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Neuropsychologie (Subject) / V07_EEG (Lesson)
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- EEG-aversiv oder nicht? - Non-Invasive Methode: Elektrische Signale werden abgeleitet, nicht appliziert
- EEG- Was ist das? - Messung von Signalen mithilfe von Elektroden an der Kopfoberfläche, die die elektirische Aktivität des Gehirns widerspiegeln - Elektroenzephalogramm = Darstellung eines Spannungsverlaufs in der Zeit
- Charakterisierung des EEG durch... Amplitude (μV = Mikrovolt = Millionstel V) und Frequenz (Hz =1/s) --> Negative Werte oft nach oben abgetragen
- Historische Meilensteine auf dem Weg zur EEG -> Verlauf ab 1745 bis zum Bericht des ersten Forscher, der Zusammenhänge erklärte Abbé Nollet: Nachweis darüber, dass menschliches Gewebe Elektrizität weitergibt - er leitete elektrischen Schlag durch mehrere Leute durch Luigi Galvani: "Tierelektrizität" - beobachtet Kontraktion präparierter Frösche, wenn sie mit Kupfer und Eisen in Verbindung kommen Emil Heinrich Du Bois-Reymond: Leitet Spannungsschwankungen an der Nervenfaser ab mit selbst entwickelten Messgeräten Richard Caton: Durch Ableitungen auf der Kortexoberfläche von Tieren entdeckt er elektrische Eigenschaften des Gehirns
- Ernst Fleisch von Marxow berichtete 1883 als erster Forscher, dass sich die an der Cortexoberfläche abgeleiteten Signale in Abhängigkeit von ----- verändern. Was Veröffentlichte er? in Abhängigkeit von peripherer Stimulation die Untersuchung über die Gesetze der Nervenerregung.
- Wieso gilt Hans Berger als Entwickler des EEG? Er führte Experimente an der Hirnrinde von Hunden und Katzen durch - Entwickelte Methode zur Ableitung von Hirnströmen bei Menschen - Erste Ableitung des EEGS von der Hirnrinde eines siebenjährigen Patienten -> Modulation des Signals durch Schmerz, laute Geräusche
- Der erste digitalisierte Elektroenzephalograph im Jahre .... - Technische Neuerungen wie diese bewirken ... . 1989, Technische Neuerungen wie diese bewirken auch Neuerungen bei der Auswertung -> Digitalisierung statt Millimeterpapier und Ausmessung per Hand
- Um ein elektrisches Signal zu erzeugen, müssen... Müssen Ladungen bewegt werden, welche im Gehirn positiv und negativ geladene Ionen sind, die innerhalb und außerhalb von Neuronen zu finden sind
- Das Ruhemembranpotential - Neuronen sind durch eine Zellmembran von der Umgebung getrennt, Substanzen können durch Ionenkanäle rein und raus -> Ionen innerhalb sind negativer als die außerhalb -> Deshalb negatives Ruhemembranpotential
- Das Aktionspotential Positive Natriumionen strömen in das Neuron -> Depolarisation Wiederherstellung des Ruhemembranpotentials: Kalium strömt aus -> Aktionspotential wandert (verlustfrei) weiter
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- Alles-oder-Nichts-Regel Aktionspotential = immer die gleiche Form und Amplitude, das ausgelöst wird, wenn eine bestimmte Schwelle (ca. -50mV) erreicht wird
- Was sind graduelle Potentiale? Veränderungen des Ruhemembranpotentials, die allein nicht die Schwelle zur Auslösung des Aktionspotentials erreichen
- Exzitatorische und Inhibitorische Postsynaptische Potentiale In abhängigkeit vom Neurotransmitter an einer bestimmten Synapse kann ein postsynaptisches Potential inhibitorisch (IPSP) oder exzitatorisch sein (EPSP) - verschiedene postsyn. Potentiale können sich überlagern und interagieren IPSPs erschweren die Auslösung des Aktionspotentials EPSPs erleichtern die Auslösung des Aktionspotentials
- IPSPs und EPSPs werden .... weitergeleitet (aktiv/passiv) Wie? passiv: einströmende Ionen verursachen Veränderungen des Membranpotentials an der Reizstelle und in der Umgebung, wobei die Stärke mit der Entfernung abmimmt (Weiterleitung mit Dekrement) -> Am Aktionshügel entscheidet sich, ob das Summenpotential zur Auslösung von Aktionspotentialen reicht oder nicht
