Transcript Sygnały EEG

Egzamin
Egzamin pisemny z Sygnałów Bioelektrycznych odbędzie się w środę 8 maja o godz. 10.30 w sali
P111.
Na egzamin ustny będzie można się zapisać po egzaminie pisemnym.
Sygnały EEG
Potencjały wywołane zdarzeniem (Event-related potentials ERP)
Potencjał wywołany zdarzeniem (Event-related potentials ERP) – aktywność elektryczna mózgu
wywołana bodźcem lub zdarzeniem.
W ramach ERP wyróżnia się tzw. potencjały wywołane (Evoked potentials EP). Mogą one być
zmysłowe: wzrokowe, słuchowe, czuciowe i ruchowe (motor evoked potentials).
Regularnie pojawiająca się stymulacja może wywołać potencjał wywołany ustalony (Steady –
state evoked potential SSEP)
Potencjały wywołane zewnętrzne i wewnętrzne
W potencjałach wywołanych rozróżnia się elementy
dodatnie (P) i ujemne (N). Liczba wskazuje na
opóźnienie składowej np. P300. Potencjał wywołany
ma składową ‘zewnętrzną’ (np. wywołany potencjał
słuchowy z pnia mózgu) oraz składową ‘wewnętrzną’
zaczynającą się > 100ms i generowaną w mózgu.
Na rysunku widać wzrokowy (A) i słuchowy (B)
potencjał wywołany. A. Składowa ‘zewnętrzna’
zawiera elektroretinogram (ERG) oraz P65 i N75.
Składowe ‘wewnętrzne’ zaczynającą się > 100ms.
Składowe P100 i N100 są zależne od uwagi (linia
przerywana), składowa P300 od kontekstu, N400 od
oczekiwania semantycznego, duża zmiana DC jest
wynikiem wykonywania złożonego zadania.
B. Składowa zewnętrzna zawiera brainstem evoked
potential (BAEP) i mid-latency EP (MAEP).
Składowe wewnętrzne mogą być modyfikowane
podobnie jak wzrokowe EP.
Składowe zewnętrzne zależą od danej modalności
sensorycznej, składowe wewnętrzne są podobne dla
obu modalności
Potencjały wywołane – dwa podejścia
Dwa podejścia:
I. EP są sygnałami populacji neuronalnych aktywowanymi w ścisłej relacji czasowej (timelocked) z bodźcem. Sygnał ten sumuje się z aktywnością spontaniczną.
II. EP są wynikiem reorganizacji spontanicznej aktywności.
Pomimo faktów wskazujących na podejście II (np. stymulacji wzrokowa zmniejsza amplitudę
aktywności spontanicznej), do EP tradycyjnie stosuje się metodę uśredniania po wielu
realizacjach.
Potencjały wywołane - składowe
Składowe endogenne (wewnętrzne) są wywołane procesami przetwarzania informacji i zwykle
nie zależą bezpośrednio od rodzaju bodźca, lub w dużo mniejszym stopniu, niż od czynników
psychologicznych. Załamki N1 i P2 zalicza się jeszcze do egzogennych (zewnętrznych) ze
względu na ich zależność od parametrów fizycznych i lokalizację odpowiednią do modalności,
są to jednak najwcześniejsze załamki zmieniające się pod wpływem stanu emocjonalnego i
zaangażowania funkcji poznawczych (np. uwagi).
Schemat potencjału wywołanego z zaznaczonymi komponentami egzogennymi i endogennymi. Widać, że
istnieją różne sposoby nazywania tych samych fal czy załamków, ze względu na kolejność (N1, N2) lub
latencję (N400).
Załamki N2a i N2b
Fala niezgodności (Mismatch negativity MMN) nazywana również załamkiem N2a jest
składową ERP występującą po odmiennym bodźcu (oddball stimulus) występującym w
sekwencji bodźców. Występuje w każdej modalności zmysłowej ale najczęściej jest badany w
potencjałach wzrokowych i słuchowych. MMN może zostać wzbudzony bez udziału uwagi
osoby badanej. Załamek, N2b, powstaje prawdopodobnie w chwili rozpoznania wyróżnionego
bodźca. Uważa się, że jest to moment powstawania świadomości.
Lewa kolumna: potencjały wywołane słuchowe przez bodziec 1 (gruba linia) i bodźce 2-8 (cienka linia) w trzech
kanałach Fz, Cz, Pz.
Prawa kolumna: różnice pomiędzy odpowiedziami dla bodźca 1 i bodźców 2-8. W kanale Fz widoczny element MMN i
P300. We wszystkich kanałach widoczny element N2b.
Załamki P3a i P3b
P3a jest całkowicie niezależny od modalności bodźca. Uważa się, że odzwierciedla on reakcję
badanego na nowość (novelty P3). Załamek P3b, inaczej P3 lub P300 powstaje wtedy, gdy
wśród serii standardowych bodźców rozpoznany zostanie bodziec wyróżniony. Załamek ten
występuje także po bodźcu ważnym (task-relevant) wymagającym podjęcia decyzji, po
bodźcu nietypowym, lub wobec braku oczekiwanego bodźca. Załamki P3a i P3b mają inną
topografię.
Potencjał P300 - zastosowanie
Składowa P300 jest wykorzystywana w interfejsach mózg – komputer.
