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 (time-locked) 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

Schemat obliczania zmian mocy wywołanej zdarzeniem. Zmniejszenie mocy w paśmie nazywa się ERD, zwiększenie ERS.

kn

njj

jj

Ak

R

R

RASERD

0

0

1

%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 czuciowo-ruchowej 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

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.

ERD/ERS jest wykorzystywane w interfejsach mózg – komputer.

Diagnostyka za pomocą EEG

Zapisy EEG sa wykorzystywane w diagnostyce epilepsji, często w połączeniu z zapisem video.

zapis normalny

napad padaczkowy iglica epileptyczna