- PASSIVE IPSPs & EPSPs als Gegenstand der EEG-Signale -> EPSP kommt an, sodass äußerer Bereich der Zelle negativ wird, die positiven Ladungsträger (NA+) fließen ins Zellinnere (Senke) -> Strom fließt innerhalb der Zele zum Soma wo die NA+Ionen die Zelle wieder verlassen (Quelle) -> Der Strom fließt extrazellulär zurück zur Senke ==> Neuron wird zum Dipol
- Das Neuron als Dipol das durch passive EPSPs und IPSPs entstehende elektirsche Feld ist mit Elektroden an der Kopfoberfläche messbar, vor allem extrazelluläre Ströme tragen zum EEG-Signal bei
- EPSPs und Polarität des EEG-Signals EPSP führt zum Einstrom positiver Ladungsträger (Depolarisation), Positivierung wird entweder zum Zellkern (bei oberflächennaher Stimulation) oder zum Dendriten (bei zelllkernnaher Stimulation) weitergeleitet, von wo aus sie als extrazellulärer Strom zurückfließt -> EPSP kann somit zu einer skalpnegativen oder skalppositiven Polarität führen
- Voraussetzung für ein messbares EEG-Signal gleichartige Aktivität vieler, parallel angeordneter Neurone, die senkrecht zur Kortexoberfläche und somit zur Elektrode stehen -> hierbei sind kortikale Pyramidenzellen besonders gut geeignet
- nicht jede Form neuronaler Aktivität kann gemessen werden: kortikale Sulci entgegengesetzte Aktivität (Summenpotential) tiefergelegene Hirnstrukturen (Feldstärke des Dipols nimmt mit dem Quadrat der Entfernung ab)
- Je größer die Fläche synchroner Dipole, desto... geringer das Verhältnis von kortikalem zu an der Kopfoberfläche gemessenem Potential --> Großflächige Aktivität = auch tiefer liegende Potentiale können gemessen werden
- Wo sind vor allem Pyramidenzellen zu finden? Schichten 3 und 5
- Schichten des Cortex 1: Molekulare schicht 2: Externale Körnerschicht 3: Externale Pyramidenzellschicht 4: Internale Körnerschicht 5: Internale Pyramidenzellschicht 6: Multiforme Schicht
- Wo befinden sich Pyramidenzellen und wohin werden sie von da aus projiziert? Vorwiegend Schichten 3 und 5 des Cortex, von dort aus projiziert in andere Corticale Areale und zu subcorticalen Zielen
- Nach welchem System werden i.d.R. EEG-Signale abgeleitet? Nach dem 10-20-System nach Jasper ->Standardisierte Elektordenpositionen
- An wie vielen Elektroden werden EEG-Signale idR. abgeleitet? 19, 32, 64, 128 oder 256 ==> 10-10 oder 10-5 Systeme
- Kodierung der Elektrodenpositionen Frontal, Temporal, Parietal, Occipital, Central - FTPOC --> Gerade Nummern für rechtsseitige, ungerade für linksseitige Elektroden z für zentrale Elektroden (auf der Linie von Nasion zu Inion) --> Je größer die Zahl, desto weiter außen ist die Elektrode (entfernter von derLinie)
- Referenzelektrode(n): Differenzverstärkung An einer Elektrode gemessenes Potential ist bedeutungslos, deshalb kein absoluter Nullpunkt bei EEG-Signalen ==> Elektrische Potential-Differenz wird zwischen zwei Elektroden gemessen (unipolare vs. bipolare Ableitung) Bipolar: Messwert an zwei Elektroden zueinander in Beziehung gesetzt unipolar: Messwert an jeder Elektrode E vs. Messwert an der Referenzelektrode (R)
- Ist die unipolare, oder die bipolare Ableitung unüblich? Bipolar
- Potential R sollte gegen unendlich gemessen werden, aber ... der Widerstand von R darf nicht zu groß sein
- Was macht man, weil der Widerstand von R (Referenzelektrode) nicht zu groß sein darf? Aktivität an R möglichst wenig durch experimentelle Variable (Nase, Ohr, Masoiden (Knochen hinter Ohr)) oder durch Elektroden auf dem Skalp (z.B. Cz) beeinflussen
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- Beeinflussung von E und R durch Körperartefakte findet in gleichem Maße statt
- Wenn E und R positiv sind, ist das Signal.... Wenn E positiv und R negativ ist, ist das Signal... Je nachdem, welche Signalanteile die Referenzelektrode aufnimmt, kann es also.. E und R positiv: Signal abgeschwächt, E positiv, R negativ: Hohes Signal ==> Je nachdem, welche Signalanteile Referenzelektrode aufnimmt, gibt es eine Verstärkung oder Abschwächung interessierender Signale
