Exploración de patrones de conectividad de fase fuente/sumidero para el estudio del procesamiento del lenguaje a través de la causalidad inter-canal en señales de EEG

Laburpena

Resumen de la tesis: Los trastornos del lenguaje son alteraciones que afectan la capacidad de comunicación de las personas. Entre ellos se encuentran problemas tanto en la expresión como en la comprensión del lenguaje. Las causas pueden ser diversas, incluyendo daños neurológicos, retrasos del desarrollo, déficits auditivos, o condiciones psiquiátricas. A nivel cerebral, el lenguaje depende principalmente de áreas frontales y temporales del hemisferio izquierdo. Por ejemplo, el área de Broca en el lóbulo frontal izquierdo está involucrada en la producción del habla, mientras que el área de Wernicke en el lóbulo temporal izquierdo participa en la comprensión. Cuando estas áreas se ven afectadas, surgen afasias que impiden el uso normal del lenguaje. Otras regiones y las conexiones interhemisféricas también juegan papeles importantes. El estudio de trastornos específicos del lenguaje, como la Dislexia Evolutiva, permite entender mejor las redes neuronales relacionadas en el cerebro. Mediante técnicas como electroencefalografía y conectividad funcional, es posible caracterizar alteraciones en el procesamiento lingüístico, lo cual tiene aplicaciones importantes para el diagnóstico y tratamiento de estos problemas. La Dislexia Evolutiva se ha relacionado con un déficit fonológico causado por una codificación neural atípica del habla a bajas frecuencias relacionados con la prosodia. Bajo el marco del muestreo temporal (Temporal Sampling Framework), esto se debe a mecanismos de acoplamiento de fase atípicos entre oscilaciones neuronales en ciertas bandas de frecuencia. Se emplean señales EEG bajo estímulo auditivo de ruido blanco modulado a 4,8 Hz, frecuencia prosódica-silábica. La novedad del estudio es modelar la conectividad como fuentes y sumideros, identificando canales EEG donde la actividad predice a otros (fuentes) o es predicha por otros (sumideros). Para ello, tras una etapa de preprocesado que incluye filtrado en bandas y análisis de componentes independientes para eliminar artefactos, se aplica la transformada de Hilbert para obtener la fase instantánea de cada canal. Luego se calcula la causalidad de Granger sobre la sincronización de fase entre pares de canales, obteniendo matrices de causalidad. A partir de éstas, se generan para cada sujeto tres conjuntos de características: uno considerando la actividad causal de cada canal como fuente, otro como sumidero, y un tercero con la actividad total. Se seleccionan las mejores características mediante un algoritmo de votación sobre distintos métodos (información de valor, importancia de variables en Random Forest, eliminación recursiva de características, Chi-cuadrado, regularización L1). Finalmente, se aplica un clasificador basado en Gradient Boosting, optimizando mediante validación cruzada. Los resultados muestran mayor actividad causal en personas con dislexia, sobre todo en sumideros y en las bandas theta y gamma. Esto confirma la anomalía lateralizada derecha theta descrita previamente en la literatura, que afecta a la red de procesamiento prosódico-silábico. También se observan diferencias relevantes en el acoplamiento theta-gamma. Se logran buenos resultados de clasificación entre el grupo de personas con dislexia y controles considerando la actividad como fuentes, sumideros o total, especialmente para sumideros en theta (84% precisión) y gamma (88%). El área bajo la curva ROC llega a 0.93 en gamma. Los tests de permutación validan la significancia estadística de los resultados. Se concluye que el enfoque fuente/sumidero basado en causalidad de Granger permite tanto clasificación como análisis exploratorio de la conectividad, confirmando alteraciones en personas con dislexia durante el procesamiento auditivo relacionadas con el marco del muestreo temporal, y aportando nuevas perspectivas sobre su neurobiología. Se pretende continuar esta línea aplicando estímulos de más altas frecuencias para evaluar el procesamiento silábico-fonético y fonético. Así, se presenta una metodología novedosa basada en el análisis de causalidad de Granger y modelado de fuentes/sumideros aplicada a señales EEG bajo estímulos auditivos prosódicos, que permite caracterizar alteraciones en la conectividad funcional cerebral en personas con dislexia. Los resultados confirman las teorías del muestreo temporal sobre el origen de estos trastornos y su relación con procesamiento prosódico atípico. El método propuesto muestra un alto potencial para clasificación y entendimiento de la neurobiología de la Dislexia Evolutiva. http://repositorio.bib.upct.es/dspace/