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1 Das EEG: Spontan-EEG und EKP Biopsychologische Vertiefung Katja Bertsch Psychophysiologisches Labor 12.12.07 Das EEG: Spontan-EEG und EKP 2 Gliederung 1. EEG-Erhebung Labor Elektroden Artefakte 2. Spontan-EEG Frequenzbänder Fourier Transformation Anwendung 3. Genese des EEG Postsynaptische Potentiale Neuronale Dipole Entstehung der Rhythmen 4. Ereignis korrelierte Potentiale Mittelung Komponenten Anwendung

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Das EEG: Spontan-EEG und EKP

Biopsychologische Vertiefung

Katja BertschPsychophysiologisches Labor

12.12.07 Das EEG: Spontan-EEG und EKP 2

Gliederung

1. EEG-Erhebung– Labor– Elektroden– Artefakte

2. Spontan-EEG– Frequenzbänder– Fourier Transformation– Anwendung

3. Genese des EEG– Postsynaptische Potentiale– Neuronale Dipole– Entstehung der Rhythmen

4. Ereignis korrelierte Potentiale– Mittelung– Komponenten– Anwendung

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EEG – Was ist das?

• Darstellung eines elektrischen Spannungsverlaufs in der Zeit.

Wichtigste Größen zur Beschreibung einer EEG-Kurve: Amplitude und Frequenz

• non-invasive und kostengünstige Methode zur direkten Messung der elektrischen Hirnaktivität

• Vorteil: hohe zeitliche Auflösung

• Nachteil: relativ geringe räumliche Auflösung

• Unterscheidung zwischen – Spontanaktivität (tonische Prozesse) und – evozierter Aktivität (phasische Reaktionen auf bestimmte Prozesse)

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1. EEG-Erhebung

Psychophysiologisches Labor, Universität Trier

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1. EEG-Erhebung: das Labor

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1. EEG-Erhebung: das Labor

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1. EEG-Erhebung: Elektroden

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1. EEG-Erhebung:Elektrodenpositionen

10-20 Platzierungssystem:

Standardanterior

posterior

links rechts

Erweitert

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1. EEG-Erhebung: Artefakte

Fp1FpzFp2F7F3FzF4F8FT7FC3FCzFC4FT8T3C3CzC4T4TP7CP3CPzCP4TP8T5P3PzP4T6O1OzO2VEOGHEOG S 350 µV

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2. Spontan-EEG

Fp1FpzFp2F7F3FzF4F8FT7FC3FCzFC4FT8T3C3CzC4T4TP7CP3CPzCP4TP8T5P3PzP4T6O1OzO2VEOGHEOG

20 µV

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2. Spontan-EEG

• kontinuierliche Spannungsschwankungen (Frequenz: 0,5-30 Hz, Amplitude: 1-200 μV)

• Kurvenverlauf setzt sich aus best. Frequenzbändern (Rhythmen) zusammen.

• Hans Berger (1929): Entdecker des EEG und der EEG-Rhythmen

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2. Spontan-EEG: Frequenzbänder

• Alpha-Wellen (8-13 Hz):– entspannter Wachzustand, i.b. bei geschlossenen Augen, – „Phase der Synchronisation“

• Beta-Wellen (>13 Hz):– während mentaler oder körperlicher Aktivität oder bei psychischer Belastung– „Phase der Desynchronisation“

• Theta-Wellen (4-8 Hz):– dösender Wachzustand, Übergang zum Einschlafen, tiefe Entspannung

• Delta-Wellen (0,5-3 Hz):– im Tiefschlaf

Im Wachzustand: v.a. Alpha- und Beta-AktivitätJe niedriger die Frequenz der EEG-Wellen, desto niedriger die Aktivität.Je ruhiger die Bewusstseinslage, desto synchroner das EEGBeachte: interindividuelle Unterschiede!

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2. Spontan-EEG: Frequenzbänder

Oz

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2. Spontan-EEG und Spektrum

gegeben ist:eine EEG-Zeitreihe

gesucht ist: ein Frequenzspektrum

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2. Spontan-EEG:Fourier Transformation

• Die EEG-Zeitreihe lässt sich vollständig anhand der Frequenz und Phasenparametern rekonstruieren.

• Die Fourier Transformation zerlegt das EEG-Signal in eine Frequenz-und eine Phasenkompontente

• Phasenparameter werden meist in der Spontan-EEG Forschung nicht benutzt.

