Bayesian models for synchronizations detection in electrocortical signals

Autor: Rio, Maxime
Přispěvatelé: Neuromimetic intelligence (CORTEX), Inria Nancy - Grand Est, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Department of Complex Systems, Artificial Intelligence & Robotics (LORIA - AIS), Laboratoire Lorrain de Recherche en Informatique et ses Applications (LORIA), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lorraine (UL)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lorraine (UL)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire Lorrain de Recherche en Informatique et ses Applications (LORIA), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lorraine (UL)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lorraine (UL), Analysis and modeling of neural systems by a system neuroscience approach (NEUROSYS), Université de Lorraine, Bernard Girau(bernard.girau@loria.fr), Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire Lorrain de Recherche en Informatique et ses Applications (LORIA), Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Rio, Maxime
Jazyk: francouzština
Rok vydání: 2013
Předmět:
[INFO.INFO-TS] Computer Science [cs]/Signal and Image Processing
bayesian models
single trial analysis
Rice distribution
inférence bayésienne variationnelle
[INFO.INFO-TS]Computer Science [cs]/Signal and Image Processing
[INFO.INFO-LG]Computer Science [cs]/Machine Learning [cs.LG]
[STAT.ML]Statistics [stat]/Machine Learning [stat.ML]
[MATH.MATH-ST]Mathematics [math]/Statistics [math.ST]
time-frequency representation
variational bayesian inference
[SDV.NEU] Life Sciences [q-bio]/Neurons and Cognition [q-bio.NC]
[MATH.MATH-ST] Mathematics [math]/Statistics [math.ST]
[SPI.SIGNAL] Engineering Sciences [physics]/Signal and Image processing
modèles bayésiens
[STAT.TH] Statistics [stat]/Statistics Theory [stat.TH]
analyse simple essai
[INFO.INFO-LG] Computer Science [cs]/Machine Learning [cs.LG]
[STAT.TH]Statistics [stat]/Statistics Theory [stat.TH]
représentations temps-fréquence
synchronisations corticales
[STAT.ML] Statistics [stat]/Machine Learning [stat.ML]
distribution de Rice
cortical synchronisation
[SDV.NEU]Life Sciences [q-bio]/Neurons and Cognition [q-bio.NC]
[SPI.SIGNAL]Engineering Sciences [physics]/Signal and Image processing
Zdroj: Traitement du signal et de l'image [eess.SP]. Université de Lorraine, 2013. Français
Traitement du signal et de l'image [eess.SP]. Université de Lorraine, 2013. Français. ⟨NNT : ⟩
Popis: This thesis promotes new methods to analyze intracranial cerebral signals (local field potentials), which overcome limitations of the standard time-frequency method of event-related spectral perturbations analysis: averaging over the trials and relying on the activity in the pre-stimulus period. The first proposed method is based on the detection of sub-networks of electrodes whose activity presents cooccurring synchronisations at a same point of the time-frequency plan, using bayesian gaussian mixture models. The relevant sub-networks are validated with a stability measure computed over the results obtained from different trials. For the second proposed method, the fact that a white noise in the temporal domain is transformed into a rician noise in the amplitude domain of a time-frequency transform made possible the development of a segmentation of the signal in each frequency band of each trial into two possible levels, a high one and a low one, using bayesian rician mixture models with two components. From these two levels, a statistical analysis can detect time-frequency regions more or less active. To develop the bayesian rician mixture model, new algorithms of variational bayesian inference have been created for the Rice distribution and the rician mixture distribution. Performances of the new methods have been evaluated on artificial data and experimental data recorded on monkeys. It appears that the new methods generate less false positive results and are more robust to a lack of data in the pre-stimulus period.
Cette thèse propose de nouvelles méthodes d'analyse d'enregistrements cérébraux intra-crâniens (potentiels de champs locaux), qui pallie les lacunes de la méthode temps-fréquence standard d'analyse des perturbations spectrales événementielles : le calcul d'une moyenne sur les enregistrements et l'emploi de l'activité dans la période pré-stimulus. La première méthode proposée repose sur la détection de sous-ensembles d'électrodes dont l'activité présente des synchronisations cooccurrentes en un même point du plan temps-fréquence, à l'aide de modèles bayésiens de mélange gaussiens. Les sous-ensembles d'électrodes pertinents sont validés par une mesure de stabilité calculée entre les résultats obtenus sur les différents enregistrements. Pour la seconde méthode proposée, le constat qu'un bruit blanc dans le domaine temporel se transforme en bruit ricien dans le domaine de l'amplitude d'une transformée temps-fréquence a permis de mettre au point une segmentation du signal de chaque enregistrement dans chaque bande de fréquence en deux niveaux possibles, haut ou bas, à l'aide de modèles bayésiens de mélange ricien à deux composantes. À partir de ces deux niveaux, une analyse statistique permet de détecter des régions temps-fréquence plus ou moins actives. Pour développer le modèle bayésien de mélange ricien, de nouveaux algorithmes d'inférence bayésienne variationnelle ont été créés pour les distributions de Rice et de mélange ricien. Les performances des nouvelles méthodes ont été évaluées sur des données artificielles et sur des données expérimentales enregistrées sur des singes. Il ressort que les nouvelles méthodes génèrent moins de faux-positifs et sont plus robustes à l'absence de données dans la période pré-stimulus.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: