Transcript EEG - České vysoké učení technické v Praze
Slide 1
Slide 2
České vysoké učení technické v Praze, Fakulta elektrotechnická
Semestrální práce do předmětu X33BMI
Elektroencefalografie
Martin Makovický
[email protected]
Slide 3
ÚVOD
EEG je zaznamenávání elektrické aktivity mozku ve formě časových průběhů
elektrického napětí mezi určitými místy na
povrchu skalpu.
Používá se v neurologii, psychologii
nebo psychiatrii pro diagnostiku příslušných poruch.
Slide 4
NEURON
Mozek sestává asi z 1011
neuronů. Každý se skládá z těla a
mnoha výběžků
tělo (soma)
jádro
axon (neurit)
dendrity
Slide 5
NEURON
Dendrit je dostředivý výběžek (vzruchy se
po něm šíří do těla buňky)
Neurit (axon) je odstředivý výběžek,
kterým je v případě podráždění vyslán vzruch
k dalším neuronům
tělo (soma)
jádro
axon (neurit)
dendrity
Slide 6
NEURON
K podráždění dojde, přesáhne-li suma všech potenciálů
přicházejících do neuronu
prahovou hodnotu.
Neuron vyšle impuls axonem,
po němž následuje tzv. refrakterní fáze, kdy lze vyvolat
další vzruch jen velmi těžko.
Může dojít i k opačné reakci,
kdy je membrána buňky hyperpolarizována (k tomu dochází i v refrakterní fázi). Pak
vzruch nenastane a dochází
k inhibici jakýchkoli podnětů.
φ [mV]
40
0
Práh
-55
Klidová hladina
-70
1
2
3
4
5
6
t [ms]
Slide 7
VZNIK EEG SIGNÁLU
Budeme-li měřit elektrickou aktivitu jednotlivého
neuronu, uvidíme jen impulzy, jejichž kmitočet může
dosahovat hodnot až okolo
1 kHz.
V praxi nás ovšem zajímá činnost větších oblastí
nervové tkáně, která vzniká
spoluprácí různých mozkových struktur.
Cortex
AA
Thalamus
Pa
Am
SM
VM
PM
Oko
AA – area adolfactoria, Pa – pallidum, Am – amygdala,
SM – stř. mozek, VM – varolův most, PM – prodl. mícha
Slide 8
VZNIK EEG SIGNÁLU
Takový signál vzniká
synchronizací impulzů
produkovaných jednotlivými
neurony cortexu (šedé kůry).
Cortex
Tuto synchronizaci řídí
především thalamus, který
přijímá informace z míchy a
smyslů, a předává je
příslušným strukturám.
AA
Thalamus
Pa
Am
SM
VM
PM
Oko
Je to zkrátka takový I/O
řadič, rozhraní mezi
periferiemi a ostatním
hardwarem.
AA – area adolfactoria, Pa – pallidum, Am – amygdala,
SM – stř. mozek, VM – varolův most, PM – prodl. mícha
Slide 9
PŘIPOJENÍ ELEKTROD
Provádí se neinvazivně pomocí elektrodové čepice nebo
nalepovacích elektrod. Při operacích a závažných případech
se přistupuje i k metodám invazivním.
Slide 10
PŘIPOJENÍ ELEKTROD
Provádí se neinvazivně pomocí elektrodové čepice nebo
nalepovacích elektrod. Při operacích a závažných případech
se přistupuje i k metodám invazivním.
Elektrody musí být z materiálu s velmi dobrými elektrickými
a elektrochemickými vlastnostmi. Nejčastěji to bývá nějaká
slitina Ag.
Pro snížení přechodového odporu mezi elektrodou a tkání,
se injekční stříkačkou zavede pod elektrodu elektrolyt.
Pro rozmístění na skalpu se používá systém pro 19 svodů
(tzv. systém 10/20), anebo pro 64 svodů (10/10).
Slide 11
ROZMÍSTĚNÍ ELEKTROD
10%
20%
Fp2
Fp1
F7
T3
F3
C3
Fz
CZ
F4
C4
prefrontální
F8
T4
frontální
Malé tečky znázorňují 64-ti
svodový systém 10/10.
centrální
Osy obou systémů jsou
orientovány dvěma výstupky
(nasion a inion) a zvukovody.
Na hlavě se orientujeme pomocí
rovin.
