Mutual information between brain and heart activity before an epileptic seizure

Abstract

ВступЕпілепсія є одною з найбільш поширених неврологічних хвороб, на яку принаймні раз у житті страждали приблизно 1 % населення пла-нети. При цій недузі в пацієнтів спостерігаються повторювані та непередбачувані епілептичні на-пади, прояви яких часто супроводжуються су-домами, затримкою дихання, втратою свідомос-ті та ін. Це значно обмежує можливості повсяк-денної активності пацієнтів та іноді становить загрозу їх життю та безпеці оточуючих.Наразі відсутні можливості для надійного ав-томатичного прогнозування епілептичного на-паду, які повинні допомогти пацієнтам, що стра-ждають на епілепсію. Найбільш розповсюдже-ним підходом є аналіз електричної активності мозку людини (сигналів електроенцефалорами), для чого застосовуються лінійні методи (спект-ральний та спектрально-часовий аналіз, коре-ляційний аналіз) та нелінійні методи (ентропій-ний аналіз, фазова синхронізація та імовірність синхронізації, експоненти Ляпунова) [1, 8, 10, 12, 13, 15] Останніми роками з'являються публікації, що підтверджують вплив епілепсії на серцево-судинну систему. Ураження областей мозку, які відповідають за управління серцевою активніс-тю, приводять до зміни характеристик варіабе-льності серцевого ритму (ВСР) як під час епіле-птичного нападу, так і в періоди між нападами [2,5, 6]. Зокрема, відомо, що зміни ВСР можуть нести прогностичну інформацію щодо майбут-нього епілептичного нападу, що підтверджує ті-сний зв'язок між процесами, що керують серце-вою та мозковою активністю [7, 16].Наразі прогностична цінність використання для попередження епілептичних нападів окремо характеристик активності мозку і серця невели-ка. Тому в даній роботі пропонується розвинути ідею аналізу взаємодії між активністю серця та мозку [14, 18] для прогнозування епілептичного нападу. Задачею даної роботи є дослідження взаємної інформації між сигналами електроен-цефалограми та енергетичними характеристи-ками варіабельності серцевого ритму у хворих на епілепсію, та визначення застосовності цієї характеристики для прогнозування епілептичних нападів. Інтегральна оцінка активності мозку і серцяЕлектрична активність мозку може бути візу-алізована при електроенцефалографії. Це ме-тодика реєстрації багатоканального сигналу різ-ниці потенціалів між точками на поверхні голо-ви, які супроводжують роботу мозку. Для реєст-рації електроенцефалограми (ЕЕГ) на поверхню шкіри голови накладаються електроди за стан-дартизованою схемою, які підключені до підси-лювачів біопотенціалів. ЕЕГ -це низькоамплі-тудний сигнал (в нормі амплітуда ЕЕГ до

Heart beat-to-beat intervals classification for epileptic seizure prediction

“…prior to seizures' onset. In some other published works joint analysis of EEG and ECG was done for seizure forecasting [6,7,8,9,10]. In almost all of them, the HRV features were calculated using complicated and often nonlinear equations, which is potentially harnessing the usability of such feature extraction techniques in real time.…”