Leseprobe

Psychologie - EEG und kognitive Funktionen: Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Was ist ein EEG und was misst es?

Ein EEG (Elektroenzephalogramm) misst die Aktivierung der Großhirnrinde. Es kann keine anatomischen Strukturen oder Veränderungen messen, im Gegensatz zu einem CT. Das EEG misst die summierte Aktivität mehrerer Nervenzellen, niemals die Aktivität einer einzelnen Zelle. Trotz der Vielfalt zellulärer Aktivität erhält man geordnete Muster, da mindestens 10.000 Nervenzellen gleichzeitig aktiv sind. Bestimmte anatomische Strukturen sind für geordnete rhythmische Aktivität verantwortlich (z.B. Thalamus für den Alpharythmus).

Welche Arten von Hirnwellen werden im EEG unterschieden?

Das EEG unterscheidet vier Haupttypen von Hirnwellen: Alphawellen (6-12 Hz, entspannter Wachzustand), Betawellen (13-40 Hz, gehirngesteuerte Tätigkeiten), Thetawellen (4-7 Hz, tiefer Entspannungszustand und Einschlafen) und Deltawellen (0,4-4 Hz, Tiefschlafphasen). Im Schlaf lassen sich verschiedene Stadien (A-D) mit unterschiedlichen Wellenmustern unterscheiden, sowie der REM-Schlaf.

Wie sieht ein pathologisches EEG aus?

Ein pathologisches EEG kann beispielsweise Spike-Wave-Kombinationen bei Epilepsiepatienten oder niederfrequente Theta- und Deltawellen bei Meningitispatienten aufweisen.

Wo wird das EEG klinisch und nicht-klinisch eingesetzt?

Klinisch wird das EEG im neurologischen Bereich (Gewebeschädigungen, Epilepsie) und als Begleitmessung in der Psychiatrie eingesetzt. Nicht-klinisch findet es Anwendung in Gedächtnistests, wobei ein gutes Gedächtnis mit höheren Alphafrequenzen in Verbindung gebracht wird.

Wie funktioniert die EEG-Messung?

Die Messung erfolgt mit Silberelektroden (einzeln oder in einer Haube integriert) und leitender Paste. Die 10-20-Methode verwendet bis zu 30 Elektroden. Die Signale werden über Verstärker erfasst, eine Filterbank schaltet Störfrequenzen aus, und ein Analog-Digitalwandler speichert die Daten. Die Abtastfrequenz beträgt normalerweise 128 Hz, bei evozierten Potentialen bis zu 10.000 Hz.

Welche Störquellen (Artefakte) können die EEG-Messung beeinflussen?

Biologische Störquellen sind Augenbewegungen, EKG-Einstreuungen, Schwitzen, Puls und Muskelpotentiale. Technische Störquellen umfassen defekte Ableitungsschnüre, schlechten Elektrodenkontakt und Wechselstromüberlagerungen.

Welche Parameter werden aus EEG-Daten berechnet?

Wichtige Parameter sind das Powerspektrum (Frequenzleistungsspektrum), die quadrierten Amplitudenwerte, die Peakfrequenz und die ereignisbezogene Desynchronisation (ERD), die die prozentuelle Ab- oder Zunahme von Alphawellen im Vergleich zu einem Referenzintervall angibt.

Wie sieht ein typisches experimentelles Design für EEG-Studien aus?

Experimentelle Designs benötigen mindestens 25-30 Trials (Versuchsdurchgänge), um genügend artefaktfreie Daten zu erhalten.

Was ist die Bedeutung des P300?

Das P300-Potential hat etwas mit der Speicherung von Information zu tun und variiert mit der Aufgabenschwierigkeit (höhere Amplitude und größere Latenz bei schwierigeren Aufgaben).

Welche Studien wurden durchgeführt und welche Ergebnisse zeigten sich?

Mehrere Studien untersuchten den Zusammenhang zwischen Alphafrequenz, ERD, Gedächtnisleistung und kognitiver Leistung. Die Ergebnisse zeigten unter anderem, dass die individuelle Alphafrequenz (IAF) stark mit der Gedächtnisleistung korreliert, dass die Wahl des Frequenzbandes für die ERD-Berechnung die Ergebnisse beeinflusst, und dass Aufmerksamkeit und Erwartung die hemisphärischen Unterschiede bei der Verarbeitung von Wörtern und Zahlen beeinflussen.

