Um método de avaliação da amplitude do potencial P300 comparando indivíduos com alto risco e baixo risco para o alcoolismo

Abstract

A ocorrência de variações nos sinais de eletroencefalograma (EEG) de indivíduos que apresentam predisposição a desenvolver a doença do alcoolismo é conhecida e documentada na literatura médica e científica. Dentre as possíveis variações, encontram-se as anormalidades no potencial relacionado ao evento (ERP) P300, um dos principais endofenótipos da doença. Geralmente, este componente tem uma amplitude significativamente menor em indivíduos com alto risco (AR) de desenvolver a doença, quando comparada à amplitude observada em sinais de indivíduos com baixo risco (BR). A técnica atualmente empregada para distinguir os sinais de ERPs P300 dos indivíduos com AR e BR para desenvolver o alcoolismo é baseada na análise visual da amplitude máxima no domínio do tempo e do espectro de frequencias do sinal, obtido através da transformada de Fourier. O objetivo deste trabalho é contribuir para o estudo da identificação da predisposição ao alcoolismo, utilizando técnicas de processamento de sinais, como a transformada wavelet (WT), e de inteligência artificial, por meio das redes neurais artificiais (ANNs). A WT foi utilizada por ser mais adequada ao tratamento de sinais como os ERPs (sinais nãoestacionários), quando comparada, por exemplo, à transformada de Fourier. As redes neurais possibilitam a automatização do processo de identificação dos diferentes grupos. Através de um sistema híbrido formado por estas duas técnicas, pretende-se extrair características de sinais de ERP que identifiquem indivíduos com predisposição ao alcoolismo, e automatizar a identificação destes indivíduos. No desenvolvimento da pesquisa, foi identificada a necessidade de aplicar um préprocessamento aos sinais de ERP, preparando-os para a transformação wavelet. Os coeficientes wavelet assim obtidos formaram os dados de entrada que alimentaram as (ANNs), as quais utilizaram o algoritmo de erro backpropagation no treinamento. Com as técnicas utilizadas, após o treinamento, as ANNs foram capazes de classificar cerca de 90% dos sinais de ERP dos indivíduos com AR e BR.

The occurrence of variations in electroencephalogram (EEG) signals of individuals who are predisposed to develop the disease of alcoholism is known and documented in the medical and scientific literature. Among these variations, are the abnormalities in the event related potential (ERP) P300, a major endophenotype of this disease. Generally, this component has an amplitude significantly smaller in patients at high risk (HR) of developing the disease when compared to the amplitude seen in the signals of individuals with low risk (LR). The technique currently used to distinguish signals of P300 ERPs in individuals with HR and LR for developing alcoholism is based on visual analysis of the maximum amplitude in the time domain and of the frequency spectrum of the signal, obtained via Fourier transform. The aim of this thesis is to study the identification of predisposition to alcoholism, by techniques of signal processing such as wavelet transform (WT) and artificial intelligence through artificial neural networks (ANNs). The WT was used because it is more appropriate for processing signals such as ERP (non-stationary signals), when compared, for example, to the Fourier transform. Neural networks enable the automation of the process of identifying the different groups. Using a hybrid system formed by these two techniques, it is intended to extract features of ERP signals that identify individuals predisposed to alcoholism, and automate the identification of these individuals. The research has identified the need to apply a pre-processing to the signals of ERP, preparing them for the wavelet transformation. The wavelet coefficients thus obtained formed the input data to fed the ANNs, which used the error algorithm backpropagation in training. Using these techniques, after training, the ANNs were able to classify about 90% of ERP signs of individuals with LR and HR.