Robust quantification of neural oscillations
(PN-II-RU-PD-2011-3-0065)

This project is funded by the Romanian Government trough "Unitatea Executivă pentru Finanţarea Învăţământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării şi Inovării (UEFISCDI)"

Abstract:

• English:
  Neural oscillations are thought to be essential for brain activity, both at level of individual cells and of large populations of neurons. Unfortunately, quantification of oscillation strength is not trivial. Analysis methods for discrete (spike) data are scarce and suffer from inherent data nonstationarity. In continuous EEG recordings, estimates of oscillatory modulation are affected by broadband ocular artifacts such as those associated with miniature saccades (MSs) that contaminate gamma-band spectrum. As a consequence, MSs have shed serious doubts on a large body of EEG research on induced gamma band responses. The current proposal aims to expand our previous work on the Oscillation Score (OS) method in order to provide the means for robust, artifact-free quantification of oscillation strength. We will extend OS to cope not only with discrete (spikes) but also with continuous (LFP, EEG) signals thus treating neurophysiological data in a unified manner. Moreover, we propose a development of OS that can naturally eliminate the problem of MSs by taking into account only periodic modulations of the autocorrelation function. Finally, the OS will be extended to properly handle multiple, coexisting frequency bands enabling studies that investigate coordination of multiple oscillations. Developments in the current proposal are expected to greatly contribute to the correct identification and quantification of the expression of neuronal oscillations in neurophysiological data.
  
  
• Romanian:
  Oscilaţiile neuronale, atât la nivelul celulelor individuale cât şi la nivel de populaţii mari de neuroni, sunt considerate esenţiale pentru activitatea creierului. Din păcate, cuantificarea tăriei oscilaţiilor nu este trivială. Metodele de analiză pentru date de tip impuls cum sunt descărcările neuronale (spike) sunt puţine şi suferă de nestaţionarităţile inerente datelor. Pe de altă parte, în înregistrările EEG continue, estimările oscilaţiilor sunt afectate de artefacte oculare cu bandă largă, cum ar fi cele asociate cu sacade miniaturale (SM) care contaminează spectrul în banda gamma. Ca urmare, SM au ridicat îndoieli serioase asupra unui număr mare de studii EEG asupra răspunsurilor induse în banda gamma. Propunem aici să extindem activitatea noastră anterioară asupra metodei numită Scorului Oscilaţiilor (SO) pentru a asigura mijloacele robuste de cuantificare a puterii oscilaţiilor care să fie insensibile la artefacte. Vom extinde OS pentru a face faţă nu numai datelor impuls (spikes), ci şi semnalelor continue (LFP, EEG) oferind astfel un tratament unitar asupra datelor neurofiziologice. Mai mult, propunem o dezvoltare SO care poate elimina in mod natural problema SM luând în considerare numai modulaţii periodice ale funcţiei de autocorelaţie. În cele din urmă, SO va fi extins pentru a gestiona în mod corespunzător oscilaţii coexistente în multiple benzi de frecvenţă, Acest lucru va permite investigarea coordonarea oscilaţiilor multiple. Se aşteaptă ca dezvoltările din această propunere să contribuie foarte mult la identificarea şi la cuantificarea corectă a expresiei oscilaţiilor neuronale în date neurofiziologice.

Publications

• Moca VV and Muresan RC (2013)
  Discriminating legitimate oscillations from broadband transients In (CNS Meeting 2013) Paris, France
  BMC Neuroscience 14 (Issue 1 Supplement)
  [Abstract] [Poster]

Reports

[2011 report PDF - Romanian]
[2012 report PDF - Romanian]