Csépe Valéria

Fórján Csaba

Karmos György

Molnár Márk

Riesz Mária

Winkler István

University of Szeged

- 293 -SZÁMÍTÓGÉPES HÁROMDIMENZIÖS ÁBRÁZOLÁS KIVÁLTOTT POTENCIÁLOK TÉRBELI ÉS IDŐBELI VÁLTOZÁSAINAK ELEMZÉSÉRE Karmos György, Fórján Csaba, Riesz Mária, Winkler István, Molnár Márk, Csépé Valéria MTA Pszichológiai Intézet A számitógépes grafika uj lehetőségeket ad az elektrofiziológiai mérések eredményeinek bemutatására. Doétsch és mtsai [21 a háromdimen-ziós /3D/ ábrákat agykérgi sejtpopuláció válaszmintázatának ábrázolá-sára alkalmazták. Duff [3] emberi kiváltott potenciálok egyes kompo-nenseinek amplitúdó eloszlását elemezte 3D ábrák segitségével. Lénye-gébén hasonló elven alapul a "compressed spectral array" módszer, ame-lyet Bickford és mtsai [1] agyi EEG teljesítmény spektrumok időben be-következő változásainak ábrázolásába dolgoztak ki. Saját vizsgálatainkban macskák hallókérgéről elvezetett kiváltott potenciálokból képezett felületet kivántunk 3D ábrákon megjeleníteni. Célunk az volt, hogy a 3D ábrák segitségével szemléletesebben tudjunk ábrázolni olyan összetett kiváltott potenciál változásokat, amelyeket a hagyományos ábrázolási módszerekkel nehéz bemutatni. Sajnos hazánkban még nem terjedtek el a gazdag software válasz-tékkal rendelkező grafikus megjelenítő módszerek. Ezért Intézetünk TPA 1140 számitógépére irodalmi adatokból kiindulva helyi fejlesztő és adaptáló munkával kellett a 3D ábrázolás lehetőségét megteremte-nünk. Munkánkban Watkins [7} Fortran nyelven irt PLOT 3D programjá-ból indultunk ki. E program előnye, hogy viszonylag könnyen kezelhe-tő, az ábrázolt felület térbeli helyzetét három paraméter adja meg. A 2. A. ábrán látható koordináta rendszerbén a kiváltott potenciálok időskálája az X tengelyre, amplitúdója az Y tengelyre esik. A z irány-ban egymás mögött helyezkednek el a felületet alkotó kiváltott poten-ciálok. Programunk jelenleg kétféle 3D ábrázolást tesz lehetővé. Kétirá-nyú /X-Z/ vonalak alkalmazása esetén takarás nélkül készül a 3D áb-ra /l. ábra E.F., 2. ábra/, mert a Watkins féle program mindkét irányú takarásra egyidejűleg nem képes. A másik változatnál a felületet csak X irányú vonalak képezik, de takarással. Jobb felületképzés elérésére az egyes kiváltott potenciálok közé lineáris interpolációval képzett "kitöltő" görbéket rajzoltunk. Ezek száma az ábrázolni kivánt felü-let jellegétől függően paraméterenként adható meg /3. ábra/. Mivel grafikus display terminállal nem rendelkezünk, az ábra megjelenítése a géphez kapcsolt Goertz 281 tip. digitális plotteren történik. A TPA 1140 gépre kidolgozott analóg adatfeldolgozó programrend-szer egészébén ugyancsak ismertetésre került a jelen konferencián [4]. Ennek részé a 3D ábra" rajzoló program, amelynek többirányú alkalmazá-sáról számolunk be jelen közleményben. Vizsgálatainknál akkor merült fel a 3D ábrázolás igénye, amikor szabadon mozgó macskákon végzett kísérleteinkben megkezdtük a halló-kéregből 6 pólusu multielektródokkal elvezetett kiváltott potenciál válaszok elemzését [5, 6], A kéreg különböző rétegeiben elhelyezkedő elektród-sor /l. ábra A.B./ a koppanó hangingerrel kiváltott intra-kortikális mezőpotenciált regisztrálja. - 294 -10ms 1. ábra Az 1. C. ábrán a kéreg felszin /S/ és a kéreg egyre mélyebb ré-tegeiben /2—6/ elhelyezkedő elektródokkal egyidejűleg elvezetett és hagyományos ábrázolási technikával regisztrált átlagolt válaszok lát-- 295 -2. ábra hatók. A válaszok korai szakaszát "széthúzva" mutatja az l.D. ábra. A multielektróddal hat pontból elvezetett kérgi mezőpotenciálok 3D képe látható az l.E. és F. ábrákon. A korai felszin pozltiv komponens fázisfordulása a hagyományos ábrázolásnál is jól látható. A 3D ábrán viszont az is szembetűnő, hogy a korai felszin pozitiv komponensnek megfelelő mély negativ hullám csucslatenciája 2 ms-el korábban jelentkezik /l. ábra F., vastag nyil/. Az is jól megfigyelhető, hogy a korai komponenst közvetlenül követő negativ hullám fázisfordulás nélkül, a kéreg teljes mélységében azonos polaritással jelentkezik. Az 1. ábrán bemutatott esetben a 3D ábrázolást a kiváltott poten-ciál-kcmponensek térben történő eloszlásának ábrázolására alkalmaztuk. A 3D ábrák jól felhasználhatók akkor is, ha az ingerintenzitás változ-tatásának hatására bekövetkező kiváltott potenciál változásokat ele-mezzük. A 2. ábrán a hallókéreg felszínének egy pontjáról elvezetett vá-laszok láthatók. A válaszokat a hallópálya utolsó magjába, a corp. gen. médiaiéba /MGB/ épitett elektródokon keresztül alkalmazott elek-tromos ingerléssel váltottuk ki. Az ingerintenzitás növelésekor a komplex kiváltott potenciál egyes komponenseinek amplitúdója eltérően változott. E változás jól ábrázolható a válaszokból képzett 3D ábrá-kon. A 2. ábrán egyben a 3D felület forgatásának lehetőségeit is be-mutatjuk . - 296 -fi M G B . S T I f l : 3 c p s 0 . 2 m s PHti -20 THÉTA. -40 2 SCflLE, 2 IflTER?.i 8 flflTL.i 1/2 B PHI. 30 TtCTfli -1 2 SCflLE. 20 INTERP.. 8 flrttL.. 1/2 S U E E ? T I M E « 6 4 ms 3 . ábra A potenciálokból képzett felület különböző irányokba történő el-forditása más-más komponensekre való optimális rálátást biztosit. Az ábrán az is látható, hogy ha a 3D ábrák takarás nélkül készülnek, egyes helyzetekben az egymás mögött elhelyezkedő vonalak kaotikus áb-rát eredményeznek /pl. 2. ábrán F./. A takarás nélküli ábra azonban gyorsabban készül el, mint a takart 3D ábra, ezért az optimális ábrá-zolási irányok kiválasztására ez a forma felhasználható. Ugyancsak előnyös a kétirányú vonalakkal készitett 3D ábra, ha a kiváltott po-tenciál komponensek latenciaváltozását kívánjuk bemutatni /pl. 1. áb-ra F./. A 3. ábrán az előző ábrán bemutatott potenciál-felület látható két rátekintési irányból takarással ábrázolva. Jelen esetben a vastag vonallal rajzolt válaszok közé 8 interpolált "térkitöltő" görbét raj-zoltattunk. Az ábrákon szembetűnő, hogy kis ingerintenzitások esetén - 297 -4 . ábra az N^ és N 2 komponensek amplitúdója párhuzamosan változik, 14 V felet-ti ingereknél az N^ komponens amplitúdója csökken, az N 2 komponens amp-litúdója viszont növekszik. A 3D ábrázolás hatásos adatkompressziót tesz lehetővé, ha azt a kiváltott potenciálok időben bekövetkező változásainak ábrázolására al-kalmazzuk. Példaként a 4. ábrán a primer hallókéreg egy pontjáról kopo-gó hangingerrel kiváltott potenciál-válaszok Nembutal narkózis kialaku-lása során bekövetkező változásait mutatjuk be. A 0 időpontban a szabadon mozgó állatnak 40 mg kg i.p. Nembutal injekciót adtunk. A 0 időpontban regisztrált görbe tehát az éber állat-ra jellemző kiváltott