A2
A1
T5
P3
O1
PZ
P4
O2
T6
Rozmístění dle systému 10/20,
který je nejpoužívanější,
znázorňují na obrázku velké
tečky.
parietální
okcipitální
laterální
paramediální
mediální
Jednotlivé elektrody jsou pak
pojmenovány písmenem
vyjadřujícím danou rovinu a
číslicí.
Ve spánkových oblastech se
používá písmeno T – temporální.
Slide 12
ZAPOJENÍ ELEKTROD
Bipolární – měří se napětí mezi jakýmikoliv
dvěma elektrodami (používá se k přímému čtení
z EEG signálu)
Fp2
Fp1
F7
F3
Fz
F4
F8
T3
C3
CZ
C4
T4
Unipolární – měří se potenciál mezi jednou
referenční elektrodou a ostatními. Jako referenční mohou být použity „lalůčkové“ elektrody
A1 a A2. Toto zapojení je zatíženo relativně
malým šumem a dává hezkou křivku.
A2
A1
T5
P3
O1
PZ
P4
O2
T6
Základní aktivitou mozku je alfa aktivita, která
se vyskytuje hlavně v temporoparietookcipitálních oblastech. Je generována v bdělém stavu
thalamem při absenci jakýchkoli specifických
aferentací (zavřené oči, klid, relaxace). Má
frekvenci od 8 do 13 Hz a amplitudu běžně mezi
30 a 80 µV, někdy i mezi 10 a 100 µV.
Otevřením očí, rozrušením nebo soustředěným
přemýšlením dochází k desynchronizaci TK
okruhů, AA je blokována a nahrazena aktivitou
beta. Tento jev se označuje jako reakce zástavy.
Slide 13
ZÁKL. AKTIVITY MOZKU
Beta rytmus dominuje nad frontálními krajinami. Je důsledkem nesynchronizované činnosti v thalamokortikálních drahách. V těchto oblastech nereaguje na vstupní podněty.
Amplituda je nízká (mezi 10 a 30 µV) a frekvence je vyšší než
13 Hz.
V temporálních oblastech se objevuje theta aktivita. Tento
průběh není přímo závislý na činnosti thalamu, ale na dění v
podkorových drahách, které zprostředkovávají emoční aktivitu. Frekvence je 4 až 8 Hz, amplituda normálně do 30 µV.
Je hlavní aktivitou ve spánku, kdy činnost thalamu ustává.
Delta aktivita má frekvenci 0,5 – 4 Hz a amplitudu 75 – 210
µV. Vyskytuje se v hlubokém spánku (non-REM 3, 4) a je
základní fyziologickou aktivitou dětí do 1 roku věku.
Slide 14
Komplexní přehled kmitočtových pásem jednotlivých aktivit
podává tento vtipný graf:
f [Hz]
30
13
8
4
α
β
γ
δ
ε
ζ
η
θ
Slide 15
Alfa aktivita – 11 Hz, nejvýraznější v temporo-parieto-okcipitální oblasti
Slide 16
Reakce zástavy a rebound efekt
Slide 17
Reakce zástavy a rebound efekt
Slide 18
Alfa a rebound efekt při kolísající vigilitě
Slide 19
Zpomalení alfy blikáním 25 Hz
Slide 20
Alfa při fotostimulaci 5 Hz
Slide 21
Rytmus beta
Slide 22
Bilaterální asynchronie bety ve frontální oblasti
Slide 23
Usínání
Slide 24
Prohlubování spánku
Slide 25
NON-REM 4
Slide 26
Literatura:
[1] Faber, J.: EEG atlas do kapsy. TRITON, Praha, 1997.
[2] Faber, J.: Elektroencefalografie a psychofyziologie, ISV nakladatelství,
2001.
[3] Vojtěch, Z. a kol.: Atlas elektroencefalografie dospělých, Nemocnice Na
Homolce, TRITON, Praha, 2005.
[6] Chytil, J., Kolařík, J.: Analýza elektroencefalografické aktivity. Nový model
metody sumace spontínní a evokované aktivity EEG. Univerzita Palackého,
Olomouc, 1983.
