Reducción de artefactos en señales electroencefalográficas mediante nuevas técnicas de filtrado automático basadas en separación ciega de fuentes.

Resumen

El análisis cuantitativo y la interpretación de las señales electroencefalográficas (EEG) permiten la comprensión de la función cerebral, ayudando al diagnóstico de estados disfuncionales. Sin embargo, es conocido que cierta actividad de origen no cortical contribuye también en los registros de EEG, siendo el caso más crítico y relevante el producido por la contaminación debida a la actividad ocular. El método considerado gold standard en neuropsicofarmacología para la reducción de artefactos oculares en señales EEG está basado en la regresión lineal. Sin embargo, esta técnica no sólo reduce la contaminación ocular sino que también elimina cierta actividad cerebral. Por tanto, el desarrollo de nuevos métodos automáticos para la reducción de la actividad ocular presente en las señales EEG, que superen las limitaciones presentadas por los métodos actualmente más utilizados, constituye un paso definitivo en los ensayos clínicos dedicados a evaluar los efectos de un fármaco en el sistema nervioso central. El objetivo principal de la tesis es el diseño y evaluación objetiva de métodos automáticos de filtrado de artefactos oculares en señales EEG espontáneas para la mejora cuantitativa en los estudios de fármaco-EEG. Para ello, se estudian las diferentes situaciones de contaminación ocular en las señales EEG y su problemática bajo la situación de vigilia, mediante bases de datos de registros adquiridos en voluntarios sanos tras la administración de fármacos. Se describen los métodos clásicos de filtrado ocular y la implementación del nuevo método de filtrado automático basado en BSS. La situación más propicia para una evaluación objetiva de los diferentes métodos de filtrado ocular precisa la utilización de señales electrooculográficas (EOG) y EEG simuladas, donde las actividades ocular y cerebral puedan ser conocidas de antemano. Se generan señales simuladas a partir de la mezcla de las actividades ocular y cerebral (extraídas de señales EOG y EEG reales) mediante dos estrategias: mezclas instantáneas y mezclas convolutivas. Se realiza un análisis comparativo de la eficacia de los métodos de filtrado ocular en las señales simuladas. A continuación, se determina el impacto del filtrado ocular en la evaluación de los efectos inducidos por un fármaco en el cerebro, comparando el método propuesto basado en BSS con el procedimiento considerado gold standard.A partir de los resultados obtenidos se puede concluir que el método para la reducción de artefactos oculares basado en BSS propuesto en esta tesis doctoral muestra un mejor comportamiento que el método gold standard tanto en señales simuladas [Romero et al, 2008] [Romero et al, 2009a] como en señales reales [Romero et al, 2009b].Las aportaciones más relevantes de esta tesis son: 1) La implementación de un nuevo método completamente automático para el filtrado de la contaminación ocular en señales EEG. Este método está basado en los algoritmos de BSS AMUSE o SOBI indistintamente, se aplica a segmentos de corta duración, e incluye la detección automática de las componentes fuente asociadas a la actividad ocular. 2) La estimación de modelos MISO que reflejan la propagación de las actividades ocular y cerebral a lo largo del cuero cabelludo. Dichos modelos han permitido aportar información para aclarar la discusión acerca de la dependencia o independencia de la frecuencia en la propagación ocular. Estos resultados afirman que ambas propagaciones de la actividad ocular y cerebral pueden considerarse independientes de la frecuencia, y por tanto totalmente de acuerdo con lo esperado a partir del conocimiento biofísico existente. 3) La realización de una herramienta informática para el procesado de señales EEG en estudios de fármaco-EEG. Esta interfaz gráfica interactiva ya ha empezado a ser utilizada en diversos estudios de evaluación del efecto de un fármaco en el sistema nervioso central [Alonso et al., 2010], por el CIM del Hospital de la Santa Creu i Sant Pau de Barcelona.