Elektroencefalografie České vysoké učení technické v Praze, Fakulta elektrotechnická Semestrální práce do předmětu X33BMI Elektroencefalografie Martin Makovický makovm1@fel.cvut.cz

ÚVOD EEG je zaznamenávání elektrické akti-vity mozku ve formě časových průběhů elektrického napětí mezi určitými místy na povrchu skalpu. Používá se v neurologii, psychologii nebo psychiatrii pro diagnostiku přísluš-ných poruch.

NEURON Mozek sestává asi z 1011 neuronů. Každý se skládá z těla a mnoha výběžků jádro tělo (soma) axon (neurit) dendrity

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 jádro tělo (soma) axon (neurit) dendrity

NEURON K podráždění dojde, přesá-hne-li suma všech potenciálů přicházejících do neuronu prahovou hodnotu. Neuron vyšle impuls axonem, po němž následuje tzv. refra-kterní fáze, kdy lze vyvolat další vzruch jen velmi těžko. Může dojít i k opačné reakci, kdy je membrána buňky hy-perpolarizována (k tomu do-chází i v refrakterní fázi). Pak vzruch nenastane a dochází k inhibici jakýchkoli podnětů. -70 1 2 3 4 5 6 -55 40 t [ms] φ [mV] Depolarizace Repolarizace Klidová hladina Práh

VZNIK EEG SIGNÁLU Budeme-li měřit elektric-kou aktivitu jednotlivého neuronu, uvidíme jen im-pulzy, jejichž kmitočet může dosahovat hodnot až okolo 1 kHz. V praxi nás ovšem za-jímá činnost větších oblastí nervové tkáně, která vzniká spoluprácí různých mozko-vých struktur. Cortex Bazální ganglia Thalamus AA Pa Hippocampus Am SM VM PM Oko AA – area adolfactoria, Pa – pallidum, Am – amygdala, SM – stř. mozek, VM – varolův most, PM – prodl. mícha Mícha

VZNIK EEG SIGNÁLU Takový signál vzniká synchronizací impulzů produkovaných jednotlivými neurony cortexu (šedé kůry). Tuto synchronizaci řídí především thalamus, který přijímá informace z míchy a smyslů, a předává je příslušným strukturám. Je to zkrátka takový I/O řadič, rozhraní mezi periferiemi a ostatním hardwarem. Cortex Bazální ganglia Thalamus AA Pa Hippocampus Am SM VM PM Oko AA – area adolfactoria, Pa – pallidum, Am – amygdala, SM – stř. mozek, VM – varolův most, PM – prodl. mícha Mícha

PŘIPOJENÍ ELEKTROD Provádí se neinvazivně pomocí elektrodové čepice nebo nalepovacích elektrod. Při operacích a závažných případech se přistupuje i k metodám invazivním.

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).

ROZMÍSTĚNÍ ELEKTROD 10% 20% Rozmístění dle systému 10/20, který je nejpoužívanější, znázorňují na obrázku velké tečky. Malé tečky znázorňují 64-ti svodový systém 10/10. Osy obou systémů jsou orientovány dvěma výstupky (nasion a inion) a zvukovody. Na hlavě se orientujeme pomocí rovin. Jednotlivé elektrody jsou pak pojmenovány písmenem vyjadřujícím danou rovinu a číslicí. Ve spánkových oblastech se používá písmeno T – temporální. Fp1 Fp2 F7 F3 Fz F4 F8 T4 C4 CZ C3 T3 T5 P3 PZ P4 T6 O2 O1 prefrontální frontální centrální parietální okcipitální laterální paramediální mediální A1 A2

ZAPOJENÍ ELEKTROD Bipolární – měří se napětí mezi jakýmikoliv dvěma elektrodami (používá se k přímému čtení z EEG signálu) Unipolární – měří se potenciál mezi jednou referenční elektrodou a ostatními. Jako refe-renční mohou být použity „lalůčkové“ elektrody A1 a A2. Toto zapojení je zatíženo relativně malým šumem a dává hezkou křivku. Základní aktivitou mozku je alfa aktivita, která se vyskytuje hlavně v temporoparietookcipitá-lních 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. Fp1 Fp2 F7 F3 Fz F4 F8 T4 C4 CZ C3 T3 T5 P3 PZ P4 T6 O2 O1 A1 A2

ZÁKL. AKTIVITY MOZKU Beta rytmus dominuje nad frontálními krajinami. Je důsled-kem nesynchronizované činnosti v thalamokortikálních dra-hách. 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 akti-vitu. 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.

Komplexní přehled kmitočtových pásem jednotlivých aktivit podává tento vtipný graf: f [Hz] 30 13 8 4 α β γ δ ε ζ η θ

Alfa aktivita – 11 Hz, nejvýraznější v temporo-parieto-okcipitální oblasti

Reakce zástavy a rebound efekt

Reakce zástavy a rebound efekt

Alfa a rebound efekt při kolísající vigilitě

Zpomalení alfy blikáním 25 Hz

Alfa při fotostimulaci 5 Hz

Rytmus beta

Bilaterální asynchronie bety ve frontální oblasti

Usínání

Prohlubování spánku

NON-REM 4

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&lid=76 [5] Slavík, J.: EEG Workshop - dokumentace. 1999 – 2003. http://www.volny.cz/slavij/DokumentaceHTML/Dokumentace.htm