφαλογράφημα αποτελεί μία μέθοδο καταγραφής των ηλεκτρικών σημάτων που παράγονται στο εσωτερικό του εγκεφάλου. Τα ηλεκτρικά αυτά σήματα διαχέονται από το σημείο που παράγονται προς την εξωτερική δερματική επιφάνεια του κρανίου όπου μετρώνται ως διαφορές δυναμικού. Αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας είναι η σχεδίαση και η υλοποίηση μίας πειραματικής συνθήκης και της αντίστοιχης πειραματικής διάταξης, η οποία θα επιτρέπει την καταγραφή των Προκλητών δυναμικών του ατόμου που θα εκτελεί το πείραμα. Το κλινικό πρωτόκολλο που χρησιμοποιήθηκε εξετάζει δύο βασικά θέματα. Το πρώτο αφορά την αντίληψη του ανθρώπου για το χρόνο και το δεύτερο το πώς επηρεάζουν τα υποσυνείδητα μηνύματα τη λήψη αποφάσεων και την εγκεφαλική λειτουργία. Αρχικά, στο πρώτο κεφάλαιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας, αναφέρονται οι βασικές αρχές του ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος και το σύστημα διάδοσης της πληροφορίας στον ανθρώπινο εγκέφαλο. Επιπλέον περιγράφεται ο τρόπος με τον οποίο γίνεται η καταγραφή του σήματος του εγκεφαλογραφήματος και των Προκλητών Δυναμικών. Στη συνέχεια, στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται η θεωρία στην οποία βασίστηκε ο σχεδιασμός του κλινικού πρωτοκόλλου και η οποία αφορά δύο θέματα, την αντίληψη του ανθρώπου για το χρόνο και την επιρροή των υποσυνείδητων μηνυμάτων στη λήψη αποφάσεων. Στα επόμενα κεφάλαια περιγράφεται το κλινικό πρωτόκολλο που χρησιμοποιήθηκε και οι πειραματικές συνθήκες που εξετάστηκαν κατά τη διεξαγωγή των πειραμάτων. Ακόμα, γίνεται περιγραφή τόσο του υλικού όσο και του λογισμικού μέρους της πειραματικής διάταξης που αναπτύχθηκε για την υλοποίηση του κλινικού πρωτοκόλλου. Η πειραματική διάταξη που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της διπλωματικής επιτρέπει τη σύνδεση με Ηλεκτροεγκεφαλογράφο με αποτέλεσμα τον συγχρονισμό της πειραματικής ακολουθίας και της καταγραφής του ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος και των Προκλητών Δυναμικών. Με την πειραματική διάταξη που αναπτύχθηκε έγιναν δύο πειράματα. Η καταγραφή της εγκεφαλικής δραστηριότητας του κάθε εξεταζόμενου (ΗΕΓ) ήταν συνεχής για όλη τη διάρκεια της δοκιμασίας. Η εξαγωγή των Προκλητών Δυναμικών έγινε μετά το τέλος της καταγραφής με το πρόγραμμα EEGLAB, με το οποίο έγινε και η επεξεργασία τους. Τα Προκλητά Δυναμικά απεικονίστηκαν τόσο σε δισδιάστατα όσο και σε τρισδιάστατα μοντέλα κεφαλιών ενώ εξετάστηκε και το φασματικό περιεχόμενο του σήματος του ηλετροεγκεφαλογραφήματος για τις διάφορες πειραματικές συνθήκες. Από την ανάλυση των καταγραφών παρατηρήθηκαν κάποιες διαφορές μεταξύ των συνθηκών του πειράματος οι οποίες περιείχαν υποσυνείδητα μηνύματα και αυτών που δεν περιείχαν. Οι κορυφώσεις του δυναμικού εντοπίστηκαν τις ίδιες χρονικές στιγμές για όλες τις συνθήκες ενώ το πλάτος τους ήταν διαφορετικό μεταξύ των συνθηκών στις οποίες δινόταν στους εξεταζόμενους η σωστή απάντηση με υποσυνείδητο μήνυμα και σε αυτές που δεν δινόταν. The electroencephalogram constitutes a method for recording electrical signals produced in the interior of the brain. These electric signals are diffused from the point of the brain where they are produced to the exterior dermal surface of the skull where they are measured as potential differences. The object of this diploma thesis is the design and the development of an experiment and the corresponding experimental setup, which allows the recording of the Event Related Potentials of the person who executes the experiment. The clinical protocol that is used examines two fundamental issues. The first is related to time perception while the second one examines if and how subliminal messages influence the decision making and the cerebral operation. Initially, in the first chapter of the present diploma thesis, the fundamentals of the Electroencephalogram and the system that is responsible for the distribution of the information inside the human brain is described. Following, Electroencephalogram and Event Related Potentials (ERPs) recordings are described. In the second chapter the theory on which the planning of the clinical protocol was based is presented. It concerns two research fields of psychophysiology; time perception and the influence of subliminal messages in decision-making. In the next chapters the clinical protocol and the experimental conditions that were examined during the experiments are described. Furthermore, there is a description of both the software and the hardware modules of the developed system. The experimental setup that was developed in the framework of the diploma thesis allows the connection to an Electroencephalograph and appropriate trigger signals are used in order to synchronize stimuli and recordings of EEG and ERPs. Two experiments were conducted. The recording of the brain activity was continuous for the whole duration of the experimental procedure. The Event Related Potentials were extracted post-hoc, after the end of the recording, using the EEGLAB software. The Event Relates Potentials were mapped both on two-dimensional and on three-dimensional head models. The spectrum of the electroencephalogram was also examined for the various experimental conditions. Analysis of the recordings revealed differences between the experimental conditions that contained subliminal messages in the EEG and ERPs. The ERPs’ peaks were detected at the same time delays for all the conditions. However, the amplitude of the peaks differed between the conditions where the right answers were given with subliminal messages and those that did not contain any subliminal messages.