Was verbirgt sich wirklich hinter den komplexen Mustern unserer Gehirnwellen? Diese aufschlussreiche Analyse entschlüsselt die Geheimnisse des Elektroenzephalogramms (EEG) und seiner tiefgreifenden Verbindung zu unseren kognitiven Funktionen. Von den beruhigenden Alphawellen des entspannten Wachzustands bis zu den aufgeregten Betawellen der aktiven Denkprozesse enthüllt dieses Buch, wie das EEG als Fenster zur dynamischen Welt unseres Geistes dient. Tauchen Sie ein in die faszinierende Welt der Schlafstadien, von den leichten Träumen des Stadiums B bis zum paradoxen REM-Schlaf, und entdecken Sie, wie pathologische EEG-Muster Einblicke in neurologische Erkrankungen wie Epilepsie und Meningitis geben können. Jenseits der Klinik erkundet das Buch, wie das EEG in Gedächtnistests eingesetzt wird und wie höhere Alphafrequenzen mit einer besseren Gedächtnisleistung korrelieren. Erfahren Sie mehr über die technischen Feinheiten der EEG-Messung, von der 10-20-Methode zur Elektrodenplatzierung bis zur Filterbank zur Minimierung von Störfrequenzen. Entdecken Sie die Bedeutung ereignisbezogener Desynchronisation (ERD) und wie sie die kortikale Aktivierung vor und nach einem Reiz quantifiziert. Anhand bahnbrechender Studien untersucht dieses Buch, wie die individuelle Alphafrequenz (IAF) mit Gedächtnisleistung, Aufmerksamkeit und hemisphärischen Unterschieden bei der Verarbeitung von Wörtern und Zahlen zusammenhängt. Untersuchen Sie, wie Aufmerksamkeit und Erwartung die Gehirnaktivität beeinflussen und wie die Alphafrequenz die Geschwindigkeit der Informationsabfrage aus dem Gedächtnis bestimmt. Ob Sie Neurowissenschaftler, Psychologe oder einfach nur neugierig auf die Funktionsweise des menschlichen Gehirns sind, diese umfassende Untersuchung des EEG und seiner kognitiven Korrelate wird Ihr Verständnis des komplexesten Organs des Körpers erweitern. Tauchen Sie ein in die Welt der Gehirnwellen, Gedächtnisleistung, kognitive Funktionen, Alphafrequenz, Betawellen, Thetawellen, Deltawellen, Schlafstadien, Epilepsie, Meningitis, ERD, Aufmerksamkeit, Erwartung und hemisphärische Unterschiede – ein unverzichtbares Werk für jeden, der die Geheimnisse des menschlichen Geistes entschlüsseln möchte.
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.
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.
Häufig gestellte Fragen zu "Psychologie - EEG und kognitive Funktionen"
Was ist ein EEG und was misst es?
Ein EEG (Elektroenzephalogramm) misst die Aktivierung der Großhirnrinde. Es kann keine anatomischen Strukturen oder Veränderungen wie ein CT (Computertomographie) darstellen. Es misst die summierte elektrische Aktivität über mehrere Nervenzellen, wobei mindestens 10.000 Neuronen sich gleichzeitig entladen.
Welche Vorteile hat ein EEG gegenüber einer Hirndurchblutungsmessung?
Ein EEG hat eine höhere Zeitauflösung als eine Hirndurchblutungsmessung, obwohl beide im Grunde dasselbe messen (durchschnittliches Bild bei längeren Tätigkeiten).
Was ist der Unterschied zwischen EEG-Mapping und visueller Analyse?
EEG-Mapping stellt die Aktivitäten in verschiedenen Farben schematisch dar, während die visuelle Analyse die Wellen einzelner Elektroden abbildet. EEG-Mapping bietet im klinischen Bereich eine bessere Übersicht.
Welche Arten von Gehirnwellen gibt es und wann treten sie auf?
Es gibt vier Haupttypen von Gehirnwellen:
- Alphawellen (6-12 Hz): Dominieren im entspannten Wachzustand oder bei geschlossenen Augen.
- Betawellen (13-ca. 20/30/40 Hz): Treten bei Tätigkeiten auf, die vom Gehirn gesteuert werden.
- Thetawellen (4-7 Hz): Im tiefen Entspannungszustand und beim Einschlafen.
- Deltawellen (0,4-4 Hz): In Tiefschlafphasen.
Wie verändert sich das EEG während des Schlafs?
Das EEG verändert sich in den verschiedenen Schlafstadien:
- Stadium A (Entspannung): Alphawellen mit niedrigen Amplituden, wenige langsame Thetawellen.
- Stadium B (Einschlafphase): Niederfrequenter Thetarythmus mit Vertexzacken.
- Stadium C (leichter Schlaf): Langsame Thetawellen, hohe Amplituden, Schlafspindeln, hochfrequente Betawellen.