Psychologie - EEG und kognitive Funktionen

EEG:

= mißt Aktivierung der Großhirnrinde; kann keine anatomischen Strukturen / Veränderungen messen (wie CT)

- nie Aktivität einer einzelnen Zelle meßbar (würde ganz anders aussehen !) - immer summierte Aktivität über mehrere NZ.

Trotz Vielfalt zellulärer Aktivität erhält man geordnete Muster - mindestens 10.000 NZ entladen sich gleichzeitig.

* Bestimmte anatomische Strukturen sind für geordnete rythmische Aktivität verantwortlich. (Alpharythmus: Thalamus.)

* Unterschiede a) EEG und b) Hirndurchblutungsmessung:

a) hat höhere Zeitauflösung als b) , aber im Grunde gleich (mißt durchschnittliches Bild bei längeren Tätigkeiten.)

* Unterschiede a)EEG - Mapping und b) visuelle Analyse:

a) schematische Abbildung der Aktivitäten in versch. Farben.
b) Wellen (einzelne Elektroden) werden abgebildet.

- im klin. Bereich a) Vorteile: Übersichtlichkeit.

4 Typen:

* Alphawellen: 6 - 12 Hz dominiert im entspannten Wachzustand oder bei geschlossenen Augen.

* Betawellen: 13 - ca. 20/30/40 Hz bei Tätigkeiten, die vom Gehirn gesteuert werden.(dann: Alphablockierung !)

* Thetawellen: 4 - 7 Hz im tiefen Entspannungszustand und beim Einschlafen.

* Deltawellen: 0,4 - 4 Hz in Tiefschlafphasen.

Schlaf - EEG:

* A - Stadium: (Entspannung) Alphawellen mit niedrigen Amplituden, wenige langsame Thetawellen.
* B - Stadium: (Einschlafphase) niederfrequenter Thetarythmus, mit Vertexzacken. (hohe Ausschläge im Oberkopfbereich)
* C - Stadium: (leichter Schlaf) langsame Thetawellen, hohe Amplituden, Schlafspindeln, hochfrequente Betawellen.
* D - Stadium: (mitteltiefer Schlaf) 50% Deltawellen, hohe Ampltude.

* REM - Schlaf: (paradoxer Schlaf -wirkt wie Aufwachphase, ist aber tiefster Schlaf) unterer Alpha-, oberer Thetafrequenzbereich.

pathologisches EEG:

zB. Spike - Wave - Kombinationen bei Epilapsiepatienten.

niederfrequente Theta- und Deltawellen bei Meningitispatienten.

* klinischer Einsetzungsbereich: Gehirnneurologischer Bereich, Gewebsschädigungen mit Funktionsstörungen bei Epilepsie.

* im psychiatrischen Bereich: Begleitmessung für Hinweise für psychiatrische Erkrankungen.

* nicht klinischer Einsetzungsbereich: zB. Gedächtnistests (bei gutem Gedächtnis auffallend höhere Alphafrequenzen) -Zusammenhang testpsychologische und physiologische Untersuchungen.

Messgeräte:

Silberelektroden (einzeln oder in Haube integriert), leitende Paste.

10;20 Methode: höchstens 30 Elektroden (mehr als genug !)

vom CZ ausgehend ungerade Elektroden links, gerade rechts.

(vom Inion und Nasion aus gemessen.)

zu einem Elektrodenpkt: Bezugspkt (meist Ohrläppchen oder Nase.)

* Über Verstärker werden Signale erfassbar.

* Filterbank: zur größtmöglichen Ausschaltung von Störfrequenzen.

( Ableitung über 4 Frequenzbänder von 0,4 bis ca. 40 Hz)

* Analog - Digitalwandler: speichert Input in Form von Zahlen.

Abtastfrequenz: je mehr Punkte, desto genauer. (Verfälschung !)

normalerweise:128 Hz Abtastfrequenz (reicht bis 64 Hz.

Ausnahme: evozierte Potentiale - bis zu 10.000 Hz.

Störquellen (Artefakte):

biologische: Augenbewegungen (zur Klärung: Okulogramm), EKG - Einstreuung, Schwitzen, Puls, Muskelpotentiale.

technische: defekte Ableiteschnur, schlechter Elektrodenkontakt, Wechselstromüberlagerung.

