warum eeg/ekp · und mit gleicher zeitlicher charakteristik exakt definierten ereignissen...
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Bertram Opitz, UdS 2007 1
Warum EEG/EKP ?
Einpräge-phase
Wieder-erkennen
JA
NEIN
JANEIN
NEIN
JA
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Subsequent Memory Effect
später nicht erinnert
später erinnert
Einpräge-phase
Kann man beim Einprbeim Einpräägengenerkennen, an welche Gesichter man sich später erinnert ?
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Amyotrophe Lateralsklerose (ALS)und der Thought Translation Device
Niels Birbaumer
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Amyotrophe Lateralsklerose (ALS)und der Thought Translation Device
Niels Birbaumer
Bertram Opitz, UdS 2007 5
Warum EEG/EKP ?
Online-Maß
kein offenes Verhalten notwendig
hohe zeitliche Auflösung
Teilaspekte der Informationsverarbeitung aufgrund qualitativ unterschiedlicher Hirnaktivierungen
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Hans Berger (1929): Über das Elektroenzephalogramm des Menschen
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Typen der EEG-Aktivität
Hans Berger (1924 / 1929):elektrische Potentiale auf der Kopfhaut messbarrhythmische Änderungen
typische Größen:Spannungen: 1 µV – 200 µVFrequenzen: 0.5 Hz – 100 Hzzeitliche Auflösung: 1 ms
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Typen der EEG-Aktivität
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Typen der EEG-Aktivität
Spontanaktivität
δ - Band .5 – 4 Hz Tiefschlafθ - Band 5 – 7 Hz dösender Wachzustandα - Band 8 – 13 Hz entspannter Wachzustandβ - Band 14 – 30 Hz mental aktivierter Zustandγ - Band 30 – 50 Hz
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Typen der EEG-Aktivität
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Spontanaktivität
Ereignis-korrelierte AktivitätPotentialverschiebungen des EEG, die wiederholbar und mit gleicher zeitlicher Charakteristik exakt definierten Ereignissen vorangehen oder nachfolgen.
EKP vs. EP ? Evoziertes Potential als Fall des EKP, Reaktion auf einen sensorischen Stimulus
Typen der EEG-Aktivität
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MessungMessung = Signal (EKP) + = Signal (EKP) + StStöörsignalrsignal
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spontan EEG (Rauschen) um den Faktor 5-20 größerals EKP's (Signal)
Idee: Reaktion Reiz-Signal ist zeitgebunden⇒ also: Latenz und Amplitude konstant⇒ Mittelungsverfahren (averaging) zur
Rauschunterdrückung
Signalextraktion
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Signalextraktion
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EKP-Komponenten
EKP = Abfolge positiver und negativer Auslenkungen
keine allgemein akzeptierte Definition
Grundrichtungen:(1) physiologisch: EKP-Komponente bestimmt
durch ihre anatomische Quelle
(2) funktional: EKP-Komponente bestimmt durch den assoziierten kognitiven Prozess
EKP-Effekt = Differenz der EKP-Komponentezweier Bedingungen
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EKP-Komponenten
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Wozu EKP-Komponenten?
ermöglichen vereinheitlichten Sprachgebrauch über einzelne Experimente, Paradigmen und wissenschaftliche Felder hinweg
bilden Basis zur Integration von EKP-Daten mit anderen Maßen der Gehirn-Aktivität
können als Marker für bestimmte kognitive Prozesse dienen
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Wie lese ich ein EKP?
•Amplitude
•Polarität
•Latenz
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Wie lese ich ein EKP?
•Amplitude
•Polarität
•Latenz
•Topographie
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Was lässt sich aus EKPs folgern?
Bertram Opitz, UdS 2007 21
Was lässt sich aus EKPs folgern?
Bedingung A und Bedingung B haben unterschiedliche Auswirkungen.
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Was lässt sich aus EKPs folgern?
verschiedene AmplitudenAnnahme: zeigen unterschiedlich starke Aktivierung eines Prozesses an
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Was lässt sich aus EKPs folgern?
unterschiedliche Latenz bis zu positiven Maximalwerten X, Ybei bekannter Bedeutung der Peaks weitere Interpretation möglich
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Was lässt sich aus EKPs folgern?
verschiedene Onset-Latenzen, d.h. Kurven unterscheiden sich ca. 150 ms nach Reiz-OnsetBestimmung mit statistischem TestZeitwert ist eine obere Schranke
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Was lässt sich aus EKPs folgern?
