Фрактальная сложность хаотических ритмов ЭЭГ- сигналов реальных и воображаемых движений рук

Abstract

В настоящее время большое внимание уделяется разработке и применению в области современных нейротехнологий интерфейсов "мозг-компьютер" (ИМК), способных обеспечить человеку коммуникацию с внешними электронными и электронно-механическими устройствами на базе ЭЭГ и воображаемых движений. Проведенный фрактальный анализ сигналов ЭЭГ для случаев, когда испытуемому предлагалось произвести движения рукой, а затем мысленно воспроизвести их, выявил чувствительность данного метода к присутствию в их структуре свойств пространственно-временного самоподобия. Показано, что воображаемые движения рук оказывают такой же эффект на активность участков головного мозга, как и выполнение реальных движений. При повторном выполнении физического движения рукой наблюдается локализация области возбуждения коры головного мозга в правом полушарии. Выявлено ярко выраженное уменьшение фрактальной размерности по величине при выполнении движения рукою «назад», что может свидетельствовать о включении эффекта «торможения». Исследование фрактальных свойств на разных временных интервалах позволяет выявить формирование особых областей флуктуаций мозговой активности в зависимости от длительности выполнения тех или иных видов движений рука. Currently, much attention is paid to the development and application in the field of modern neurotechnology "brain-computer" interfaces (BCI), capable for human to communicate with external electronic and electronic-mechanical devices on the basis of the EEG and the imagined movements. The provided fractal analysis of EEG signals for the cases where the patient was asked to perform movements hand, and then reproduce them mentally, has demonstrated clearly the sensitivity of this method to the presence in the EEG signals structure the properties of spatio-temporal self-similarity. It was shown that the imaginary hand movements have the same effect on the activity of brain regions as the real movements. When one repeats a physical hand movement the localization of the excitation region of the cerebral cortex is observed in the right hemisphere. It was revealed a clear decrease of the fractal dimension value during “back” movement of the hand, and it may indicate the inclusion of a "braking" effect. The study of fractal properties at different time intervals allows us to reveal the formation of specific areas of brain activity fluctuations depending on the duration of the execution of directional or random hand movements.