شماره مدرك
21188
شماره راهنما
18157
پديد آورنده
مزروعي سبداني، علي
عنوان
تاثير سن بر همگامسازي مغز بااستفاده از سيگنالهاي EEG
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
بيوالكتريك
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
دوازده، 78ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
الكتروانسفالوگرافي , سالمندي مغز , همگامسازي , نظريه گراف , مدل كوراموتو
تاريخ ورود اطلاعات
1405/05/17
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي برق
دانشكده
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/05/18
كد ايرانداك
23233629
چكيده فارسي
فرآيند سالمندي با تغييرات تدريجي در سازماندهي شبكههاي عملكردي مغز همراه است كه در سطح سيگنالهاي الكتروانسفالوگرافي بهصورت دگرگوني در الگوهاي همگامسازي و اتصال عملكردي نمايان ميشود. با اين حال، شواهد موجود نشان ميدهند كه اين تغييرات الزاماً به كاهش يكنواخت كارايي شبكهاي محدود نميشوند و ميتوانند بسته به باند فركانسي و نوع شاخص اتصال، الگوهاي پيچيدهتري را شامل شوند. هدف از اين پژوهش، بررسي جامع اثر سالمندي طبيعي بر همگامسازي مغزي و سازماندهي شبكههاي الكتروانسفالوگرافي با بهرهگيري از شاخصهاي متنوع اتصال عملكردي، تحليل شبكهاي مبتني بر نظريه گراف و يك چارچوب ديناميكي مبتني بر مدل كوراموتو بوده است.
در اين مطالعه، از دادههاي الكتروانسفالوگرافي حالت استراحت (چشم بسته) مربوط به يك مجموعهدادهي طولي شامل 208 شركتكننده سالم در بازهي سني بزرگسالي، با فاصلهي زماني حدود پنج سال بين دو جلسه ثبت، استفاده شد. پس از انجام پيشپردازش استاندارد شامل فيلترگذاري، حذف آرتيفكتها و بازارجاع سيگنالها، شاخصهاي اتصال عملكردي شامل مقدار قفل فاز، شاخص تاخير فازي وزندار، كوهرنس و شاخص اطلاعات متقابل در باندهاي فركانسي آلفا، بتا و گاما استخراج گرديدند. بر اساس ماتريسهاي اتصال حاصل، شبكههاي عملكردي مغز بازسازي شده و شاخصهاي توپولوژيك در سطوح شبكه و گره محاسبه شدند. همچنين، براي ارزيابي پيامدهاي ديناميكي بازآرايي ساختاري، تحليل همگامسازي شبكه با استفاده از مدل كوراموتو و برآورد پارامتر كوپلينگ بحراني انجام گرفت.
نتايج نشان دادند كه تغييرات شبكهاي مغز در سالمندي الگوي يكنواختي ندارند و وابسته به باند فركانسي و شاخص اتصال هستند. در باند آلفا، كاهش كارايي شبكهاي و افزايش طول مسير مشخصه مشاهده شد كه بيانگر افت تدريجي يكپارچگي شبكههاي گسترده مغزي است. در مقابل، در باند گاما بهويژه در شاخص اطلاعات متقابل، افزايش كارايي شبكهاي، كاهش طول مسير مشخصه و كاهش ماژولاريتي مشاهده گرديد كه حاكي از بازآرايي و بازتنظيم شبكهاي در سالمندي طبيعي است. تحليلهاي سطح گره نشان دادند كه اين تغييرات عمدتاً در نواحي پيشاني - مركزي و آهيانهاي مياني و بهصورت افزايش قدرت گره و ضريب خوشهبندي وزندار رخ ميدهند. علاوه بر اين، نتايج تحليل ديناميكي مبتني بر مدل كوراموتو نشان داد كه شبكههاي گاماي مبتني بر اطلاعات متقابل در جلسه دوم با آستانه كوپلينگ پايينتري به همگامسازي پايدار ميرسند كه بيانگر افزايش قابليت همگامسازي ديناميكي شبكه در باند گاما و در گذر زمان است.
در مجموع، يافتهها نشان ميدهند كه سالمندي طبيعي مغز فرآيندي دووجهي است كه شامل كاهش كارايي در باندهاي فركانسي پايين و بازتنظيم شبكهاي در باندهاي بالاتر ميباشد. اين نتايج بر اهميت استفاده از رويكردهاي چندشاخصه، چندباندي و تركيب تحليلهاي توپولوژيك و ديناميكي براي درك جامعتر تغييرات شبكهاي مغز در سالمندي تأكيد ميكنند.
چكيده انگليسي
Aging is accompanied by gradual changes in the organization of functional brain networks, which are reflected in electroencephalographic (EEG) signals as alterations in synchronization and functional connectivity patterns. However, these changes are not necessarily characterized by a uniform decline in network efficiency and may vary across frequency bands and connectivity measures. This study aimed to investigate the effects of healthy aging on brain synchronization and EEG network organization using multiple functional connectivity metrics, graph-theoretical analysis, and a dynamical framework based on the Kuramoto model.
Resting-state (eyes-closed) EEG data from a longitudinal cohort of 208 healthy adults were analyzed, with an interval of approximately five years between two recording sessions. Following standard preprocessing, functional connectivity was estimated using Phase Locking Value, Weighted Phase Lag Index, Coherence, and Mutual Information in the alpha, beta, and gamma frequency bands. Functional brain networks were reconstructed from these connectivity matrices, and topological metrics were computed at both network and node levels. In addition, network synchronizability was assessed using the Kuramoto model by estimating the critical coupling required for stable synchronization.
The results revealed frequency-specific aging effects. In the alpha band, reduced network efficiency and increased characteristic path length indicated a decline in large-scale network integration. In contrast, gamma-band networks particularly those derived from Mutual Information showed increased efficiency, reduced path length, and decreased modularity, suggesting adaptive network reorganization during healthy aging. Node-level analyses localized these changes primarily to Fronto-central and medial parietal regions, reflected by increased node strength and Weighted Clustering Coefficient. Consistently, Kuramoto-based analysis demonstrated that gamma-band networks reached stable synchronization at lower coupling thresholds over time, indicating enhanced dynamical synchronizability.
Overall, the findings suggest that healthy brain aging is a dual-process phenomenon, involving reduced efficiency in lower frequency bands alongside selective network reorganization in higher frequencies. These results underscore the value of multi-metric, multi-band, and combined topological–dynamical approaches for a comprehensive understanding of age-related changes in brain networks.
استاد راهنما
جلال ذهبي , امير اخوان بي تقصير
استاد داور
احسان روحاني , رسول امير فتاحي ورنوسفادراني