EEG-Biofeedback and epilepsy: concept, methodology and tools for (neuro)therapy planning and objective evaluation

EEG-Biofeedback and Epilepsy: Concept, Methodology and Tools for (Neuro)therapy Planning and Objective Evaluation ABSTRACT Objective diagnosis and therapy evaluation are still challenging tasks for many neurological disorders. This is highly related to the diversity of cases and the variety of treatment modalities available. Especially in the case of epilepsy, which is a complex disorder not well-explained at the biochemical and physiological levels, there is the need for investigations for novel features, which can be extracted and quantified from electrophysiological signals in clinical practice. Neurotherapy is a complementary treatment applied in various disorders of the central nervous system, including epilepsy. The method is subsumed under behavioral medicine and is considered an operant conditioning in psychological terms. Although the application areas of this promising unconventional approach are rapidly increasing, the method is strongly debated, since the neurophysiological underpinnings of the process are not yet well understood. Therefore, verification of the efficacy of the treatment is one of the core issues in this field of research. Considering the diversity in epilepsy and its various treatment modalities, a concept and a methodology were developed in this work for increasing objectivity in diagnosis and therapy evaluation. The approach can also fulfill the requirement of patient-specific neurotherapy planning. Neuroprofile is introduced as a tool for defining a structured set of quantifiable measures which can be extracted from electrophysiological signals. A set of novel quantitative features (i.e., percentage epileptic pattern occurrence, contingent negative variation level difference measure, direct current recovery index, heart rate recovery ratio, and hyperventilation heart rate index) were defined, and the methods were introduced for extracting them. A software concept and the corresponding tools (i.e., the neuroprofile extraction module and a database) were developed as a basis for automation to support the methodology. The features introduced were investigated through real data, which were acquired both in laboratory studies with voluntary control subjects and in clinical applications with epilepsy patients. The results indicate the usefulness of the introduced measures and possible benefits of integrating the indices obtained from electroencephalogram (EEG) and electrocardiogram for diagnosis and therapy evaluation. The applicability of the methodology was demonstrated on sample cases for therapy evaluation. Based on the insights gained through the work, synergetics was proposed as a theoretical framework for comprehending neurotherapy as a complex process of learning. Furthermore, direct current (DC)-level in EEG was hypothesized to be an order parameter of the brain complex open system. For future research in this field, investigation of the interactions between higher cognitive functions and the autonomous nervous system was proposed. Keywords: EEG-biofeedback, epilepsy, neurotherapy, slow cortical potentials, objective diagnosis, therapy evaluation, epileptic pattern quantification, fractal dimension, contingent negative variation, hyperventilation, DC-shifts, instantaneous heart rate, neuroprofile, database system, synergetics.Die Epilepsie ist eine komplexe neurologische Erkrankung, die auf biochemischer und physiologischer Ebene nicht ausreichend geklärt ist. Die Vielfalt der epileptischen Krankheitsbilder und der Behandlungsmodalitäten verursacht ein Defizit an quantitativen Kenngrößen auf elektrophysiologischer Basis, die die Objektivität und die Effizienz der Diagnose und der Therapieevaluierung signifikant erhöhen können. Die Neurotherapie (bzw. EEG-Biofeedback) ist eine komplementäre Behandlung, die bei Erkrankungen, welche in Zusammenhang mit Regulationsproblemen des Zentralnervensystems stehen, angewandt wird. Obwohl sich die Applikationen dieser unkonventionellen Methode erweitern, wird sie nach wie vor stark diskutiert, da deren neuro- und psychophysiologischen Mechanismen wenig erforscht sind. Aus diesem Grund ist die Ermittlung von Kenngrößen als elektrophysiologische Korrelaten der ablaufenden Prozesse zur objektiven Einstellung und Therapievalidierung eines der Kernprobleme des Forschungsgebietes und auch der vorliegenden Arbeit. Unter Berücksichtigung der aktuellen neurologischen Erkenntnisse und der durch Untersuchungen an Probanden, sowie an Epilepsie-Patienten gewonnenen Ergebnisse, wurden ein Konzept und eine Methodologie entwickelt, um die Objektivität in der Diagnose und Therapieevaluierung zu erhöhen. Die Methodologie basiert auf einem Neuroprofil, welches als ein signalanalytisches mehrdimensionales Modell eingeführt wurde. Es beschreibt einen strukturierten Satz quantifizierbarer Kenngrößen, die aus dem Elektroenzephalogramm (EEG), den ereignisbezogenen Potentialen und dem Elektrokardiogramm extrahiert werden können. Als Komponenten des Neuroprofils wurden neuartige quantitative Kenngrößen (percentage epileptic pattern occurrence, contingent negative variation level difference measure, direct current recovery index, heart rate recovery ratio, hyperventilation heart rate index) definiert und die Methoden zu deren Berechnung algorithmisiert. Die Anwendbarkeit der Methodologie wurde beispielhaft für die Evaluierung von Neurotherapien an Epilepsie-Patienten demonstriert. Als Basis für eine zukünftige Automatisierung wurden ein Softwarekonzept und entsprechende Tools (neuroprofile extraction module und die Datenbank ?NeuroBase?) entwickelt. Der Ansatz erfüllt auch die Anforderungen der patientenspezifischen Therapieplanung und kann auf andere Krankheitsbilder übertragen werden. Durch die neu gewonnenen Erkenntnisse wurde die Synergetik als ein theoretischer Rahmen für die Analyse der Neurotherapie als komplexer Lernprozess vorgeschlagen. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass das Gleichspannungsniveau im EEG ein Ordnungsparameter des Gehirn ist, wobei das Gehirn als ein komplexes offenes System betrachtet wird. Für zukünftige Forschungen auf dem Gebiet wird empfohlen, die Wechselwirkungen zwischen den höheren kognitiven Funktionen und dem autonomen Nervensystem in diesem Kontext zu untersuchen