Użytkownikowi prezentowana jest macierz
6x6. Zadanie polega na skupianiu uwagi na
literze, którą chce się napisać. Wszystkie
kolumny i rzędy są losowo podświetlane. 2 z
12 podświetleń zawiera wybrana literę.
Odpowiedzi na te rzadkie bodźce są inne niż
odpowiedzi na bodźce nie zawierające
wybranej litery. Odpowiedzi przypominają
potencjał P300.
Sygnal P300 oraz topografia wartości r2 (wariancji
sygnału zależnej od tego czy rząd/kolumna zawierał
wybraną literę, czy też nie), obliczony dla jednej próbki
w czasie 310 ms po prezentacji bodźca. Pokazuje to, że
na dużych obszarach istnieje różnica po podświetleniu
wybranego rzędu/kolumny względem podświetlenia
innych rzędów/kolumn.
Załamek N400
Bodźce wymagające analizy semantycznej wywołują komponent N400. Szczególne trudne
zadania pozwalają zarejestrować jeszcze kolejny załamek, P4.
B. N400 widoczny w zadaniu wymagającym analizy znaczenia słów. C. Rzadko podawane żeńskie imiona wywołują
załamek P300 z opóźnieniem ok. 400 ms.
Stosowalność w praktyce lekarskiej
Nawet u osób zdrowych, dużo czynników wpływa na składowe ERP. Np. latencja potencjału
P300 zależy od wieku.
Zależność latencji P300 od wieku, u osób zdrowych.
W zespołach otępiennych (np. choroba Alzheimera) czas latencji załamka P300 wzrasta od
30% do 80% . Wydłużenie czasu latencji załamka P300 stwierdzane były również w innych
chorobach np. Parkinsona, Huntingtona. Wydłużenie latencji P300 może być obserwowane
nawet wtedy, kiedy objawy otępienia nie sa jeszcze widoczne w standardowym badaniu
podmiotowym.
Potencjał gotowości
Potencjały endogenne powstają także przed bodźcem. Należy do nich fala oczekiwania (ang.
Contingent Negative Variation, CNV) i potencjał gotowości (niem. Bereitschaftspotential, BP,
pre-motor potential lub readiness potential RP). Potencjał gotowości odzwierciedla
zamiar wykonania ruchu i jest widoczny na ok. 400 ms przed ruchem.
Doświadczenie Libeta (1983):
świadomość, że chce się ruszyć palcem
początek BP
Fala oczekiwania
Fala oczekiwania (CNV) jest to powoli narastający ujemny potencjał, obserwowany po bodźcu
przygotowawczym, informującym, że należy się spodziewać bodźca imperatywnego,
wymagającego wykonania prostej czynności. Fala oczekiwania nie jest związana z reakcją
ruchową, ponieważ powstaje także po instrukcji, aby tylko skupić uwagę na zapowiedzianym
bodźcu. CNV kończy się wkrótce po bodźcu imperatywnym. Fala oczekiwania uważana jest za
najlepszy fizjologiczny wskaźnik selektywnej uwagi.
Bodziec
przygotowawczy
Bodziec
imperatywny
Event-related desynchronization/synchronization ERD/ERS
ERD / S j 
Aj  R
R
1 n0 k
R   Aj
k j n0
Schemat obliczania zmian mocy wywołanej zdarzeniem. Zmniejszenie mocy w paśmie nazywa się ERD, zwiększenie ERS.
100%
Pasma reaktywne
Wyszukiwanie pasm reaktywnych. Pasmo reaktywne jest
pasmem, w którym wzrost lub spadek mocy widmowej
pomiędzy stanem referencji (spoczynku) R i aktywności (np.
przed ruchem albo po ruchu) A jest znacząco większy (powyżej
granicy ufności 95%).
Event-related desynchronization/synchronization ERD/ERS
Przykłady eksperymentów pokazujące jednoczesne ERD i ERS w różnych obszarach
mózgu.
ERD/ERS – ruch palcem
Współistnienie trzech różnych oscylacji w jednej lokalizacji (elektroda C3 na korze czucioworuchowej ręki) podczas krótkotrwałego podnoszenia prawego palca. Widoczna długotrwała
desynchronizacja rytmu mu (10-12 Hz) oraz synchronizacja rytmu beta (14-18 Hz) po ruchu.
Dodatkowo, występuje synchronizacja w paśmie gamma (36-40 Hz) na krótko przed rozpoczęciem
ruchu.
ERD/ERS – narzędzie diagnostyczne
Beta ERS i alpha ERD zostały wykorzystane do analizy dyskryminacyjnej. ERD/ERS
dobrze separuje pacjentów cierpiących na chorobę Parkinsona od grupy kontrolnej.
ERD/ERS – zastosowanie
ERD/ERS jest wykorzystywane w interfejsach mózg – komputer.
Pacjenci mogą się nauczyć aktywować wybrane obszary kory motorycznej. Wyobrażenie ruchu prawą ręką
powoduje aktywacje lewej półkuli, a ruchu nogą – obszarów centralnych. System BCI transformuje on-line
sygnały EEG z mózgu na sygnały służące do kontroli urządzeń np. protezy.
Diagnostyka za pomocą EEG
Zapisy EEG sa wykorzystywane w diagnostyce epilepsji, często w połączeniu z zapisem video.
zapis normalny
napad padaczkowy
iglica epileptyczna