potenciál. Az alvás az anyag beadása után 2 perc-cel kezdett kialakulni, a mély narkózis kb. 6 perc alatt állt be. A 30 másodperces időközökben elvezetett és hagyományos módon kirajzolt válaszokon is látható, hogy a narkózis kialakulása során dinamikus hul-lámalak változások következnek be /4. ábra A./. Az eltérő forgatással képezett két 3D ábra mintegy kiegésziti egymást. A vastag vonallal áb-rázolt átlagolt válaszokat 20 másodpercenként regisztráltuk, a felület - 298 -kitöltésere 3 interpolált görbét rajzoltattunk a potenciálok közé. A korai pozitiv komponens kezdeti amplitudónövekedése, majd a narkó-zis mélyülésével együttjáró csökkenése a 4.C. ábrán figyelhető meg. .A korai komponenst követő negativ hullám kezdeti amplitúdó és la-tencianövekedése, majd a komponens teljes eltűnése is ebből az irány-bői követhető jobban. A válasz késői latenciatartományban jelentkező oszcilláció a 3D ábrákon jól megfigyeíhető. Ez az oszcillációba 3D ábrákon spkkal szembetűnőbb, mint a hagyományos regisztrálással ké-szült görbéken. A bemutatott példák alapján megállapíthatjuk, hogy az agyi ki-váltott potenciálok térben és időben bekövetkező változásainak 3D ábrákon történő bemutatásai egyrészt hatásos adatkampressziót tesz lehetővé, másrészt ez az ábrázolási mód jellegéből adódóan szemléle-tesen kiemeli a változások' összefüggéseit és ezáltal olyan jelensé-gek felismerését is elősegitheti, amelyek a hagyományos ábrázolásnál könnyen elkerülik a figyelmet. Irodalom [1] Bickford, R.G. , Brimm, J., Berger, L. , Aung, M.: Application of compressed spectral array in clinical EEG. In: Kellaway, P. and Petersén, I. /eds.'/, Automation of Clinical Electroen-cephalography. New York: Raven Press, 1973. 55-64. [2] Doetsch, G.S., Haggard, R.J., Sweatman, L.K.: Three-dimensional plotting of neuronal population response patterns. Brain Research Bulletin, 1978. 3. 299-303. [3] Duff, T.A.: Multichannel topographic analysis of human somatosensory evoked potentials. In: Desmedt, J.E. fed.J, Clinical uses of cerebral, brainstem and spinal somatosensory evoked potentials. Prog. clin. Neurophysiol., vol. 7, Basel: Kaeger, 1980, 69-86. [4] Breuer P., Fórján Cs., Riesz M., Winkler I.: Számitógépes mérő-és feldolgozó-rendszer kiváltott potenciálok kezelésére. Számítástechnikai és kibernetikai módszerek alkalmazása az orvostudományban és a biológiában. 11. Kollokvium. Szeged, 1982 [5] Karmos, G. , Molnár, M. , Csépé, V.: A new multielebtrode for chronic recording of intracortical field potentials in cats. Physiology and Behavior, 1982, 29, 567-571. [6] Molnár, M., Karmos, G., Csépé, V.: Three-dimensional study of evekod field potentials in the auditory cortex of the cat. In: Sysfca, J. and Aitkin, L. /eds./, Neuronal Mechanisms of Hearing, New York: Plenum Press, 1981, 221-224. [7] Watkins, S.L.r Algorithm 483, Masked three-dimensional plot program with rotations (J6[. Comm.- ACM., 1974, 17, 520-523. 

Számítógépes háromdimenziós ábrázolás kiváltott potenciálok térbeli és időbeli változásainak elemzésére

http://acta.bibl.u-szeged.hu/46068/1/szamtech_orvost_koll_011_293-298.pdf

Számítógépes háromdimenziós ábrázolás kiváltott potenciálok térbeli és időbeli változásainak elemzésére

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

University of Szeged