Analysis of EEG Signals during Language Tasks

The different regions of the brain have to interact to perform language processing. Such neural integration processes can be studied by measuring the synchronization of the brain signals. The purpose of this examination was to study the word fluency when one group, the Experiment group, generates word which begun by letters “A”,”B”,”F”, ”I”,”K”,”M”,”S”,”T” ,”U”. Every individual in the “Experiment group” have one minute to generate words for each letter. The second group, the Control group, did not generate any words. The data from the “Control group” were compared with the “Experiment group” data. The Wavelet-phase coherence is a well known algorithm, which is used to analyze the phase cross-coherence or phase synchronization between two channels in different frequency bands: delta 2-4 Hz , theta 4-8 Hz , alpha 8-13 Hz , beta 13-30 Hz , gamma 30-50 Hz . The phase synchronization is defined between (−180◦, 180◦) degrees and the phase cross-coherence between (0.00, 1.00). Phase cross-coherence quantifies the phase synchronization in particular. In addition, the phase cross-coherence gives us information about the direction and speed of the oscillation in terms of the phase angle. The phase crosscoherence was used to analyse the short-time phases between different channels in order to explore the brain activity during word generation. The Wavelet-phase coherence algorithm uses the Discrete Fast Fourier Transform (FFT) function with a significance level of p≤ 0.01 to analyse the data for phase cross-coherence, spectral power, ERSP and ERP. The Discrete Fast Fourier Transform (FFT) is an algorithm that converts a sampled complex-valued function of time into a sampled complex-valued function of frequency. The ERSP (event-related spectral perturbation) measures the mean changes in spectral power (in dB) from baseline. The brain activity in the experiment group and the control group was analyzed by using the EEGLAB program. The result showed a significant difference between the two groups. The first group (Experiment group) shows a word fluency that slow down at the end of the one minute time interval. The spectral power and the phase cross-coherence varied in different frequency bands and over time for the different groups. Analys av EEG-signaler under ordflödet Sammanfattning Olika delar av hjärnan samarbetar under språkprocessen. Den neurella integrerande processen analyseras genom att mäta hjärnsignalsynkroniseringen. Målet med examensarbetet var att analysera ordflödet när den första gruppen Experiment group genererade ord som börjar med bokstäverna “A”,”B”,“F”, “I”,”K”,“M”,”S”,”T” ,”U” under en minut för varje bokstav. Den andra gruppen Control group var passiv. Dataresultat från kontrollgruppen jämfördes med experimentgruppens data. Wavelet-phase är en välkänd algoritm som används för att analysera faskoherens eller fassynkronisering mellan två signaler i olika frekvensintervall: delta 2−4 Hz , theta 4−8 Hz , alfa 8−13 Hz , beta 13−30 Hz och gamma 30−50 Hz . Fassynkroniseringen är definierad mellan [-180, 180] grader och faskoherensen mellan [0.00, 1.00]. Faskoherensen kvantifierar enbart fassynkronisering. Faskoherensen ger oss dessutom information om riktning och hastighet hos signaler genom att mäta deras fasgrader. Faskorskoherens användes för att analysera korttidsfaserna mellan olika kanaler för att utforska hjärnaktiviteten under ordflödet. EEG-signalernas spektralenergi, ERSP, ERP och faskoherens analyserades med en Wavelet-Phase-funktion som använder algoritmen snabb Fouriertransform (FFT) med en signifikant nivå på p≤ 0.01. Snabb Fouriertransform (FFT) är en algoritm som konverterar en komplexvärd funktion av tid till en komplexvärd funktion av frekvens. Händelserelaterad spektralenergi (ERSP) mäter medelvärdets ändring i spektralenergi uttryckt i (dB) från den refererade händelsen. Hjärnaktiviteten i experimentgruppen och kontrollgruppen analyserades med hjälp av EEGLAB-programmet. Resultatet visade en signifikant skillnad mellan grupperna. Dessutom visade experimentgruppen ett långsammare ordflöde i slutet av en-minutersintervallet. Spektralenergi och faskorskoherens varierade i olika frekvensband över tiden för båda gruppena.