exp. Manipulation zeigt unterschiedliche Effekte an verschiedenen ElektrodenAuslösung verschiedener, zeitlich überlappender neuronaler Prozesse
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Hirnstamm
Thalamuskerne
Hirnstamm
Thalamuskerne
primärer Kortex
EKP-KomponentenExogene Komponenten
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Die N100
exogene Komponente (modulierbar durch Reizmerkmale), die Eigenschaften von endogenen Komponenten aufweist
erste Verarbeitung auf cortikaler Ebene
auch als N1 bezeichnet
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Visuelle N1 und Aufmerksamkeit
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Die MMisMMatch-NNegativity (MMN)
Negativierung auf seltene, kleine Abweichungen von Reizmerkmalen (deviants) vom repetitiven Reizumfeld (standard) nach etwa 150 - 200 ms
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Die MMN
als Differenz der EKP zwischen deviantdeviant und standardstandard gemessen
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Vorteile der MMN
automatisch auslösbar (also auch bei Koma-Patienten)guter Indikator für funktionalen Zustand des Neocortex
Interpretation der MMN: stellt einen Vergleichsprozess zwischen einer Gedächtnisspur und einem gerade präsentierten Stimulus dar
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Studie von Fischer et al. (2004)
N=346 komatöse Patienten (Alter: 8-93)
- 125 durch Schlaganfälle- 96 durch Schädel-Hirn-Trauma- 64 durch Anoxie- 54 durch neurochirurgische Komplikationen- 7 durch Enzephalitis
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Statistische Auswertung: logistische Regression
10 verschiedene PrädiktorvariablenAlterÄtiologieScore auf Glasgow Coma ScalePupillenreflex (j/n)neurol. Störung (j/n)neurochirurg. Eingriff (j/n)HirnstammpotentialePotentiale mit mittlerer Latenz (j/n)N100 (j/n)MMN (j/n)
komatös nach 1 Jahr (ja vs. nein)
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Beispiel: MMN vorhanden vs. nicht vorhanden
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Resultate
bester Prädiktor: Pupillenreflex (7.70)2. bester Prädiktor: MMN (4.70)3. bester Prädiktor: N100 (4.15)4. bester Prädiktor: mittlere AEPs (3.58)...… Hirnstammpot. (1.20)
OddsOdds ratiosratios (je gr(je größößer, desto bessere Chancen zum er, desto bessere Chancen zum Aufwachen bei Vorhandensein des Aufwachen bei Vorhandensein des PrPräädiktorsdiktors):):
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Die P300
P300 / P3b
· Positive Amplitude mit Latenzzeit 300-600 ms
· Topographie: zentro-parietal
· als Reaktion auf seltene Stimuli
Novelty P3 / P3a
· Positive Amplitude mit Latenzzeit 250-500 ms
· Topographie: fronto-zentral
· als Reaktion auf neue Stimuli
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Die P300
Classic Oddball Novelty Oddball
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Studie Schall, Catts, Karayanidis & Ward (1999)
P3 bei Schizophrenen reduziert
EKP Komponenten als spezifische Indizes für beeinträchtigte Gehirnfunktion im Zusammenhang mit schizophrenen Symptomen
positive Symptome: temporo-parietaleDysfunktion
negative Symptome: Hypofrontalität
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Ergebnisse
große Novel P3
kleine P300
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Interpretation
P3a als Wechsel der Aufmerksamkeit– größere P3a stärkere Ablenkbarkeit der
Schizophrenen!!!– Hypofrontalität
P300 als Abgleich des aktuellen Stimulus mit den vorherigen– kleinere P300 schlechtere Reizdiskrimination
der Schizophrenen– temporo-parietale Dysfunktion
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Die N400
Negativierung auf semantische Abweichungen um etwa 400 ms
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Die N400
... reflektiert Einfluss semantischen Wissens
Bertram Opitz, UdS 2007 43
Die N400
... auch bei Wortpaaren
Bertram Opitz, UdS 2007 44
Episodisches Gedächtnis
Zwei-Prozess-ModellUnterscheidung zwischen bewusster Erinnerung und bloßer Vertrautheit
Ein-Prozess-ModellErinnern und Vertrautheit liegt gleicher neuronaler Prozess zu Grunde, aber unterschiedlich stark
Bertram Opitz, UdS 2007 45
Episodisches Gedächtnis
Vertrautheit: „Den kenne ich, aber keine Ahnung woher“ –The butcher-on-the-bus-phenomenon
Erinnern: „Den kenne ich, und ich weiß auch woher.“ –Räumlicher und zeitlicher Kontext sind abrufbar
Bertram Opitz, UdS 2007 46
Frontaler alt/neu Effekt
Parietaler alt/neu Effekt
altneu
Vertrautheit
Erinnern
Mecklinger (2000)Rugg et al (1998)Curran (2000)
EKP Korrelate von Vertrautheit und Erinnern
Bertram Opitz, UdS 2007 47
Studie von Curran, 2004
Plural-Wiedererkennungs-ParadigmaPluralwort und Singularwort gleichzeitig (z.B. „Katzen-Blume“)Testphase:– Original Plural– Singular als Plural Antwort: „ja“ oder „nein“– Neues Wort
„Ja“ zu Singular als Plural Vertrautheit
Bertram Opitz, UdS 2007 48
Studie von Curran, 2004
Bertram Opitz, UdS 2007 49
Studie von Curran, 2004
Bertram Opitz, UdS 2007 50
Episodisches Gedächtnis
Früher frontaler Alt/Neu-Effekt Vertrautheit
Später parietaler Alt/Neu-Effekt Erinnern
Mit Hilfe der EKP können Teilprozesse des episodischen Erinnerns detailliert untersucht werden