SYNERGY OF BUILDING CYBERSECURITY SYSTEMS

The development of the modern world community is closely related to advances in computing resources and cyberspace. The formation and expansion of the range of services is based on the achievements of mankind in the field of high technologies. However, the rapid growth of computing resources, the emergence of a full-scale quantum computer tightens the requirements for security systems not only for information and communication systems, but also for cyber-physical systems and technologies. The methodological foundations of building security systems for critical infrastructure facilities based on modeling the processes of behavior of antagonistic agents in security systems are discussed in the first chapter. The concept of information security in social networks, based on mathematical models of data protection, taking into account the influence of specific parameters of the social network, the effects on the network are proposed in second chapter. The nonlinear relationships of the parameters of the defense system, attacks, social networks, as well as the influence of individual characteristics of users and the nature of the relationships between them, takes into account. In the third section, practical aspects of the methodology for constructing post-quantum algorithms for asymmetric McEliece and Niederreiter cryptosystems on algebraic codes (elliptic and modified elliptic codes), their mathematical models and practical algorithms are considered. Hybrid crypto-code constructions of McEliece and Niederreiter on defective codes are proposed. They can significantly reduce the energy costs for implementation, while ensuring the required level of cryptographic strength of the system as a whole. The concept of security of corporate information and educational systems based on the construction of an adaptive information security system is proposed. ISBN 978-617-7319-31-2 (on-line)ISBN 978-617-7319-32-9 (print) ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ How to Cite: Yevseiev, S., Ponomarenko, V., Laptiev, O., Milov, O., Korol, O., Milevskyi, S. et. al.; Yevseiev, S., Ponomarenko, V., Laptiev, O., Milov, O. (Eds.) (2021). Synergy of building cybersecurity systems. Kharkiv: РС ТЕСHNOLOGY СЕNTЕR, 188. doi: http://doi.org/10.15587/978-617-7319-31-2 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Indexing:                    Розвиток сучасної світової спільноти тісно пов’язаний з досягненнями в області обчислювальних ресурсів і кіберпростору. Формування та розширення асортименту послуг базується на досягненнях людства у галузі високих технологій. Однак стрімке зростання обчислювальних ресурсів, поява повномасштабного квантового комп’ютера посилює вимоги до систем безпеки не тільки інформаційно-комунікаційних, але і до кіберфізичних систем і технологій. У першому розділі обговорюються методологічні основи побудови систем безпеки для об'єктів критичної інфраструктури на основі моделювання процесів поведінки антагоністичних агентів у систем безпеки. У другому розділі пропонується концепція інформаційної безпеки в соціальних мережах, яка заснована на математичних моделях захисту даних, з урахуванням впливу конкретних параметрів соціальної мережі та наслідків для неї. Враховуються нелінійні взаємозв'язки параметрів системи захисту, атак, соціальних мереж, а також вплив індивідуальних характеристик користувачів і характеру взаємовідносин між ними. У третьому розділі розглядаються практичні аспекти методології побудови постквантових алгоритмів для асиметричних криптосистем Мак-Еліса та Нідеррейтера на алгебраїчних кодах (еліптичних та модифікованих еліптичних кодах), їх математичні моделі та практичні алгоритми. Запропоновано гібридні конструкції криптокоду Мак-Еліса та Нідеррейтера на дефектних кодах. Вони дозволяють істотно знизити енергетичні витрати на реалізацію, забезпечуючи при цьому необхідний рівень криптографічної стійкості системи в цілому. Запропоновано концепцію безпеки корпоративних інформаційних та освітніх систем, які засновані на побудові адаптивної системи захисту інформації. ISBN 978-617-7319-31-2 (on-line)ISBN 978-617-7319-32-9 (print) ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Як цитувати: Yevseiev, S., Ponomarenko, V., Laptiev, O., Milov, O., Korol, O., Milevskyi, S. et. al.; Yevseiev, S., Ponomarenko, V., Laptiev, O., Milov, O. (Eds.) (2021). Synergy of building cybersecurity systems. Kharkiv: РС ТЕСHNOLOGY СЕNTЕR, 188. doi: http://doi.org/10.15587/978-617-7319-31-2 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Індексація:                 &nbsp

