Теоретические основы фрактального анализа - Дипломная работа

В настоящий момент под эпилепсией понимают внезапное чрезмерное возбуждение нейронов в коре головного мозга, внешнее проявление которого состоит в повторяющихся судорожных приступах, проявляющихся в нарушениях со стороны нервной и сердечно-сосудистой систем пациента, потере сознания, частичной или полной потере контроля над собственными движениями и, как результат, невозможности контролировать свое состояние во время приступа. И даже в тех случаях, когда для устранения приступов используется хирургическая операция по удалению части головного мозга, провоцирующей припадки, 30% людей продолжают испытывать непредсказуемые судороги. В результате люди, страдающие этим заболеваниям, постоянно находятся в состоянии тревоги изза возможности оказаться в состоянии припадка в неправильное с медицинской и социальной точек зрения время. Положительным аспектом такого метода считается своевременное уведомление окружающих с целью создания необходимых условий в момент наступления судорог.В качестве источника данных для детектирования приступа могут использоваться: · ЭЭГ - электроэнцефалограмма, анализ активности нейронов головного мозга Отдельно пунктом стоит отметить ряд исследований [23,44],по результатам которых было установлено, что собаки, находящиеся рядом с пациентом, могут не только детектировать припадок у пациента, но и предупреждать его за 7 минут до наступления пика негативного состояния.Следовательно, состояние такой системы описывается мпеременными, которые в момент времени тмогут быть представлены в виде точки в m-мерном пространстве. Даже не смотря на то, эти процессы и объекты по своей природе очень различны, все они могут быть представлены, как система, подчиняющаяся определенному набору правил, определяющих ее состояние и динамику с течением времени. Важным свойством нелинейных диссипативных систем является тот факт, что если мы исследуем эту систему на протяжении длительного промежутка времени, то траектория в имеющемся фазовом пространстве будет сходиться в конкретное подпространство. Это означает, что такая система будет сходиться к устойчивому состоянию, после которого никаких дальнейших изменений происходить не будет, пока на систему не будет оказано воздействие извне. Для данной работы ключевым выводом является то, что аттракторы являются важной частью описания динамической системы, поскольку они дают представление о динамике, сформированной внутри такой системы.За каждым из пациентов велось наблюдение в течение 1-3 дней, в некоторые из которых больным выдавались противосудорожные препараты с целью установления типа эпилепсии и оценки кандидата на хирургическое вмешательство с целью удаления части мозга, провоцирующей приступ. Отличительной особенностью данного набора, благодаря которой он и был выбран, как основной источник для анализа, является наличие разметки эпилептических приступов, что позволяет с точностью до секунды отслеживать динамику поведения активности мозга на временных рядах. Также к набору данных прилагается несколько релевантных публикаций, основанных на этих же данных, одной из которых является [36], в которой авторы аналогично описанным в обзоре литературы статьям использует классические методы машинного обучения для прогнозирования приступа у пациента. На рисунке 13, на котором изображена нейронная активность мозга пациента, записанная на 24 электродах, прослеживается, как меняется ЭЭГ на протяжении 4 часового периода, в конце которого наблюдается приступ, отмеченный зеленой полосой и продолжающийся примерно 2.5 минуты. Для данного приступа характерен ярко выраженный рост активности на большинстве нейронов, начало которого наблюдается примерно за 20 минут до самого приступа, который на рисунке в свою очередь выделяется за счет наибольшей активности.В рамках данной работы была исследована теория нелинейных динамических систем и ее приложение к данным ЭЭГ с целью прогнозирования наступления эпилептических приступов.