Analisi Time-Frequency di dati EEG / Time-frequency analysis of EEG data

Finalità
Purpose

Negli ultimi anni si sente sempre più spesso parlare dello studio delle oscillazioni tramite elettroencefalografia (EEG), come la modulazione di onde alpha o theta, o l'entrainment in gamma. Le analisi che permettono di studiare come variano le frequenze nel tempo (ad esempio in risposta ad uno stimolo) sono generalmente chiamate analisi "Time Frequency". La popolarità di questa tipologia di analisi è legata alla capacità di integrare le informazioni fornite da analisi più tradizionali, come gli ERPs (potenziali evento-relati), analisi molto efficaci, che tuttavia non considerano parte delle informazioni fornite dal segnale. Lo scopo di questo corso è comprendere e utilizzare le principali analisi di Frequenza (es. PSD) e Tempo-Frequenza (es. Hilbert, Morlet) facendo cenno anche ad altri metodi. Utilizzeremo insieme un software gratuito (Brainstorm) con interfaccia grafica, largamente utilizzato per le analisi EEG. In base al tempo disponibile approfondiremo anche l'utilizzo degli scripts tramite Brainstorm.

In recent years we often hear about the study of oscillations using electroencephalography (EEG) as, for example, the modulation of alpha or theta waves, or gamma entrainment. The analyses that allow us to study how frequencies vary over time (e.g. in response to a stimulus) are generally called "Time-Frequency" analyses. The popularity of this type of analysis is linked to the ability to integrate the information obtained with more traditional analysis, such as the ERPs, a very effective strategy, which however do not consider part of the information of the signal. The purpose of this course is to understand and learn how to apply  the main Frequency (e.g., PSD) and Time-Frequency (e.g., Hilbert, Morlet) analyses, while also mentioning other methods. We will use together a free software (Brainstorm) with a graphic interface, widely used for EEG analyses. Based on the time available, we will also deepen the use of scripts through Brainstorm.

Software utilizzato
Software used

Ai fini del corso è necessario scaricare due programmi:
- Matlab: si raccomanda di scaricare gratuitamente il software prima dell'inizio del corso tramite account Unipd (https://www.unipd.it/convenzioni-software). Durante l'installazione di Matlab, tra le opzioni, se possibile installare anche la Signal Processing Toolbox.
- Brainstorm: può essere installato gratuitamente, previa installazione di MATLAB, collegandosi al seguente indirizzo https://neuroimage.usc.edu/bst/download.php, creando un account personale e scaricando il pacchetto chiamato "source+binary" sotto la voce "software". Seguire le istruzioni per l'installazione del software (https://neuroimage.usc.edu/brainstorm/Installation), altrimenti provvederemo a farlo assieme la prima giornata del corso.
Si raccomanda gli studenti di installare MATLAB prima dell'inizio del corso. Inoltre, si raccomanda di effettuare il download di Brainstorm prima dell'inizio del corso. La procedura di installazione di Brainstorm verrà mostrata durante la prima lezione per coloro che non lo avessero ancora installato.

For the purpose of the course it is necessary to download two programs:
- Matlab: it is recommended to download the free software before the start of the course through a Unipd account (https://www.unipd.it/convenzioni-software). During the installation of Matlab, among the options, if possible also install the Signal Processing Toolbox.
- Brainstorm: can be installed for free, after installing MATLAB, by connecting to the following address https://neuroimage.usc.edu/bst/download.php, creating a personal account and downloading the package called "source + binary" under the heading "software". If possible, follow the instructions for installing the software (https://neuroimage.usc.edu/brainstorm/Installation), otherwise we will do it together on the first day of the course.
It is recommended to install MATLAB before the course starts. In addition, it is recommended that you download Brainstorm before the course. The Brainstorm installation procedure will be shown during the first lesson for those who have not yet installed it.

Programma del corso

L’obiettivo del corso è rendervi autonomi nella conduzione di analisi time-frequency su dati EEG relativi ad un compito sperimentale.
- Brainstorm: guida all’installazione e panoramica generale del software e delle analisi
- ERPs, e analisi Time Frequency: breve introduzione sulla natura del segnale EEG, sui passaggi necessari per ottenere un ERP e grafici Time-frequency; approfondimento sulla differenza tra questi due tipi di analisi
- Time-frequency: utilizzo delle principali analisi e impatto dei parametri sul segnale. Si discuterà inoltre di come ispezionare i risultati e come interpretare i grafici
- Disegno del task e importanza della Baseline: quali accortezze adoperare quando si vuole fare un esperimento EEG con analisi time-frequency
- Pratica: la maggior parte del tempo verrà dedicato a sessioni pratiche, sia con interfaccia grafica che tramite codice (quest'ultimo a seconda del tempo disponibile), riprendendo i concetti trattati nelle sessioni teoriche
Prova finale:
Escuzione pratica di analisi time-frequency su dataset EEG.

Course program

The aim of the course is to make you independent in conducting time-frequency analysis of an experimental task.
- Brainstorm: installation guide and general overview of the software and analyses
- ERPs and Time Frequency analysis: brief introduction on the nature of the EEG signal, on the steps necessary to obtain the ERPs and Time-frequency plots, and the difference between these two types of analysis
- Time-frequency: application of different types of analyses. Impact of the parameters on the signal; how to inspect the results and how to interpret the graphs
- Design of the task and importance of the baseline: what precautions to use when you want to do an EEG experiment with time-frequency analysis
- Practice: most of the time will be dedicated to practical sessions, both with graphic interface and through code (the latter depending on the time available), taking up the concepts covered in the theoretical sessions
Final test:
Practical execution of time-frequency analyses on an EEG dataset.

Prerequisiti/Prerequisites: È preferibile (ma non necessario) avere una conoscenza base del segnale EEG/It is preferable (but not necessary) to have a basic knowledge of the EEG signal

Durata del corso/Duration of the course: 20 ore/hours

Aule di svolgimento delle lezioni/Classrooms for lessons: Da definire/To be define

Possibilità di erogare il corso in inglese/Possibility of delivering the course in English: Si/Yes

Numero massimo partecipanti/Maximum number of participants: 10

Conduttore/Conductor: Rachele Pezzetta