Verification of communicative types in the judicial public space of media discourse in the USA, Kazakhstan and Russia as a psycholinguistic marker of fact-checking

Modern psycholinguistic research and fact-checking actively explore the space of media discourse. However, the representation of the judicial space in the mass media has not been sufficiently studied due to the peculiarities of communicative behavior in the judicial and legal space of the ethno-socius and the attitude to the judiciary. The authors hypothesize that the differences in public behavior in court and the coverage of the work of courts in the American, Kazakh and Russian media are due to the socio-cultural features of the phenomena of judicial and legal communication in public space under the influence of established traditions in such coordinate systems as “person – judicial system”, “openness – closeness of society”, “unity – disunity of society”, “accessibility – stigmatization”, “court – journalistic investigation”, etc. The results confirm the hypothesis of the authors' team, revealing the difference in the perception of the judicial system in the USA, Kazakhstan and Russia, illustrating the "rejection" of the Soviet and post-Soviet stigmatization of the judicial and legal space by the Kazakh society towards democratic norms. The prospects of the study are related to the subsequent development of an automatic system for evaluating speech behavior strategies in court and their coverage in the media as a category of fact-checking

Economics for Ecology

Матеріали присвячені проблемам довкілля та економічним методам їх вирішення. Проаналізовано можливі механізми досягнення стійкого розвитку. Для науковців, студентів, аспірантів, представників бізнесу та громадських організацій і вищих навчальних закладів та широкого кола читачів.Materials are devoted to environmental problems and economic methods of solving them. Possible mechanisms for achieving sustainable development are analyzed. For scientists, students, graduate students, representatives of business and public organizations and higher education institutions and a wide range of readers

Імовірність та детерміністична оцінка ризиків екстремальних об’єктів і екологічно загрозливих систем

The paper include mostly the results of works of the Research Institute for Mechanics of Quickproceeding Processes united in a general research direction - creation of the methodology for risk assessment and risk management for ecologically hazardous systems, consisting of the set of different technological analyzed objects. The elements of system can be characterized by high level of radiation, toxic, explosion, fire and other hazards. The probalistic and deterministic approach for risk assessment, based on mathematical methods of system analysis, non-liner dynamics and computer simulation, has been developed. Branching in problem definition, as well as diversity of factor and criteria for determination of system status, is also taken into account. The risks caused by both objective and subjective factors (including human factor) are examined. In many performed studies, the leading structural element, dominating in determination of the system safety, is the structural part of an object. The methodology is implemented for the safety analysis (risk assessment) for Chernobyl NPP Shelton Object and other industrial buildingsПриведены основные результаты работ Научно-исследовательского института механики быстротечных процессов, направленных на создание методологии оценки рисков и управление рисками экологически опасных систем, которые состоят из разнообразных технологических объектов и элементы которых могут характеризоваться высоким уровнем радиационной, токсичной, эксплуатационной и пожарной опасности. Описаны вероятность и детерминистические части оценки рисков, которые базируются на математических методах системного анализа, нелинейной динамики и компьютерного моделирования. Учтено множество разветвлений общей задачи, разные факторы и критерии, влияющие на состояние системы и выбор стратегии управления рисками. Рассмотрены риски как на субъективной, так и на объективной основе с учетом человеческого фактора. Показано, что главным элементом исследований, доминирующим в определении безопасности системы, является анализ конструктивной части объекта. Предложено методологию оценки рисков использовать для анализа безопасности объекта «Укрытие» Чернобыльской АЭС и других промышленных объектовНаведено основні результати робіт Науково-дослідного інституту механіки швидкоплинних процесів, спрямованих на створення методології оцінки ризиків і керування ризиками екологічно загрозливих систем, що складаються з різноманітних технологічних об’єктів і елементи яких можуть характеризуватися високим рівнем радіаційної, токсичної, експлуатаційної, пожежної та іншими загрозами. Описано ймовірнісну і детерміністичну частини оцінки ризиків, які базуються на математичних методах системного аналізу, нелінійної динаміки та комп’ютерного моделювання. Ураховано множину розгалужень загальної задачі, різні фактори та критерії, що впливають на стан системи і вибір стратегії керування ризиками. Розглянуто ризики як на суб’єктивній, так і на об’єктивній підставі з урахуванням людського фактора. Показано, що основним елементом досліджень, домінуючим у визначенні безпеки системи, є аналіз конструктивної частини об’єкта. Запропоновано методологію оцінки ризиків використовувати для аналізу безпеки об’єкта “Укриття” Чорнобильської АЕС та інших промислових об’єкті