[4] Fyziologická psychologie (pdf soubor).
http://www.psycholousek.cz/modules.php?name=Downloads&d_op=getit&li
d=76
[5] Slavík, J.: EEG Workshop - dokumentace. 1999 – 2003.
http://www.volny.cz/slavij/DokumentaceHTML/Dokumentace.htm
Slide 2
České vysoké učení technické v Praze, Fakulta elektrotechnická
Semestrální práce do předmětu X33BMI
Elektroencefalografie
Martin Makovický
[email protected]
Slide 3
ÚVOD
EEG je zaznamenávání elektrické aktivity mozku ve formě časových průběhů
elektrického napětí mezi určitými místy na
povrchu skalpu.
Používá se v neurologii, psychologii
nebo psychiatrii pro diagnostiku příslušných poruch.
Slide 4
NEURON
Mozek sestává asi z 1011
neuronů. Každý se skládá z těla a
mnoha výběžků
tělo (soma)
jádro
axon (neurit)
dendrity
Slide 5
NEURON
Dendrit je dostředivý výběžek (vzruchy se
po něm šíří do těla buňky)
Neurit (axon) je odstředivý výběžek,
kterým je v případě podráždění vyslán vzruch
k dalším neuronům
tělo (soma)
jádro
axon (neurit)
dendrity
Slide 6
NEURON
K podráždění dojde, přesáhne-li suma všech potenciálů
přicházejících do neuronu
prahovou hodnotu.
Neuron vyšle impuls axonem,
po němž následuje tzv. refrakterní fáze, kdy lze vyvolat
další vzruch jen velmi těžko.
Může dojít i k opačné reakci,
kdy je membrána buňky hyperpolarizována (k tomu dochází i v refrakterní fázi). Pak
vzruch nenastane a dochází
k inhibici jakýchkoli podnětů.
φ [mV]
40
0
Práh
-55
Klidová hladina
-70
1
2
3
4
5
6
t [ms]
Slide 7
VZNIK EEG SIGNÁLU
Budeme-li měřit elektrickou aktivitu jednotlivého
neuronu, uvidíme jen impulzy, jejichž kmitočet může
dosahovat hodnot až okolo
1 kHz.
V praxi nás ovšem zajímá činnost větších oblastí
nervové tkáně, která vzniká
spoluprácí různých mozkových struktur.
Cortex
AA
Thalamus
Pa
Am
SM
VM
PM
Oko
AA – area adolfactoria, Pa – pallidum, Am – amygdala,
SM – stř. mozek, VM – varolův most, PM – prodl. mícha
Slide 8
VZNIK EEG SIGNÁLU
Takový signál vzniká
synchronizací impulzů
produkovaných jednotlivými
neurony cortexu (šedé kůry).
Cortex
Tuto synchronizaci řídí
především thalamus, který
přijímá informace z míchy a
smyslů, a předává je
příslušným strukturám.
AA
Thalamus
Pa
Am
SM
VM
PM
Oko
Je to zkrátka takový I/O
řadič, rozhraní mezi
periferiemi a ostatním
hardwarem.
AA – area adolfactoria, Pa – pallidum, Am – amygdala,
SM – stř. mozek, VM – varolův most, PM – prodl. mícha
Slide 9
PŘIPOJENÍ ELEKTROD
Provádí se neinvazivně pomocí elektrodové čepice nebo
nalepovacích elektrod. Při operacích a závažných případech
se přistupuje i k metodám invazivním.
Slide 10
PŘIPOJENÍ ELEKTROD
Provádí se neinvazivně pomocí elektrodové čepice nebo
nalepovacích elektrod. Při operacích a závažných případech
se přistupuje i k metodám invazivním.
Elektrody musí být z materiálu s velmi dobrými elektrickými
a elektrochemickými vlastnostmi. Nejčastěji to bývá nějaká
slitina Ag.
Pro snížení přechodového odporu mezi elektrodou a tkání,
se injekční stříkačkou zavede pod elektrodu elektrolyt.
Pro rozmístění na skalpu se používá systém pro 19 svodů
(tzv. systém 10/20), anebo pro 64 svodů (10/10).
Slide 11
ROZMÍSTĚNÍ ELEKTROD
10%
20%
Fp2
Fp1
F7
T3
F3
C3
Fz
CZ
F4
C4
prefrontální
F8
T4
frontální
Malé tečky znázorňují 64-ti
svodový systém 10/10.
centrální
Osy obou systémů jsou
orientovány dvěma výstupky
(nasion a inion) a zvukovody.
Na hlavě se orientujeme pomocí
rovin.
