Bio

-nicht physiologisch:

50 Hertz Netzspannung
Limitierung des Aufzeichnungsbereich

    je größer Messbereich, desto schlechter Auflösung-> zu knapp gewählt-> Blocking
Lockerung der Elektroden

Netzbrummen (schlecht abgeschirmte Kabine)

-Physiologisch

Hautpotentiale (schweiß)
Kardiovaskuläre Artefakte (Herz ist relativ stark)

-Muskulär

Muskelbewegungen (Kaugummi)

Augenbewegungen
 

50 Hz Rauschen

Geschirmte Kabine, gefilterte Netzversorgung

Erdung des Probanden

50 Hz Notch Filter

Muskelbewegungen

Bewegungen vermeiden (kein Kaugummi)

EMG Messung und anschließende Eliminierung bzw Korrektur kontaminierter Messung

Statistische Kontrolle bzw Augenscheinkontrolle

Augenbewegungen

EOG Koregistierung (Elektrookulographie)

Ausschluss aller Trias, in denen Augenbewegungen statt fanden

EOG Korrektur mit spezifischen Algorithmen
 

Vor allem an frontalen Elektroden der EEG Ableitung
da Augen vorne am Kopf liegen

Tiefpassfilter
    -lässt nur Frequenzen unter einem bestimmten Cut-off wert passieren
    -Hohe Frequenzen werden herausgefiltert
Hochpassfilter
    -lässt nur Frequenzen über einem bestimmten Cut off wert passieren
    -niedrige Frequenzen werden rausgefiltert

Bandpassfilter
    -alles im Band passiert den Filter, alles drunter/drüber wird rausgefiltert

    -Hoch und Tiefpassfilter kombiniert

Notch Filter ("Kerbfilter")

   -filtert bestimmte Frequenz zB 50 Hz aus Signal raus

Sinn: Vermeiden von Artefakten und Hervorhebung von interessanten Signalen

Zerlegung des EEG in Sinuskurven verschiedener Frequenz und Amplitude

Überführung von Zeit in Frequenzdomäne
Das EEG wird nicht mehr gegen die Zeit abgetragen sondern gegen die Frequenz

Zerlegung des Gesamtsignals in verschiedene Sinus und Cosinus Funktionen

->Sichtbarmachen von verschieden Frequenzbändern-> wie dominant bestimmte Frequenzen im gemessen Signal vorkommen

Spektralanalyse

- prozentualer zeitlicher Anteil der verschieden Frequenzbänder innerhalb eines Zeitabschnitts durch Fourier Analyse

-Abbildung der Spektralanalyse nennt sich Frequenzhistogramm

Power Spektren

Quadrierte Amplitude der jeweiligen Frequenzen

Verdeutlicht zeitlich variierende Dominanz bestimmter Frequenzen

Frequenz Banz Dominanz

Man kann immer einen Mix aus verschiedenen Frequenzbändern messen

-> nur eine relative Dominanz bestimmter Bänder durch Spektralanalyse oder Power Spektren deutlich machen

Es kommt vor, dass an bestimmten Elektroden manche Bänder stärker ausgeprägt sind als an anderen Elektroden

-Delta (0,5-3Hz)

Tiefschlaf, Koma, Intoxikation, cerebrale Läsion

-Theta( 4-7Hz)

Dösen, Übergang zum Einschlafen, Meditation, hohe Konzentration

-Alpha( 8-13Hz)

Augen zu, wach, entspannt, synchronisiertes Wach EEG

-Beta( 14-30Hz)

Augen auf, mentale/körperliche Aktivität, desynchronisiertes EEG

-Gamma (31-60Hz)

Erschaffen eines homogenen Bildes-> Kopplung an vesch. Neuronengruppen

-Alpha-Wellen

-synchronisiert

-Bedingung: reizarme Umgebung + niedrige/keine visuelle Aufmerksamkeit

Nach dem Öffnen der Augen werden alpha Wellen blockiert & Beta Wellen treten auf

Psychologie/Neurowissenschaften

-zeitlich präzise Untersuchung kognitiver Prozesse

-Aufmerksamkeitsprozesse (Theta Wellen bei Konzentration)

-Schlaf und Bewusstseinszustände

-kortikale Plastizität

Neurologie

-Diagnostik:  Epilepsie, Narkolepsie, Demenz

-Kopfverletzungen

-Vergiftungen

grand mal:

    weite Teile Gehirns betroffen, Bewusstseinsverlust, Muskelkontraktion

petit mal

   Spike Wave Komplexe im EEG, kurze Bewusstseinsverluste, kein muskulärer Anfall

EKP= ereigniskorreliertes Potential

ERP= event related potential

-Ziel: EKP soll aus "Hintergrundrauschen" rausgefiltert werden

-Problem= Hintergrundrauschen hat stärkeres Signal

-Lösung= Mittelung des Signals durch vieler Versuchsdurchgänge

->Mitteln des EEGs führt dazu, dass Spontan EEG gegen Null strebt + das  EKP summiert sich auf