Tolerance as a Communicative and Socio-Cultural Strategy of Social Agreements

The problem of tolerance is analyzed against the background of the acute challenges of today and transformation of humanities from antiquity to postmodernism. Tolerance-related definitions arose in philosophy are examined retrospectively: patience, tolerance, respect, trust, harmony in diversity. The methodological significance of the integrative interdisciplinary prism in consideration of the phenomenon of tolerance is shown.Three leading sociocultural and communicative strategies of tolerance in social agreements have been identified: tolerant internal dialogue (agreement with oneself), tolerant communication with the world (worldview tolerance), tolerant interpersonal communication (important social agreements). The limits of tolerance are outlined, beyond which it becomes quasi-tolerance, because behind the simulacrum of tolerance hides indifference, conformism of communicators, or sprouts of intolerance, aggression, mobbing. With the help of sociological and synergetic theories the idea of balance of tolerance in psychological, mental and spiritual, physical aspects of human existence is defended. Autotolerance is due to human self-knowledge, sound self-esteem, developed mental and emotional quotient (EQ), and under such conditions it strategically determines a tolerant dialogue with the world, a constructive worldview. In turn, it needs critical thinking and an ecological attitude to information, especially in the context of media manipulation and phubbing. The simulacrum of modern pop literature on positive thinking is outlined, in contrast to which the life-creating potential of practical philosophy is revealed, which contributes to creation of socio-cultural and сommunicative communities.Проблема толерантності аналізується на тлі гострих викликів сучасності та трансформації гуманітарних наук від античності до постмодернізму. Філософські визначення, пов'язані з толерантністю, розглядаються ретроспективно: терпіння, толерантність, повага, довіра, гармонія в різноманітності. Розглядається методологічне значення феномену толерантності крізь інтегративну міждисциплінарну призму. Три провідні соціокультурні та комунікативні стратегії толерантності у соціальних угодах були визначені: толерантний внутрішній діалог (згода із собою), толерантне спілкування зі світом (світоглядна толерантність), толерантне міжособистісне спілкування (важливі суспільні домовленості). Окреслюються межі толерантності, за які вона виходить, квазітолерантність, бо за симулякром толерантності приховує байдужість, конформізм комунікаторів або паростки нетерпимості, агресії, мобінгу. За допомогою соціологічної та синергетичної теорії розглядається ідея рівноваги толерантності у психологічному, розумовому, духовному та фізичному аспектахлюдського існування. Аутотолерантність зумовлена самопізнанням людини, її здоровою самооцінкою, високим коефіцієнтом розумового і емоційного (ІQ).За таких умов це стратегічно визначає толерантний діалог зі світом тa конструктивний світогляд. У свою чергу, це потребує від людини критичного мислення та екологічного ставлення до інформації, особливо в контексті маніпуляції ЗМІ та її надмірної залежності від гаджетів. Симулякр активно висвітлюється у сучасній поп-літературі про позитивне мислення,на відміну від якого життєтворчий потенціал практично формується філософією, що сприяє створенню соціокультурних і комунікативних спільнот.Проблема толерантности анализируется на фоне острых вызовов современности и трансформации гуманитарных наук от античности до постмодернизма. Философские определения, связанные с толерантностью, рассматриваются ретроспективно: терпение, терпимость, уважение, доверие, гармония в разнообразии. Рассматривается методологическое значение феномена толерантности через интегративную междисциплинарную призму. Три ведущие социокультурные и коммуникативные стратегии толерантности в социальных соглашениях были определены: толерантный внутренний диалог (согласие с собой), толерантное общение с миром (мировоззренческая толерантность), толерантное межличностное общение (важные общественные договоренности). Определяются пределы толерантности, за которые она выходит, квазитолерантность, ибо за симулякром толерантности скрывается безразличие, конформизм коммуникаторов или скрытая нетерпимость, агрессия, моббинг. С помощью социологической и синергетической теории рассматривается идея равновесия толерантности в психологическом, умственном, духовном и физическом аспектах человеческого существования. Аутотолерантность обусловлена ​​самопознанием человека, его здоровой самооценкой, высоким коэффициентом умственного и эмоционального (IQ). При таких условиях это стратегически определяет толерантный диалог с миром и конструктивное мировоззрение. В свою очередь, это требует от человека критического мышления и экологического отношения к информации, особенно в контексте манипуляции СМИ и его чрезмерной зависимости от гаджетов. Симулякр активно освещается в современной поп-литературе о положительном мышлении, в отличие от которого жизнетворческий потенциал практически формируется философией, способствующей созданию социокультурных и коммуникативных сообществ