• Spektralmaße:– Amplituden Spektren (µV)– Power Spektren (µV²)– Power Density (µV²/Hz)

=

+

+

+

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2. Spontan-EEG:Topographie des Alpha-Rhythmus

Sub-Delta Delta ThetaAlpha Beta

Fp1 Fpz Fp2 F7

F3 Fz F4 F8

FT7 FC3 FCz FC4

FT8 T3 C3 Cz

C4 T4 TP7 CP3

CPz CP4 TP8 T5

P3 Pz P4 T6

O1 Oz O2

7.5 - 8.0 Hz 8.0 - 8.5 Hz 8.5 - 9.0 Hz 9.0 - 9.5 Hz

9.5 - 10.0 Hz 10.0 - 10.5 Hz 10.5 - 11.0 Hz 11.0 - 11.5 Hz

11.5 - 12.0 Hz 12.0 - 12.5 Hz 12.5 - 13.0 Hz

0.0 µV² 5.0 µV²

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2. Spontan-EEG: Anwendung: Alpha-Rhythmus und Motivation

Alpha rechts < Alpha links

allgemeine,habituelle AvoidanceMotivation

Alpha links < Alpha rechts

allgemeine, habituelle Approach Motivation

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3. Genese des EEG

Birbaumer & Schmidt, 2003

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3. Genese des EEG:Pyramidenzellen

Elektrische Felder erzeugt durch exzitatorische postsynaptische Potentiale an den apikalen Dendriten der Pyramidenzellen.Pyramidenzellen.

Quelle der folgenden Abblidungen: Hagemann: EEG_Genese.pdf

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3. Genese des EEG:Postsynaptisches Potential

Ruhemembranpotential: Na+-Ionenverteilen sich gleichmäßig über die Membranoberfläche des Neurons.

Aktivität einer exzitativen Synapse am apikalen Dendriten öffnet dort Na+-Kanäle

verringerte Na+-KonzentrationEPSP Depolarisation des apikalen Dendriten.

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3. Genese des EEG:Neuronale Dipole

+ positiver Pol

- negativer Pol

„Dipol“

• Geringere Na+-Konzentration am apikalen Dendrit Relativ negative Ladung am apikalen Dendrit verglichen mit SomaStrom fließt von Soma (Quelle) zum apikalen Dendrit (Senke)Neuron wird zum Dipol Elektrisches Feld entsteht und breitet sich bis zur Kopfoberfläche ausOberflächennegativität entsteht über dem apikalen Dentrit

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3. Genese des EEG

• Ein Signal an der Kopfoberfläche kann nur gemessen werden, wenn sich zahlreiche (≥10000) Dipole synchron bilden.

• Summierte exzitatorische postsynaptische Signale an den apikalenDendriten der Pyramidenzellen führen zu negativen Spannungen an der Kopfoberfläche.

Erhöhung der Negativität des Oberflächenpotentials weist auf ein erhöhtes Erregungsniveau der kortikalen neuronalen Netzwerke hin.

• Summierte exzitatorische postsynaptische Signale am Zellkörperder Pyramidenzellen bei gleichzeitig reduzierten EPSPs an den apikalen Dendriten führen zu positiven Spannungen an der Kopfoberfläche.

Reduktion der Negativität des Oberflächenpotentials (= relative Positivierung) weist auf ein reduziertes Erregungsniveau der kortikalen neuronalen Netzwerke hin.

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3. Genese des EEG: Entstehung der Rhythmen

Die EEG-Rhythmen reflektieren die Entladungsmuster an den apikalenDendriten der Pyramidenzellen.

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3. Genese des EEG:Entstehung der Rhythmen

In Ruhe: Inhibitorische Rückkopplung von thalamokortikalen Signalen durch den Nucleus reticularis thalami Alpha-Rhythmus (Synchronisation).

Bei Aktivierung: Formatio reticularis inhibiert Nucleus reticularis thalami und erregt thalamische Projektionskerne Beta-Rhythmus (Desynchronisation).

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4. Ereignis korrelierte Potentiale (EKP)

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4. Ereignis korrelierte Potentiale (EKP)

• Jedes Ereignis löst im EEG einen charakteristischen Kurvenverlauf (=Potential) aus.

• Potentiale haben eine sehr niedrige Amplitude sind im Spontan-EEG verborgenMittelung über Antworten auf wiederholte Reizdarbietung ist notwendig

• EKP können zur Beschreibung des Zeitverlaufs und der Lokalisation von automatischen und kontrollierten Aspekten kognitiver Prozesse benutzt werden, sofern dies in den oberen Kortexschichten stattfinden.

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4. EKP: Mittelung

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4. EKP: Komponenten

Die wichtigsten Charakteristika zur Beschreibung von EKP sind:Polarität – Latenz - Topographie

+

stimulusonset

μV

time (ms)

~ 200 ms

~ 300- 600 ms

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4. EKP:Funktionale Bedeutung der Komponenten

Birbaumer & Schmidt, 2003

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Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!