- Stadium D (mitteltiefer Schlaf): 50% Deltawellen, hohe Amplitude.
- REM-Schlaf (paradoxer Schlaf): Unterer Alpha-, oberer Thetafrequenzbereich.
Welche pathologischen EEG-Muster gibt es?
Beispiele für pathologische EEG-Muster sind Spike-Wave-Kombinationen bei Epilepsiepatienten und niederfrequente Theta- und Deltawellen bei Meningitispatienten.
Wo wird das EEG klinisch eingesetzt?
Das EEG wird in der Gehirnneurologie bei Gewebsschädigungen mit Funktionsstörungen (z.B. Epilepsie) eingesetzt. In der Psychiatrie dient es als Begleitmessung für Hinweise auf psychiatrische Erkrankungen.
Gibt es auch nicht-klinische Einsatzbereiche für das EEG?
Ja, das EEG kann z.B. in Gedächtnistests verwendet werden. Bei gutem Gedächtnis werden auffallend höhere Alphafrequenzen beobachtet.
Wie funktioniert die EEG-Messung technisch?
Für die EEG-Messung werden Silberelektroden (einzeln oder in Haube integriert) und leitende Paste verwendet. Die Elektroden werden nach der 10-20-Methode platziert. Die Signale werden über Verstärker erfasst und durch eine Filterbank von Störfrequenzen befreit. Ein Analog-Digitalwandler speichert den Input in Form von Zahlen. Die Abtastfrequenz beträgt normalerweise 128 Hz (reicht bis 64 Hz), außer bei evozierten Potentialen (bis zu 10.000 Hz).
Welche Störquellen (Artefakte) können das EEG verfälschen?
Es gibt biologische (Augenbewegungen, EKG-Einstreuung, Schwitzen, Puls, Muskelpotentiale) und technische Störquellen (defekte Ableiteschnur, schlechter Elektrodenkontakt, Wechselstromüberlagerung).
Was bedeuten die Begriffe Powerspektrum, Quadrierte Amplitudenwerte, Peakfrequenz und ERD?
- Powerspektrum (Frequenzleistungsspektrum): Zeigt z.B. das 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): Prozentuelle Ab- oder Zunahme der Alphawellen im Vergleich zu einem Referenzintervall.
Was ist P300?
P300 hat etwas mit Speicherung von Information zu tun. Es variiert mit der Veränderung der Aufgabenschwierigkeit (schwerer: höhere Amplitude, größere Latenz (Verarbeitungszeit)).
Welche experimentellen Designs werden in EEG-Studien verwendet?
Experimentelle Designs umfassen oft mindestens 25-30 Trials (Versuchsdurchgänge), um genügend artefaktfreie Trials zu erhalten. Die Aufgaben können die Identifizierung von Targets, Gedächtnisaufgaben oder die Kategorisierung von Reizen umfassen. Die ERD (Ereignisbezogene Desynchronisation) wird häufig gemessen und analysiert.
Wie hängen Alphafrequenz, Gedächtnisleistung und kognitive Leistung zusammen?
Studien zeigen, dass die Alphafrequenz (insbesondere die "individual alpha frequency" - IAF) in Relation zur Gedächtnisleistung und Aufmerksamkeit steht. Gedächtnisleistung hat den stärksten Einfluss auf die IAF. Eine Abnahme der IAF ist immer mit einer Verschlechterung der Gedächtnisleistung verbunden. Aufmerksamkeitsbelange reduzieren die IAF geringfügig, insbesondere im Parietallappen.
Welchen Einfluss haben Aufmerksamkeit und Erwartung auf hemisphärische Unterschiede bei der Verarbeitung von Wörtern und Zahlen?
Studien untersuchen, wie Aufmerksamkeit und Erwartung (hohe Erwartung durch blockweise Darbietung vs. niedrige Erwartung durch randomisierte Darbietung) die hemisphärischen Unterschiede bei der Verarbeitung von semantischen (Kategorisierung) und numerischen (gerade/ungerade) Tests beeinflussen. Das niedrige Alphaband (6-10 Hz) ist sensitiver in Bezug auf Aufmerksamkeit und Erwartung.
Steht die Alphafrequenz im Zusammenhang mit der Gedächtnisleistung bei Alzheimer-Patienten?
Ja, Studien zeigen, dass die Alphafrequenz im Zusammenhang mit der Gedächtnisleistung steht. Im Vergleich zu einer Ruheperiode steigt die Alphafrequenz an, wenn Informationen aus dem Gedächtnis abgerufen werden müssen. Die Alphafrequenz scheint die Geschwindigkeit zu determinieren, mit der Informationen aus dem Gedächtnis "geholt" werden können.
- Citar trabajo
- B. Ripper (Autor), 1993, EEG Kognitive Funktionen - Schimke, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/95906