2 Möglichkeiten (unheitlich)

-nach Auftretenszeit:

zB P300 nach 300 ms

-nach Reihenfolge der lokalen Minima/Maxima

zB N2 als zweite Negativierung

Teilweise wird jedoch auch nach Funktion der Komponente benannt: ERN (error related negativity)

P= positiv (Positivierung des Potentials)

->Hemmung des Signals

N= negativ (Negativierung des Signals)

-> Mobilisierung des Signals

Achsen immer mitbetrachten

exogen

   <200 ms

    frühe Komponente

      eher fokussierte Aktivität

      mit Eigenschaft des Stimulus und der früheren Evaluation in Verbindung gebracht

      primär sensorische Reize auch Aufmerksamkeitsprozesse 

endogen

ab 200 ms

späte Komponenten

eher diffus und wertverteilte Herkunft Signals

mit Eigenschaften Individuums wie Kognitionen, Emotionen verbunden

innere Prozesse: Verarbeitung und Zustand des Individuums-> Entscheidungsvorgang

-Amplituden

Von der Baseline = baseline to peak

Zwischen lokalen Extrema= peak to peak

-Latenz (in ms)

Abstand des Gipfel/Tals vom Reizeinsatzpunkt (R ) aus

-Lokalisation der Elektrode:

Frontal oder parietal

Psychologie/Neurowissenschaften

Sensorische Verarbeitung und Kategorisierung

Kognitions- und Emotionsforschung

Exekutive Funktionen

Stimulusbezogene /bottom up) Aufmerksamkeit

Informationsverarbeitung

Neurologie

Diagnostik: Sinnesleistungen bei bewusstlosen oder sprachunfähigen Individuen

Reizweiterleitungsprozess

Aktionspotentiale sind schon nach kurzer Entfernung vom Axon nicht mehr nachweisbar

Dann: EPSPs

Verhältnismäßig träge und können sich summieren/überlagern

Teilweise/selten auch durch IPSPs

Positives Potential

IPSP an Cortexoberfläche

Tiefergelegenes EPSPS

Depolarisation im Soma führt zur Negativierung am Soma+ Positivierung an Dendriten

-> Kortexoberfläche ist positiviert

Negatives Potential

EPSP an Cortexoberfläche

Tiefergelegenes IPSP

Positivierung am Soma+ Negativierungen den Dendriten

-> Kortexoberfläche ist negativiert

-Signal an Kopfoberfläche kann nur gemessen werden, wenn sich zahlreiche (>1000) Dipole synchron bilden.-> summierte exzitatorische postsynpatische Signale (KEIN AP)

-Alpha Rhythmus

Thalamische Schrittmacherzellen

Wird durch Formaticus reticularis interferiert -> führt zu erhöhten Aufmerksamkeit-> Unterbrechung des Alpha- Rhythmus

-Beta und Gamma Rhythmus:

Intrakortikale oszillatorische Netzwerke

.EEG

misst elektrische Aktivität

Messung va an Gyri

niedrige räumliche Auflösung

+ verhältnismäßig günstig

-weniger genau, leichter Verzerrungen durch Volumenleitung des Schädels

MEG

misst magentische Aktivität

Messung va an Sulci

hohe räumliche AUflösung

+ misst auch tiefergelegendes

- sehr aufwendig, teuer

-weniger transportabel

CT- Computertomographie

PET- Positronen- Emissions- Tomographie

(f)MRT- Magnetresonanztomographie -> Kernspintomographie

NIRS- Nahinfrarotspektroskopie

-neurovaskulär-> Nerven und Blutgefäße betreffend

-Aktivierung einer bestimmten Hirnregion führt zu erhöhtem Sauerstoffverbrauch (CMRO)

->  Erweiterung der lokalen Arteriolen

->Erhöhung der lokalen Durchblutung (CBF)

->Sauerstoffversorgung verbessert sich

->Anteil an desoxigeniertem (sauerstoffarmen) Hämoglobin sinkt

-Radionuklide zerfallen unter Emission von Positron (Beta-plus-Strahlung)

-Positron verschmilzt mit Elektron (Annihilation)

-Verschmelzung setzt 2 Annihilationsphotone frei

-Annihilationsphotone entfernen sich mit Lichtgeschwindigkeit in entgegengesetzte Winkel (180°) voneinander (Gammastrahlung>)

