論文の概要: Time delay multi-feature correlation analysis to extract subtle
dependencies from EEG signals
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.09478v2
- Date: Mon, 29 May 2023 07:42:46 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-31 00:11:28.386229
- Title: Time delay multi-feature correlation analysis to extract subtle
dependencies from EEG signals
- Title（参考訳）: 脳波信号からの微妙な依存関係抽出のための時間遅延多機能相関解析
- Authors: Jarek Duda
- Abstract要約: 脳波(EEG)信号は、非常に複雑な脳活動の結果である。
この隠れた力学のいくつかの詳細は、例えば、結合分布$rho_Delta t$のような様々な時間遅延によってシフトした電極対の信号を通してアクセスすることができる(lag $Delta t)。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.8702432681310399
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Electroencephalography (EEG) signals are resultants of extremely complex
brain activity. Some details of this hidden dynamics might be accessible
through e.g. joint distributions $\rho_{\Delta t}$ of signals of pairs of
electrodes shifted by various time delays (lag $\Delta t$). A standard approach
is monitoring a single evaluation of such joint distributions, like Pearson
correlation (or mutual information), which turns out relatively uninteresting -
as expected, there is usually a small peak for zero delay and nearly symmetric
drop with delay. In contrast, such a complex signal might be composed of
multiple types of statistical dependencies - this article proposes approach to
automatically decompose and extract them. Specifically, we model such joint
distributions as polynomials, estimated separately for all considered lag
dependencies, then with PCA dimensionality reduction we find the dominant joint
density distortion directions $f_v$. This way we get a few lag dependent
features $a_i(\Delta t)$ describing separate dominating statistical
dependencies of known contributions: $\rho_{\Delta t}(y,z)\approx \sum_{i=1}^r
a_i(\Delta t)\, f_{v_i}(y,z)$. Such features complement Pearson correlation,
extracting hidden more complex behavior, e.g. with asymmetry which might be
related with direction of information transfer, extrema suggesting
characteristic delays, or oscillatory behavior suggesting some periodicity.
There is also discussed extension of Granger causality to such multi-feature
joint density analysis, suggesting e.g. two separate causality waves. While
this early article is initial fundamental research, in future it might help
e.g. with understanding of cortex hidden dynamics, diagnosis of pathologies
like epilepsy, determination of precise electrode position, or building
brain-computer interface.
- Abstract（参考訳）: 脳波(EEG)信号は、非常に複雑な脳活動の結果である。
この隠れた力学のいくつかの詳細は、例えば結合分布$\rho_{\Delta t}$のような様々な時間遅延によってシフトした電極対の信号を通してアクセスすることができる(lag $\Delta t$)。
標準的なアプローチでは、ピアソン相関(あるいは相互情報)のような単一のジョイント分布の評価を監視しており、これは比較的興味を示さない結果となり、通常はゼロ遅延とほぼ対称な遅延のピークがある。
対照的に、そのような複雑な信号は、複数の種類の統計的依存関係で構成されているかもしれない。
具体的には、そのようなジョイント分布を多項式としてモデル化し、すべてのラグ依存性を別々に推定し、pca次元の低減により支配的なジョイント密度歪み方向が$f_v$を求める。
このようにして、いくつかの遅延依存機能が得られる: $a_i(\delta t)$ 既知の貢献の独立した支配的統計依存性: $\rho_{\delta t}(y,z)\approx \sum_{i=1}^r a_i(\delta t)\, f_{v_i}(y,z)$。
このような特徴はピアソンの相関を補完し、例えば情報伝達の方向に関連する非対称性、特性遅延を示唆するエクストリーム、周期性を示す発振挙動などの隠れた複雑な振る舞いを抽出する。
このような多機能関節密度解析へのグランガー因果性の拡張についても論じられており、例えば2つの別々の因果性波を示唆している。
この初期の論文は初期の基礎研究であるが、将来は皮質の隠れたダイナミクスの理解、てんかんのような病理の診断、正確な電極位置の決定、脳-コンピューターインターフェイスの構築などに役立つかもしれない。
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