- E, R, und Ground-Elektrode G (Erdung Ground-Elektrode G hilft bei der Unterdrückung gleichartiger Potentiale an E und R - Potentiale an E und R werden je gegen G gemessen -> Differenz zweier Differenzpotentiale wird somit verstärkt ==> (E-G) - (R-G) -> Da beides gleich verstärkt wird, sind ähnliche Größenverhältnisse wichtig Gleichartiges Hintergrundrauschen wird somit unterdrückt (Gleichtaktunterdrückung)
- Was wird nach der Messung von E, R und G bzw. der Differenzsignale getan? Nach der Messung (offline) wird oft der Mittelwert aller aktiven Elektroden als Referenz genommen (average reference vs. common reference ==> Unterschied zwischen Referenzelektrode für die Aufnahme und die Auswertung ==> Offline kann rereferenziert werden
- Eigenschaften des EEG-Signals Amplituden idR. zwischen 1 und 100 MikroVolt, Verstärkerungsfaktor bei ca. 100 000 Frequenzen im EEG liegen typischerweise zwischen 1 und 200 Hz, Frequenzen von Interesse zwischen 1 und 50 Hz Abtastrate zwischen 100 und 1000 Hz, üblich sind 250 oder 500Hz
- Nyquist-Shannon-Theorem Die Abtastrate bestimmt, welche Frequenzanteile maximal erfasst werden können, muss aber mindestens doppelt so groß sein wie die größte zu erfassende Frequenz
- Frequenz und Abtastrate (Nyquist-Shannon Theorem und Analog-Digital-Wandlung) bei zu geringer Abtastrate, also bei zu wenig gespeicherten Datenpunkten pro Zeiteinheit, weist das bei der Analog-Digital-Wandlung rekonstruierte Signal eine zu geringe Frequenz auf
- Artefakte im EEG sind ... ALLE Signale, die nicht auf Hirnaktivität zurückgehen
- Hinsichtlich des Ursprungs von Artefakten unterscheidet man zwischen technischen Artefakten, die durch die Aufnahme-Elektronik und durch äußere Einflüsse verursacht werden und biologischen Artefakten, die elektrische Aktivität im Organismus meinen
- Technische Artefakte sind z.B. Aliasing (zu geringe Abtastrate) Elektrodenartefakte (thermisches Rauschen, Verrutschen) Verstärkerrauschen elektromagnetische Felder (Monitor, andere technische Geräte wie Handy)
- Biologische Artefakte sind z.B. Augenbewegungen (Blinzeln, Augenbewegungen, Muskelaktivität), andere Bewegungen (Muskelartefakte) Herzaktivität Schwitzen
- Gegenmaßnahmen von Artefakten Instruktion/Behandlung der Probanden Datenaufnahme Datenauswertung
- Inwieweit kann man Probanden Instruktionen geben/sie behandeln, um Artefakte zu vermeiden? - Bitte nicht/wenig bewegen - wenig blinzeln (meist nicht willkürlich zu beeinflussen), keine Kontaktlinsen - für ruhige und entspannte Atmosphäre sorgen
- Inwieweit kann man über die Datenaufnahme Artefakte verhindern? Miterfassung von Artefakten btw. möglichen Artefaktquellen Aufnahme der Augenbewegungen (Electrookulogramm, EOG) Herzrate, Atmung Elektrodermale Aktivität
- inwieweit kann man über die Datenauswertung Gegenmaßnahmen gegen Artefakte treffen? EEG-Segmente mit Artefakten von der Auswertung ausschließen Korrektur für Augenbewegungen nach Gratton und Coles Independent Component Analysis (ICA)
- Wie funktioniert eine Blinzle-Artefakt-Korrektur mit ICA? 1) zerlegt EEG-Rohdaten in unabhängige Komponenten (Anzahl der Kanäle = Anzahl der Komponenten) --> Eine oder mehrere Komponenten evtl. starke Artefakte auslösend 2) Topographie (Verteilung der Aktivierung auf dem Skalp) der Komponenten kann angeschaut werden 3) Komponenten nach Varianzaufklärung sortieren (starke Komponenten erscheinen zuerst)
- Blinzeln verursacht in der Regel .... eine Positivierung des EEG-Signals, die frontal ausgeprägt ist und viel Varianz aufklärt
- Verhältnis der Frequenz und Amplitude im Spontan-EEG Amplitude und Frequenz verhalten sich umgekehrt proportional: je höher die Amplitude, umso geringer die Frequenz und umgekehrt
- Korrelat kognitiver Aktivität: Gamma (25-100Hz) hohe kognitive Beanspruchung, lokale neuronale Netzwerke
- Neuronales Korrelat: Beta (13-30 Hz) konzentration und geistige Anstrengung, auch als Alpha-Desynchronisation bzw. Alpha-Blockade bezeichnet --> frontale Ausprägung am stärksten