Feature-based generation of pervasive systems architectures utilizing software product line concepts

As the need for pervasive systems tends to increase and to dominate the computing discipline, software engineering approaches must evolve at a similar pace to facilitate the construction of such systems in an efficient manner. In this thesis, we provide a vision of a framework that will help in the construction of software product lines for pervasive systems by devising an approach to automatically generate architectures for this domain. Using this framework, designers of pervasive systems will be able to select a set of desired system features, and the framework will automatically generate architectures that support the presence of these features. Our approach will not compromise the quality of the architecture especially as we have verified that by comparing the generated architectures to those manually designed by human architects. As an initial step, and in order to determine the most commonly required features that comprise the widely most known pervasive systems, we surveyed more than fifty existing architectures for pervasive systems in various domains. We captured the most essential features along with the commonalities and variabilities between them. The features were categorized according to the domain and the environment that they target. Those categories are: General pervasive systems, domain-specific, privacy, bridging, fault-tolerance and context-awareness. We coupled the identified features with well-designed components, and connected the components based on the initial features selected by a system designer to generate an architecture. We evaluated our generated architectures against architectures designed by human architects. When metrics such as coupling, cohesion, complexity, reusability, adaptability, modularity, modifiability, packing density, and average interaction density were used to test our framework, our generated architectures were found comparable, if not better than the human generated architectures

Problem space of modern society: philosophical-communicative and pedagogical interpretations. Part I

This collective monograph offers the description of philosophical bases of definition of communicative competence and pedagogical conditions for the formation of communication skills. The authors of individual chapters have chosen such point of view for the topic which they considered as the most important and specific for their field of study using the methods of logical and semantic analysis of concepts, the method of reflection, textual reconstruction and comparative analysis. The theoretical and applied problems of modern society are investigated in the context of philosophical, communicative and pedagogical interpretations

The Translocal Event and the Polyrhythmic Diagram

This thesis identifies and analyses the key creative protocols in translocal performance practice, and ends with suggestions for new forms of transversal live and mediated performance practice, informed by theory. It argues that ontologies of emergence in dynamic systems nourish contemporary practice in the digital arts. Feedback in self-organised, recursive systems and organisms elicit change, and change transforms. The arguments trace concepts from chaos and complexity theory to virtual multiplicity, relationality, intuition and individuation (in the work of Bergson, Deleuze, Guattari, Simondon, Massumi, and other process theorists). It then examines the intersection of methodologies in philosophy, science and art and the radical contingencies implicit in the technicity of real-time, collaborative composition. Simultaneous forces or tendencies such as perception/memory, content/ expression and instinct/intellect produce composites (experience, meaning, and intuition- respectively) that affect the sensation of interplay. The translocal event is itself a diagram - an interstice between the forces of the local and the global, between the tendencies of the individual and the collective. The translocal is a point of reference for exploring the distribution of affect, parameters of control and emergent aesthetics. Translocal interplay, enabled by digital technologies and network protocols, is ontogenetic and autopoietic; diagrammatic and synaesthetic; intuitive and transductive. KeyWorx is a software application developed for realtime, distributed, multimodal media processing. As a technological tool created by artists, KeyWorx supports this intuitive type of creative experience: a real-time, translocal “jamming” that transduces the lived experience of a “biogram,” a synaesthetic hinge-dimension. The emerging aesthetics are processual – intuitive, diagrammatic and transversal