Fixációhoz-kötött EEG aktivitások hierarchikus lineáris modellezésének validálása a független változók közötti multikollinearitás vizsgálatával

A külvilág információinak nagy részét vizuális úton dolgozzuk fel, a természetes körülmények közötti, úgynevezett aktív látás neurális mechanizmusairól mégis kevés ismeretünk van. Ennek elsődleges oka, hogy az aktív látás egy összetett szenzomotoros folyamat ahol a vizuális ingerek pásztázása közben jelen lévő szakkádikus szemmozgások jelentős műtermékeket generálnak a humán agyi aktivitás non-invazív vizsgálatára használt elektroenkefalogram (EEG) felvételekben. A szemmozgás műtermékek minimalizálása és a vizuális információ mintavételezésének szabályozása érdekében a korábbi kutatásokat dominánsan rögzített tekintettel végezték, az utóbbi évtized technológiai fejlődésének köszönhetően azonban ma már rendelkezésünkre állnak azon hardver és szoftver eszközök, amelyek segítségével lehetővé válhat a látás természetes körülmények közötti, szabadon mozgó szemmel történő vizsgálata. Ezen a területen új módszernek számít az MTA TTK Agyi Képalkotó Központban kifejlesztett, a szemek fixációjához kötött agyi aktivitások hierarchikus lineáris modellezése. Ennek lényege, hogy a szemmozgás paramétereket mint alanyszintű kovariánsokat felhasználva a reziduális műtermékek kiszűrhetők és a kísérleti változó valamint az egyes szemmozgás paraméterek hatásai szétválaszthatók egymástól a csoportszintű analízis előtt. Új módszer lévén szükség van a módszertan behatóbb elemzésére, különösen a prediktor változók közti multikollinearitás vizsgálatára és kezelésére, az ilyen módon nyert eredményekből levont fiziológiai következtetések megerősítéséhez.

Az aktív látás vizsgálatához megfelelő keretet adhat az olvasás mint modell, hiszen ez egy viszonylag sok szemmozgással járó természetes látási folyamat, ahol a szem jó közelítéssel egy dimenzió mentén mozog, ami megkönnyíti a mért adatok feldolgozását. Ezen felül az olvasás egy komplex és egyedi emberi képesség, amely a szöveg konfigurális és lexikoszemantikai módosításával számtalan kísérleti paradigmára ad lehetőséget. Témám alapját egy az MTA TTK Agyi Képalkotó Központban 24 alanyon végzett mérés adja, ahol az alanyok a stimulusként megjelenített folytonos szöveget olvasták szabadon mozgó szemmel, miközben rögzítésre került a szemmozgásuk valamint az agyi aktivitásuk egy 62 elektródás EEG elvezetés segítségével. A természetes olvasás során végbemenő vizuális feldolgozás komponenseinek vizsgálata érdekében a szövegek három különböző betűköz mérettel kerültek megjelenítésre. A műtermékmentesített EEG jelek a szakkádok vége szerint kerültek szegmentálásra, ezek a szegmensek adják a hierarchikus lineáris modell első szintjének adatait. Az általános lineáris modellek alanyszintű prediktor változóit a betűköz nagysága, az aktuális, előző és következő fixáció időtartama, és az ezen fixációkat közvetlenül megelőző szakkádok amplitúdói alkották. A hierarchikus lineáris modellezés második szintjén az első szint béta paraméterei kerültek statisztikai elemzésre a csoportszintű hatások meghatározása érdekében.

A prediktor változók közt jelentős lineáris összefüggések lehetnek, amelyek megnehezítik az egyes változók hatásának megbízható kiértékelését. Ez különösen akkor jelent problémát, ha a kísérleti változó (jelen esetben a betűköz mértéke) korrelál a potenciális reziduális szemmozgás műtermékekhez leginkább köthető és így a főhatás kiértékeléséhez kiregresszálni kívánt szakkád amplitúdókkal. Ilyen esetekben feltétlenül szükség van a jelen lévő multikollinearitás hatásainak vizsgálatára és kezelésére az egyes változók hatásainak pontos kiértékeléséhez.

A dolgozat elsődlegesen a prediktor változók közt jelen lévő multikollinearitás hatásának vizsgálatát és a probléma lehetséges megoldásait taglalja. Elemzem a független változók közt jelenlévő multikollinearitás jellegét és mértékét, valamint hierarchikus lineáris modellezés esetén megvizsgálom hogyan hat az eredményekre a változók közti lineáris összefüggések megszüntetése, többszörös lineáris regresszió és főkomponens analízis felhasználásával. Továbbá megvizsgálom, hogy hogyan változnak az eredmények a modellek strukturális átrendezése esetén, úgy, mint a prediktor változók permutációja vagy a kovariánsok szétbontása a kísérleti kategorikus változó szintjei szerint. A hatásokat első körben tér-idő tartományban vizsgáltam, de a kritikus eredményeket wavelet transzformációval kapott tér-idő-frekvencia tartománybeli adatokon is ellenőriztem. Az eredményekből látható, hogy a független változók közt fennálló multikollinearitás a jelen esetben vizsgált kísérleti változó neurális hatásainak jellegét döntően nem befolyásolja, csak a tér- vagy időbeli kiterjedésükre van kis mértékben hatással.

szerző

• 
  Nárai Ádám
  Villamosmérnöki szak, mesterképzés
  mesterképzés (MA/MSc)

konzulens

• 
  Dr. Weiss Béla
  tudományos munkatárs, MTA TTK Agyi Képalkotó Központ (külső)

helyezés