Das EEG: Spontan-EEG und EKP

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Henriette Siegel
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1 Das EEG: Spontan-EEG und EKP Biopsychologische Vertiefung Katja Bertsch Psychophysiologisches Labor 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 Das EEG: Spontan-EEG und EKP 2 1

2 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) Das EEG: Spontan-EEG und EKP 3 1. EEG-Erhebung Psychophysiologisches Labor, Universität Trier Das EEG: Spontan-EEG und EKP 4 2

3 1. EEG-Erhebung: das Labor Das EEG: Spontan-EEG und EKP 5 1. EEG-Erhebung: das Labor Das EEG: Spontan-EEG und EKP 6 3

4 1. EEG-Erhebung: Elektroden Das EEG: Spontan-EEG und EKP 7 1. EEG-Erhebung: Elektrodenpositionen Platzierungssystem: Standard Erweitert anterior links rechts posterior Das EEG: Spontan-EEG und EKP 8 4

5 1. EEG-Erhebung: Artefakte 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 VEOG HEOG S 3 50 µv Das EEG: Spontan-EEG und EKP 9 2. Spontan-EEG 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 VEOG HEOG 20 µv Das EEG: Spontan-EEG und EKP 10 5

6 2. Spontan-EEG kontinuierliche Spannungsschwankungen (Frequenz: 0,5-30 Hz, Amplitude: μv) Kurvenverlauf setzt sich aus best. Frequenzbändern (Rhythmen) zusammen. Hans Berger (1929): Entdecker des EEG und der EEG-Rhythmen Das EEG: Spontan-EEG und EKP 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-Aktivität Je niedriger die Frequenz der EEG-Wellen, desto niedriger die Aktivität. Je ruhiger die Bewusstseinslage, desto synchroner das EEG Beachte: interindividuelle Unterschiede! Das EEG: Spontan-EEG und EKP 12 6

7 2. Spontan-EEG: Frequenzbänder Oz Das EEG: Spontan-EEG und EKP Spontan-EEG und Spektrum gegeben ist: eine EEG- Zeitreihe gesucht ist: ein Frequenzspektrum Das EEG: Spontan-EEG und EKP 14 7

8 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 Frequenzund eine Phasenkompontente Phasenparameter werden meist in der Spontan-EEG Forschung nicht benutzt. Spektralmaße: Amplituden Spektren (µv) Power Spektren (µv²) Power Density (µv²/hz) = Das EEG: Spontan-EEG und EKP Spontan-EEG: Topographie des Alpha-Rhythmus Fp1 Fpz Fp2 F7 F3 Fz F4 F8 FT7 FC3 FCz FC Hz Hz Hz Hz FT8 T3 C3 Cz C4 T4 TP7 CP3 CPz CP4 TP8 T Hz Hz Hz Hz P3 Pz P4 T6 O1 Oz O Hz Hz Hz Sub-Delta Delta Theta Alpha Beta 0.0 µv² 5.0 µv² Das EEG: Spontan-EEG und EKP 16 8

9 2. Spontan-EEG: Anwendung: Alpha-Rhythmus und Motivation Alpha links < Alpha rechts allgemeine, habituelle Approach Motivation Alpha rechts < Alpha links allgemeine, habituelle Avoidance Motivation Das EEG: Spontan-EEG und EKP Genese des EEG Birbaumer & Schmidt, Das EEG: Spontan-EEG und EKP 18 9

10 3. Genese des EEG: Pyramidenzellen Elektrische Felder erzeugt durch exzitatorische postsynaptische Potentiale an den apikalen Dendriten der Pyramidenzellen. Quelle der folgenden Abblidungen: Hagemann: EEG_Genese.pdf Das EEG: Spontan-EEG und EKP Genese des EEG: Postsynaptisches Potential Ruhemembranpotential: Na + -Ionen verteilen sich gleichmäßig über die Membranoberfläche des Neurons. Aktivität einer exzitativen Synapse am apikalen Dendriten öffnet dort Na + -Kanäle verringerte Na + -Konzentration EPSP Depolarisation des apikalen Dendriten Das EEG: Spontan-EEG und EKP 20 10

11 3. Genese des EEG: Neuronale Dipole - negativer Pol Dipol + positiver Pol Geringere Na+-Konzentration am apikalen Dendrit Relativ negative Ladung am apikalen Dendrit verglichen mit Soma Strom fließt von Soma (Quelle) zum apikalen Dendrit (Senke) Neuron wird zum Dipol Elektrisches Feld entsteht und breitet sich bis zur Kopfoberfläche aus Oberflächennegativität entsteht über dem apikalen Dentrit Das EEG: Spontan-EEG und EKP 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 apikalen Dendriten 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 Zellkörper der 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 Das EEG: Spontan-EEG und EKP 22 11

12 3. Genese des EEG: Entstehung der Rhythmen Die EEG-Rhythmen reflektieren die Entladungsmuster an den apikalen Dendriten der Pyramidenzellen Das EEG: Spontan-EEG und EKP 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) Das EEG: Spontan-EEG und EKP 24 12

13 4. Ereignis korrelierte Potentiale (EKP) Das EEG: Spontan-EEG und EKP Ereignis korrelierte Potentiale (EKP) Jedes Ereignis löst im EEG einen charakteristischen Kurvenverlauf (=Potential) aus. Potentiale haben eine sehr niedrige Amplitude sind im Spontan-EEG verborgen Mittelung 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 Das EEG: Spontan-EEG und EKP 26 13

14 4. EKP: Mittelung Das EEG: Spontan-EEG und EKP EKP: Komponenten μv time (ms) + ~ 200 ms stimulus onset ~ ms Die wichtigsten Charakteristika zur Beschreibung von EKP sind: Polarität Latenz - Topographie Das EEG: Spontan-EEG und EKP 28 14

15 4. EKP: Funktionale Bedeutung der Komponenten Birbaumer & Schmidt, Das EEG: Spontan-EEG und EKP 29 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Das EEG: Spontan-EEG und EKP 30 15

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