بررسی توأم ارتباطات علّی و لحظه‌ای مغزی در بستر تئوری اطلاعات

Abstract

بررسی ارتباطات علّی (تأخیری) مغزی، از جایگاه مهمی در حوزه علوم اعصاب برخوردار است. معیارهای مرسوم اندازه‌گیری ارتباطات علّی (تأخیری) مغزی، عمدتاً پارامتری و مبتنی بر مدل هستند و فر‌ض‌های محدود‌کننده‌ای نسبت به ماهیت ارتباطات مغزی در نظر می‌گیرند. در سالهای اخیر، معیارهایی ناپارامتری برای رفع این نقیصه مطرح شده‌اند که از مهمترین آنها می‌توان آنتروپی انتقال (TE) را نام برد. این معیار در بستر تئوری اطلاعات و بر پایه مفهوم اطلاعات متقابل شرطی تعریف شده است. با وجود این، در حضور ارتباطات لحظه‌ای قوی -که به طور گسترده ای در داده‌های مغزی مشاهده می‌شوند- TE ممکن است در تخمین صحیح ارتباطات علّی (تأخیری) دچار اشتباه شود. در این پژوهش، دو معیار مبتنی بر تئوری اطلاعات با عنوان اندرکنش لحظه‌ای (II) و آنتروپی انتقال اصلاح شده (MTE) معرفی می‌شوند که معیار اول برای تخمین ارتباطات لحظه‌ای مغزی و معیار دوم برای تخمین ارتباطات علّی (تأخیری) مغزی در حضور ارتباط لحظه‌ای معنی‌دار به کار می‌رود. عملکرد این معیارها بر 3 مدل شبیه‌سازی و داده‌های الکتروانسفالوگرام (EEG) حالت استراحت مغزی با چشمان بسته بررسی شدند. نتایج شبیه‌سازی‌ها حاکی از توانایی زیاد II جهت تخمین ارتباطات لحظه‌ای خطی و غیرخطی است. همچنین بر طبق نتایج شبیه‌سازی‌ها اگر چه در حضور ارتباط لحظه‌ای معنی‌دار (II معنی‌دار) عملکرد TE در تشخیص ارتباطات علّی (تأخیری) تضعیف می‌شود؛ MTE به خوبی این نقیصه را جبران می‌کند. نتایج داده‌های EEG نشان می‌دهد که II ارتباطات لحظه‌ای معنی‌داری بین نواحی خلفی و نواحی قدامی مغز تخمین می‌زند و MTE در مقایسه با TE جریان اطلاعات از نواحی خلفی به نواحی قدامی را به طور معنی‌دارتری نشان می‌دهد که تطابق خوبی با نتایج تحقیقات گذشته در این حوزه دارد.