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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2011.tde-04112011-140951
Document
Author
Full name
Lucas Massaroppe
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2011
Supervisor
Committee
Baccalá, Luiz Antonio (President)
Machado, Birajara Soares
Sato, João Ricardo
Title in Portuguese
Caracterização da conectividade entre regiões cerebrais via entropia aproximada e causalidade de Granger.
Keywords in Portuguese
Análise de séries temporais
Coerência parcial direcionada
Entropia amostral
Entropia aproximada
Inferência estatística
Modelos não lineares
Teoria da informação
Abstract in Portuguese
Essa dissertação apresenta o desenvolvimento métodos para caracterização da conectividade entre séries temporais neurofisiológicas. Utilizam-se metodologias provenientes da Teoria da Informação Entropias Aproximada e Amostral para representar a complexidade da série no tempo, o que permite inferir como sua variabilidade se transfere a outras sequências, através do uso da coerência parcial direcionada. Para cada sistema analisado: (1) Faz-se uma transformação em outro, relacionando-o às medidas de entropia, (2) Estima-se a conectividade pela coerência parcial direcionada e (3) Avalia-se a robustez do procedimento via simulações de Monte Carlo e análise de sensibilidade. Para os exemplos simulados, a técnica proposta é capaz de oferecer resultados plausíveis, através da correta inferência da direção de conectividade em casos de acoplamento não-linear (quadrático), com número reduzido de amostras temporais dos sinais, em que outras abordagens falham. Embora de simples implementação, conclui-se que o processo mostra-se como uma extensão da causalidade de Granger para o caso não-linear.
Title in English
Brain connectivity characterization via approximate entropy and Granger causality.
Keywords in English
Approximate entropy
Information theory
Nonlinear models
Partial directed coherence
Sample entropy
Statistical inference
Time series analysis
Abstract in English
The purpose of this work is to present the development of methods for characterizing the connectivity between nonlinear neurophysiological time series. Methodologies from Information Theory Approximate and Sample Entropies are used to represent the complexity of the series in a period of time, which allows inferring on how its variability is transferred to other sequences, using partial directed coherence. Methods: For each system under consideration, (1) It is done a transformation in another, relating it to measures of entropy, (2) The connectivity is estimated by the use of partial directed coherence and (3) The robustness of the procedure is analyzed via Monte Carlo simulations and sensitivity analysis. Results: For the simulated examples, the proposed technique is able to offer plausible results, through the correct inference of the connectivity direction, in cases of nonlinear coupling (quadratic), with a reduced number of signals samples, where other approaches fail. Conclusion: The process proves to be an extension of the Granger causality to the nonlinear case.
 
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Publishing Date
2011-12-05
 
WARNING: The material described below relates to works resulting from this thesis or dissertation. The contents of these works are the author's responsibility.
  • MASSAROPPE, Lucas, BACCALA, Luiz Antonio, and SAMESHIMA, Koichi. Semiparametric detection of nonlinear causal coupling using partial directed coherence [doi:10.1109/IEMBS.2011.6091466]. In 2011 Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society [online], Boston, MA, USA, 2011. Boston, MA, USA : IEEE, 2011. p. 5927-5930. ISBN 978-1-4244-4122-8.
  • MASSAROPPE, Lucas, e BACCALá, Luiz Antonio. Método Semi-Paramétrico para Inferência de Conectividade Não-Linear entre Séries Temporais. In I Congresso de Matemática Aplicada e Computacional da Região Sudeste (CMAC-SE) [CD-ROM], 1, Uberlândia-MG, 2011. São Carlos : SBMAC, 2011. p. 293-296.
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