- Powerspektrum: (Frequenzleistungsspektrum) zB. Maximum der Alphawellen bei Ruheabbildung.
- Quadrierte Amplitudenwerte: ausgehend von der 0 - Linie werden die positiven und negativen Amplituden quadriert und gemessen.
- Peakfrequenz: mißt den absoluten Gipfel (das Maximum)
- ERD: (Ereignisbezogene Desynchronisation)= %- uelle Ab-, oder Zunahme der Alphawellen im Vergleich zu einem Referenzintervall.

Ergebnisse in 2 Wertegruppen gegliedert: 8 - 10 Hz und 10 - 12 Hz. Berechnung:

Alphapower (Referenzintervall) - Ap.(Testintervall) X 100 = ERD

Ap.(Referenzintervall)

Experimentelles Design: mindestens 25 - 30 trials um genügend artefaktfreie trials zu bekommen. (trial= Versuchsdurchgang)

P 300: hat etwas mit Speicherung von Information zu tun. -variiert mit Veränderung der

Aufgabenschwierigkeit (schwerer: höhere Amplitude, größere Latenz (=Verarbeitungszeit) )

Publikationen:

ERD und die Wahl des Frequenzbandes zur Quantifizierung corticaler Prä- und Poststimulus Aktivierung:

1. fixierter Frequenzbereich 8 - 12 Hz
2. individueller ------''----- je nach Alphafrequenz der Vp.

Aufgabe: Targets indentifizieren, die in einer früheren Sitzung dargeboten worden waren.

* prä- und poststimulusintervall = 375 ms vor und nach einer Präsentation eines Wortes.

* 29 Elektroden, 10 Vpn. (Rechtshänder), in 2 Frequenzbänder getr

Ergebnisse: Anstieg im Poststimulusintervall.

- bei Vergleich der beiden Methoden: 2. = besser beim Differenzieren zwischen Prä- und Poststimulusintervall. (bringt Effekte der corticalen Prä- und Poststimulus Aktivität deutlicher zum Ausdruck.)
- Faktoren wie Aufmerksamkeit und Erwartung werden durch höhere Werte der ERD im unteren Frequenzbereich reflektiert.
- im oberen Frequenzbereich = eine Zunahme der ERD durch stimulusbezogene kognitive Aktivität als direkte Reaktion auf einen Reiz.

Alphafrequenz, Gedächtnisleistung und kognitive Leistung.

Aufgabe: modifizierte Version von Schneider und Shiffrin - Test.

"individual alpha frequency" = IAF

- steht sie in Relation zu Gedächtnisleistung und Aufmerksamkeit ?

Ergebnis: * Gedächtnisleistung hat den stärksten Einfluß auf IAF.

Vergleich: Vpn. mit guter / mit schlechter Gedächtnisleistung.

( gute = um 1,25 Hz. höher als schlechte.)

* Aufmerksamkeitsbelange reduzieren die IAFgering (kleinerer Effekt) lokalisierung: Parietallappen.

- Eine Abnahme der IAF ist immer mit einer Verschlechterung der gedächtnisleistung verbunden.

ERD und die hemisphärischen Unterschiede für Wörter und Nummern.

ERD = Index für corticale Aktiviät.

Wie beeinflußen Aufmerksamkeit und Erwartung die hemisphärischen Unterschiede für Worte und Nummern ?

- 12 recgtshändige Männer
- semantische (Kategorisierung) und numerische (gerade / ungerade) Tests.
- unter 2 Bedingungen: hohe Erwartung: blockweise Darbietung niedrige Erwartung: randomisierte Darbietung
- 2 Frequenzbänder (6 - 10 Hz und 9 - 13 Hz) Ergebnisse: besonders auffallend: der Einfluß der erwartung ( hohe Erwartung: im 6- 10 Hz Bereich: linkshemisphärische Bevorzugung)
- niedriges Alphaband: sensitiver im Bezug auf Aufmerksamkeit und Erwartung.

Alphafrequenz und Gedächtnisleistung:

gestüzt von einer neuen Gedächtnistheorie ("connective model") testete man die Hypothese, ob die Alphafrequenz im Zusammenhang mit der gedächtnisleistung steht.

Exp.1: a) Alzheimer Patienten b) normale Vpn.

mit Wechsler - memory - scale getestet.

=> Alphafrequenz steht im Zusammenhang mit der Gedächtnisleistung !

Exp.2: zeigte, daß, verglichen mit einer Ruheperiode, die Alphafrequenz ansteigt, wenn die Vp. die Info mit dem Gedächtnis vergleicht.

=> Die Alphafrequenz scheint die Geschwindigkeit, mit der Info aus dem gedächtnis "geholt" werden kann, zu determinieren.