Στη διατριβή αυτή προτείνεται μια εναλλακτική μεθοδολογία για την επίλυση του αντίστροφου προβλήματος της Ηλεκτροεγκεφαλογραφίας, η οποία, αντί της μοντελοποίησης των νευρωνικών πηγών και των ιδιοτήτων διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στο εσωτερικό του κεφαλιού, ανακατασκευάζει το ηλεκτροστατικό πεδίο στο εσωτερικό του κεφαλιού με βάση μόνο τα παρατηρούμενα δυναμικά στην επιφάνειά του. Αρχικά, αναπτύσσεται μια μεθοδολογία για την ανακατασκευή τρισδιάστατων, συνεχών, αστρόβιλων διανυσματικών πεδίων σε ένα φραγμένο χώρο, η οποία ονομάζεται 3Δ-ΤΔΠ. Στην 3Δ-ΤΔΠ χρησιμοποιούνται πεπερασμένα τομογραφικά γραμμικά ολοκληρώματα που σαρώνουν το χώρο ανακατασκευής. Αν και το πρόβλημα είναι ασθενώς ορισμένο, η διακριτοποίηση των γραμμικών ολοκληρωμάτων λειτουργεί ως ομαλοποίηση. Οι ιδιότητες του βιοηλεκτρικού πεδίου στον όγκο του κεφαλιού συμπίπτουν με τις υποθέσεις που γίνονται για την ανάπτυξη της 3Δ-ΤΔΠ και άρα μπορεί να εφαρμοστεί για το αντίστροφο πρόβλημα της ηλεκτροεγκεφαλογραφίας. Ωστόσο, στην πράξη, επιπλέον ομαλοποίηση πρέπει να εφαρμοστεί για ακριβή ανακατασκευή. Έτσι, χρησιμοποιούνται βάρη, περιορισμοί ομαλότητας και οριακές συνθήκες. Η 3Δ-ΤΔΠ υλοποιήθηκε σε ένα λογισμικό ανοιχτού κώδικα που προσφέρει οπτικοποίηση των αποτελεσμάτων. Επιπλέον, η 3Δ-ΤΔΠ επαληθεύτηκε χρησιμοποιώντας πραγματικά και προσομοιωμένα δεδομένα. Αυτή είναι η πρώτη φορά που τομογραφία διανυσματικού πεδίου εφαρμόζεται σε καταγραφές ηλεκτροεγκεφαλογραφίας. Στη συνέχεια, η 3Δ-ΤΔΠ εφαρμόζεται σε καταγραφές προκλητών δυναμικών υψηλής ανάλυσης διαφορετικών πειραμάτων με σκοπό τη μελέτη της επίδρασης διαφορετικών παραγόντων (νευροεκφύλιση, ηλικία, φύλο) στην εγκεφαλική δραστηριότητα. Συγκεκριμένα, διερευνάται η δυνατότητα των προκλητών δυναμικών ΜΜΝ και Ρ300 να λειτουργήσουν ως βιοδείκτες της νευροεκφύλισης και παρατηρείται ότι η μετωπιαία ενεργοποίηση μειώνεται στους ασθενείς ήπιας νοητικής διαταραχής και νόσου Αλτσχάιμερ. Επιπλέον, διερευνάται η επίδραση της ηλικίας στη συναισθηματική απόκριση και διαπιστώνεται ότι η περιοχή μέγιστης ενεργοποίησης εξαρτάται από το συναίσθημα και ότι η ενεργοποίηση στους ηλικιωμένους παρουσιάζει ομοιομορφία για διαφορετικά αρνητικά συναισθήματα. Μελετάται η επίδραση του φύλου στην «από κάτω προς τα πάνω» και «από πάνω προς τα κάτω» προσοχή και παρατηρείται ότι τα δύο φύλα χρησιμοποιούν διαφορετικούς μηχανισμούς για να ανταπεξέλθουν στο πείραμα προσοχής. Τέλος, υπολογίζεται η σύζευξη πλάτους-φάσης σε χρονοσειρές 3Δ-ΤΔΠ όπου ορίζονται οι χαμηλές συχνότητες που διαμορφώνουν τις υψηλές συχνότητες και μελετάται η εξάρτηση της σύζευξης από το στάδιο του πειράματος.