Analysis of artefacts in EEG signal registered during anti-G straining maneuvers

• Autorzy: Kołodziej Marcin , Kowalczuk Krzysztof Paweł , Majkowski Andrzej , Tarnowski Paweł , Gaździński Stefan , Rak Remigiusz Jan

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2020.01.27

Warianty tytułu

PL

Analiza artefaktów w sygnale EEG zarejestrowanym w trakcie wykonywania manewru przeciw-przeciążeniowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

An anti-G straining maneuver (AGSM) is an essential element of training pilots of high-maneuver aircrafts. Electroencephalographic signal (EEG) registered during such maneuvers could be used to detect cerebral ischemia. AGSM involves complicated physical tasks, from stretching certain parts of muscles through adequate breathing. This results in the creation of extremely large muscle artefacts, which significantly disrupt the recorded EEG signals. The presented research concerned EEG signals, recorded during individual AGSM phases, inside an overload centrifuge. The largest artefacts in the EEG band (0.5-300Hz) were observed for the electrodes Fp1, F9, FT9 and EMG1 located on cheek. The signal from the Cz and Pz electrodes appeared to be the least disturbed.

PL

Manewr przeciw-przeciążeniowy (AGSM) jest niezbędnym elementem szkolenia pilotów samolotów wysokomanewrowych. Sygnał elektroencefalograficzny (EEG) zarejestrowany podczas tych manewrów mógłby posłużyć do wykrycia niedokrwienia mózgu. Manewr przeciwprzeciążeniowy, obejmuje skomplikowane zadania fizyczne, od napinania pewnych partii mięśni, poprzez odpowiednie oddychanie. Powoduje to powstanie ekstremalnie dużych artefaktów odmięśniowych, które zakłócają, w sposób znaczący, rejestrowane sygnały EEG. Zaprezentowane badania dotyczyły sygnałów EEG zarejestrowanych podczas wykonywania poszczególnych faz AGSM, we wnętrzu wirówki przeciążeniowej. Największe artefakty w paśmie EEG (0.5-300Hz) zaobserwowano dla elektrod Fp1, F9, FT9 oraz EMG1 ulokowanej na policzku. Najmniej zakłócony okazał się sygnał zarejestrowany z elektrod Cz i Pz.

Słowa kluczowe

EN

anti-G straining maneuver; electroencephalography (EEG); electromyography (EMG); signal analysis; artefact correction

PL

manewr przeciw-przeciążeniowy; elektroencefalografia (EEG); elektromiografia; analiza sygnałów; korekcja artefaktów

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 96, nr 1
• Strony: 124--128
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kołodziej Marcin

• Warsaw University of Technology, Institute of Theory of Electrical Engineering, Measurement and Information Systems, ul. Koszykowa 75, 00-662 Warsaw

autor

Kowalczuk Krzysztof Paweł

• Military Institute of Aviation Medicine, ul. Krasińskiego 54/56, 01-755 Warsaw

autor

Majkowski Andrzej

• Warsaw University of Technology, Institute of Theory of Electrical Engineering, Measurement and Information Systems, ul. Koszykowa 75, 00-662 Warsaw

autor

Tarnowski Paweł

• Warsaw University of Technology, Institute of Theory of Electrical Engineering, Measurement and Information Systems, ul. Koszykowa 75, 00-662 Warsaw

autor

Gaździński Stefan

• Military Institute of Aviation Medicine, ul. Krasińskiego 54/56, 01-755 Warsaw

autor

Rak Remigiusz Jan

• Warsaw University of Technology, Institute of Theory of Electrical Engineering, Measurement and Information Systems, ul. Koszykowa 75, 00-662 Warsaw

Bibliografia

• [1] Yilmaz, U., Visual Symptoms and G-LOC in the Operational Environment and During Centrifuge Training of Turkish Jet Pilots, 70, (1999), 4.
• [2] Sevilla, N. L., and Gardner, J. W., G-Induced Loss of Consciousness: Case-Control Study of 78 G-LOCs in the F-15, F-16, and A-10, Aviation, Space, and Environmental Medicine 76, (2005).
• [3] Lyons, T. J., Marlowe, B. L., Michaud, V. J., and McGowan, D. J., Assessment of the anti-G straining maneuver (AGSM) skill performance and reinforcement program, Aviat Space Environ Med 68, (1997), 322-324.
• [4] Whinnery, J. E., and Gondek, M. R., Medical evaluation of Gsensitive aircrewmen, Aviat Space Environ Med 49, (1978), 1009-1013.
• [5] Lukatch, H. S., Echon, R. M., MacIver, M. B., and Werchan, P. M., G-force induced alterations in rat EEG activity: a quantitative analysis, Electroencephalography and Clinical Neurophysiology 103, (1997), 563-573.
• [6] Sawicki, D., Wolska, A., Roslon, P., and Ordysinski, S., New EEG Measure of the Alertness Analyzed by Emotiv EPOC in a Real Working Environment, in NEUROTECHNIX, 2016).
• [7] Majkowski, A., Kolodziej, M., and Rak, R. J., Implementation of selected EEG signal processing algorithms in asynchronous BCI, IEEE International Symposium on Medical Measurements and Applications Proceedings, (2012), pp. 1-3.
• [8] Li, Y., Zhang, T., Wang, B., and Nakamura, M., EEG and related physiological signals investigation under the condition of +Gz accelerations, ICME International Conference on Complex Medical Engineering (CME), (2012), pp. 60-65.
• [9] Li, Y., Zhang, T., Deng, L., and Wang, B., Acquisition technology research of EEG and related physiological signals under +Gz acceleration, Ir J Med Sci 183, (2014), 187-197.
• [10] Kowalczuk, K., Strojek, M., and Walerjan, P., Recording EEG Data in Human Centrifuge Conditions - Preliminary Report, PJAMBP 21, (2015).
• [11] Gwin, J. T., Gramann, K., Makeig, S., and Ferris, D. P., Removal of Movement Artifact From High-Density EEG Recorded During Walking and Running, Journal of Neurophysiology 103, (2010), 3526-3534.
• [12] Human Training Centrifuge, [Online], available at: http://www.wiml.waw.pl/?q=en/Dynamic_Flight_Simulator .
• [13] McFarland, D. J., McCane, L. M., David, S. V., and Wolpaw, J. R., Spatial filter selection for EEG-based communication, Electroencephalography and Clinical Neurophysiology 103, (1997), 386-394.
• [14] Mennes, M., Wouters, H., Vanrumste, B., Lagae, L., and Stiers, P., Validation of ICA as a tool to remove eye movement artifacts from EEG/ERP, Psychophysiology 47, (2010), 1142- 1150.
• [15] Winkler, I., Debener, S., Müller, K., and Tangermann, M., On the influence of high-pass filtering on ICA-based artifact reduction in EEG-ERP, 37th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), (2015), pp. 4101-4105.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).