-Koinzidenzschaltung: registriert immer dann Signal wenn die 2 Gammadetektoren gleichzeitig aktiviert werden

-besteht aus 2 Teilen

-Substanzen die mit einem Radionuklid markiert sind-> nehmen am gewöhnlichen Stoffwechsel teil

-radioaktiv markierte Glucose wird genauso verstoffwechselt wie andere Glucose auch

-das Gehirn liefert besonders viel Glucose an momentan aktive Hirnregionen

->Zerfall viel Glucose in aktiven Regionen

-in einem Zyklotron-> Teilchenbeschleuniger

Ziel: Auslösungen von Kernprozessen die zur Entstehung von Radionukliden führen

-da der Ruhestoffwechsel des Gehirns die induzierte Aktivität überlagert ist eine Differenzbildung zwischen den Bedingungen (Stimulation vs Ruhe) nötig

-Problem 1:

Neuronale Aktivität in Bezug auf Stimulation ist überlagert von Grundaktivität des Gehirns

Lösung: Herausrechnen der Grundaktivität mit Subtraktionsmethode

Subtraktionsmethode: versch. Neuronale Reaktionen werden voneinander abgezogen

-> zurückbleiben die Unterschiede in neuraler Aktivierung

-Problem 2:

Gehirne sind unterschiedlich aufgebaut (Gyri, Sulci..)

Lösung: anatomische Normalisierung/Standardisierung nötig

1)Messung dopaminerger Aktivität nach Blockierung des Dopamintransporters mit Kokain im Vergleich zu Kontrollen

2)Aufzeigen von unterschieden in dopaminerger Aktivierung bestimmter Hirnregionen bei verschiedenen Substanzen (Cocain, Meth)

3)Messung von Glucoseverbrauch von Gesunden im Vergleich zu Menschen mit großflächigen (sub)cortikalen Läsionen (zB Schlaganfall)

4)Längsschnittuntersuchungen mit radioaktiven Tracern für Amyloidplagues in der Alzheimerforschung

funktionale Bildgebung

fMRt

PET

fNirs

Strukturelle Bildgebung

MRt

Voxel Based Morhometry VBM

Duffusions Tensor Imaging DTI

Computer TomoGrapfie CT

->Kernspinresonanz(NMR)

60& unseres Körpers ist aus Wasser-> Wasserstoff-> 1 Proton

-Wasserstoffteile ordnen sich entlang Magnetfeld an und beginnen durch zusätzliches Magnetfeld (RF Puls) zu kreiseln (Larmorpräzession)

-Nach abschalten des zusätzlichen Magnetfelds kippen gehen Atome in ursprüngliche Ausrichtung zurück

->Relaxationssignale werden gemessen

->je nach Gewebstruktur untersch. Relaxationszeiten

-T1- Aufbau der Längsmagnetisierung -> kippen zurück in vertikales Magnetfeld

Kurze Zeit: hell: weiße Substanz, fett

Lange Zeit: dunkel: graue Substanz

-T2- Zerfall der Quermagnetisierung-> Atome rotieren wieder individuell

Kurze zeit: dunkel: weiße Substanz

Lange Zeit: hell: graue Substanz, Liquour

-Bild in Spalten &Zeilen aufteilen-> Positionsfeststellung der Teilchen

-X-Gradient: nicht nur eine Einzelfrequenz detektiert, sondern ei Frequenzspektrum

->Frequenz Enkodierung

-Z-Gradient: nur eine Schicht reagiert (Schichseletionsgradient)

->Schichtenauswahl

-Y-Gradient: Spin in jeder Schicht unterschiedlich schnell dephasiert

->Phasen Enkodierung

-wenn sich das Verhältnis der oxygeniertes und desoxygenierten Hämoglobins verändert

=BOLD response-> blood oxygen dependent level response

Im Ruhezustand besteht ein Gleichgewicht: oxygeniertes Hämoglobin wird in Desoxygeniertes umgewandelt

Bei Neuronaler Aktivität: oxygeniertes Hämoglobin-> abtransportiert

->Überschuss

->Änderung des Verhältnisses

->hämodynamische Reaktion

-Oxygeniertes Hämoglobin wird in desoxygenerites Hämoglobin umgebaut (konstantes Verhältnis)

-> hat andere magnetische Eigenschaften

-Oxyhämoglobin ist diamagnetisch-> Magnetfeld innerhalb des Moleküls genauso stark, wie außerhalb

-wenig Aktivität

->viel Desoxyhämoglobin

->Feldinhomogenität

->schwaches MR Signal