A2
A1
T5
P3
O1
PZ
P4
O2
T6
Rozmístění dle systému 10/20,
který je nejpoužívanější,
znázorňují na obrázku velké
tečky.
parietální
okcipitální
laterální
paramediální
mediální
Jednotlivé elektrody jsou pak
pojmenovány písmenem
vyjadřujícím danou rovinu a
číslicí.
Ve spánkových oblastech se
používá písmeno T – temporální.
Slide 12
ZAPOJENÍ ELEKTROD
Bipolární – měří se napětí mezi jakýmikoliv
dvěma elektrodami (používá se k přímému čtení
z EEG signálu)
Fp2
Fp1
F7
F3
Fz
F4
F8
T3
C3
CZ
C4
T4
Unipolární – měří se potenciál mezi jednou
referenční elektrodou a ostatními. Jako referenční mohou být použity „lalůčkové“ elektrody
A1 a A2. Toto zapojení je zatíženo relativně
malým šumem a dává hezkou křivku.
A2
A1
T5
P3
O1
PZ
P4
O2
T6
Základní aktivitou mozku je alfa aktivita, která
se vyskytuje hlavně v temporoparietookcipitálních oblastech. Je generována v bdělém stavu
thalamem při absenci jakýchkoli specifických
aferentací (zavřené oči, klid, relaxace). Má
frekvenci od 8 do 13 Hz a amplitudu běžně mezi
30 a 80 µV, někdy i mezi 10 a 100 µV.
Otevřením očí, rozrušením nebo soustředěným
přemýšlením dochází k desynchronizaci TK
okruhů, AA je blokována a nahrazena aktivitou
beta. Tento jev se označuje jako reakce zástavy.
Slide 13
ZÁKL. AKTIVITY MOZKU
Beta rytmus dominuje nad frontálními krajinami. Je důsledkem nesynchronizované činnosti v thalamokortikálních drahách. V těchto oblastech nereaguje na vstupní podněty.
Amplituda je nízká (mezi 10 a 30 µV) a frekvence je vyšší než
13 Hz.
V temporálních oblastech se objevuje theta aktivita. Tento
průběh není přímo závislý na činnosti thalamu, ale na dění v
podkorových drahách, které zprostředkovávají emoční aktivitu. Frekvence je 4 až 8 Hz, amplituda normálně do 30 µV.
Je hlavní aktivitou ve spánku, kdy činnost thalamu ustává.
Delta aktivita má frekvenci 0,5 – 4 Hz a amplitudu 75 – 210
µV. Vyskytuje se v hlubokém spánku (non-REM 3, 4) a je
základní fyziologickou aktivitou dětí do 1 roku věku.
Slide 14
Komplexní přehled kmitočtových pásem jednotlivých aktivit
podává tento vtipný graf:
f [Hz]
30
13
8
4
α
β
γ
δ
ε
ζ
η
θ
Slide 15
Alfa aktivita – 11 Hz, nejvýraznější v temporo-parieto-okcipitální oblasti
Slide 16
Reakce zástavy a rebound efekt
Slide 17
Reakce zástavy a rebound efekt
Slide 18
Alfa a rebound efekt při kolísající vigilitě
Slide 19
Zpomalení alfy blikáním 25 Hz
Slide 20
Alfa při fotostimulaci 5 Hz
Slide 21
Rytmus beta
Slide 22
Bilaterální asynchronie bety ve frontální oblasti
Slide 23
Usínání
Slide 24
Prohlubování spánku
Slide 25
NON-REM 4
Slide 26
Literatura:
[1] Faber, J.: EEG atlas do kapsy. TRITON, Praha, 1997.
[2] Faber, J.: Elektroencefalografie a psychofyziologie, ISV nakladatelství,
2001.
[3] Vojtěch, Z. a kol.: Atlas elektroencefalografie dospělých, Nemocnice Na
Homolce, TRITON, Praha, 2005.
[6] Chytil, J., Kolařík, J.: Analýza elektroencefalografické aktivity. Nový model
metody sumace spontínní a evokované aktivity EEG. Univerzita Palackého,
Olomouc, 1983.
[4] Fyziologická psychologie (pdf soubor).
http://www.psycholousek.cz/modules.php?name=Downloads&d_op=getit&li
d=76
[5] Slavík, J.: EEG Workshop - dokumentace. 1999 – 2003.
http://www.volny.cz/slavij/DokumentaceHTML/Dokumentace.htm