ADM

Rejestracja aktywności
mózgowej
Dr hab. Izabela Rejer
Wydział Informatyki
Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
Plan wykładu
1. Układ 10-20
2. Wyznaczenie miejsc aplikacji elektrod
3. Zasady aplikacji elektrod
4. Wzmacniacz EEG
5. Wzmacniacze wydziałowe
6. Inne metody rejestracji aktywności mózgu
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
System 10-20 - zasady
F1, Cz, P3
• Oznaczenie literowe - informacja o płacie
• F – frontal (czołowy)
• P – parietal (ciemieniowy)
• O – occipital (potyliczny)
• T – temporal (skroniowy)
• Fp – pre-fontal (przed-czołowy)
• C – linia centralna
• Oznaczenie liczbowe – informacja o półkuli i odległości od
linii środkowej
• 2, 4, 6 …. (numery parzyste) – półkula prawa
• 1, 3, 5 .... (numery nieparzyste) – półkula lewa
• z – linia środkowa
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
• 7 – płaty czołowe
System 10-20
• 3 – nad linią centralną
• 3 – płaty ciemieniowe
• 4 – temporal lobes
• 2 – płaty potyliczne
• Fpz + Oz
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
Układ 10-10
80 elektrod
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
Układ 10-5
128 elektrod –
320 elektrod
odl. około 2.5cm
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
Punkty charakterystyczne
Ogólna procedura pomiaru:
• Wyznaczenie punktów charakterystycznych
• Pomiar odległości między nimi.
• Podział odległości na 10% i 20% odcinki (wyznaczające
położenia elektrod podstawowych).
• Dodatkowe pomiary (położenie elektrod pozostałych).
Punkty charakterystyczne
• Nasin - punkt między czołem i nosem.
• Inion – miejsce w którym kończy się kość czaszki.
• Punkt przeduszny - punkt zawieszenia dolnej szczęki.
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
Odl. Nz-Iz
36cm
Cz*
50% (18cm)
Odl. ucho-ucho
38cm
Cz
50% (19zm)
Fpz
10% (3,6cm) od Nz
Oz*
90% (32,4cm) od Nz
T3
Odl. Fpz-T4-Oz-T3
10% (3,8cm) od LPP
(przez Cz)
10% (3,8cm) od PPP
(przez Cz)
56cm
Oz
50% (28cm) od Fpz
Fz*
30% (10,8cm) od Nz
Pz*
30% (10,8cm) od Iz
O1, O2
5% (2,8cm) od Oz
Fp1, Fp2
5% (2,8cm) od Fpz
F7, F8
15% (8,4cm) od Fpz
T5, T6
15% (8,4cm) od Oz
T4
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
Odl. F7-F8
Fz
32cm
50% (16cm) od F7
F3*, F4*
25% (8cm) od F7
F3
20% Nz-Iz (7,2cm) od Fp1
F4
20% Nz-Iz (7,2cm) od Fp2
Odl. T5-T6
32cm
Pz
50% (16cm) od T5
P3*, P4*
25% (8cm) od T5
P3
20% Nz-Iz (7,2cm) od O1
P4
20% Nz-Iz (7,2cm) od O2
Odl. T3-Cz
15cm
C3*, C4*
50% T3-Cz (7,5cm)
Odl. Fp1-O1 i Fp2-O2 28cm i 28cm
C3
C4
50% Fp1-O1 (14cm) od
Fp1
50% Fp2-O2 (14cm) od
Fp2
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
Czepek EEG
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
Rodzaje elektrod (przeznaczenie)
• Wodne
• Żelowe
• Suche
• …..
• Aktywne
• Pasywne
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
Impedancja
• Opór między skórą a elektrodą
• Zrogowaciały naskórek pokryty tłuszczem - opór rzędu 1MΩ
• Tłumienie sygnału EEG
• Opór właściwy < 5kΩ
• Opory na wszystkich elektrodach powinny być zbliżone.
• Przetarcie miejsc aplikacji elektrod:
• szorstki gazik
• odtłuszczający alkohol
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
Aplikacja elektrod
• Odsunięcie włosów
• Przetarcie skóry
• Napełnienie elektrody żelem lub klejem
• Ewentualnie przyklejenie elektrody
Po zakończeniu aplikacji wszystkich elektrod
• Podłączenie elektrod do wzmacniacza EEG
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
Elektroencefalograf
Parametry:
• Fs (Hz)
• rozdzielczość (B)
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
Elektroda uziemiająca (GND)
• Napięcia mierzymy względem punktu odniesienia.
• W przypadku urządzeń elektrycznych punktem
odniesienia jest ziemia (umowny potencjał 0V).
• W przypadku pomiaru aktywności elektrycznej mózgu
pomiar względem ziemi nie ma sensu!
• Punkt odniesienia powinien znajdować się na ciele
człowieka.
• Standardowo jest to punkt głowie (np. między Fp1 i Fp2;
między Fz i Cz, na płatkach uszu).
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
Kanał EEG
• Elektroda GND pozwala na wyznaczenie napięcia na każdej
z elektrod.
• Potencjał rejestrowany przez elektrodę uziemiającą jest
odejmowany od potencjałów rejestrowanych przez elektrody
sygnałowe i referencyjne.
• Napięcia podawane są na wejścia wzmacniacza
różnicowego (US-UR).
• Wzmocniona różnica dwóch napięć stanowi sygnał
rejestrowany w danym kanale EEG.
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
Montaż bipolarny i monopolarny
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
Montaż monopolarny
Montaż monopolarny z absolutną referencją można
programowo zmienić na dowolny inny montaż
(monopolarny i bipolarny).
• 4 kanały: C3, C4, F3 i F4 + elektroda ref. A1*
• Napięcia na elektr. sygnałowych: C3*, C4*, F3* i F4*
• C3=C3*-A1*
C4=C4*-A1*
F3=F3* -A1*
F4=F4*-A1*
• Zmieniamy referencję z A1* na C3* (poprzez odniesienie
poszczególnych kanałów do kanału C3)
• np.: C4=C4-C3=C4*-A1*-(C3*-A1*)=C4*-C3*
• Przejście na montaż bipolarny – identycznie
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
Elektroda referencyjna
• Jako referencji absolutnej używa się takiej elektrody, która
nie ma wartości w danym badaniu.
• Często umieszcza się ją w okolicy uszu lub na nosie.
• Blisko czy daleko elektrod sygnałowych?
• Po tej samej, czy przeciwnej stronie głowy?
Najczęstsze standardowe pozycje elektrody referencyjnej: A1;
A2; uśrednione A1 i A2; C3.
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
Urządzenia EEG
• DigiTrack (Elmiko)
• EPOC (Emotiv)
• Discovery (BrainMaster)
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
DigiTrack
• 4 +2 kanały (K1-K4 gniazda sygnałowe, KR – gniazdo
referencyjne, KG – gniazdo uziemiające),
• Częstotliwość próbkowania 250Hz,
• Program DigiTrack,
• Wymagany klucz sprzętowy.
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
EPOC (1)
• 14+2 kanały,
• Bezprzewodowy – mobilny,
• Częstotliwość próbkowania
128Hz (EPOC) lub 256Hz
(EPOC+),
• Niezmienny układ kanałów.
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
EPOC (2)
Kanały: AF3, F7, F3, FC5, T7, P7, O1, O2, P8, T8, FC6, F4, F8, AF4
CMS/DRL – referencja i uziemienie (umieszczone w P3/P4)
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
Discovery
• 19 + 3 kanały
• Jest najbardziej zaawansowany
(liczba kanałów, elastyczność, tryb on-line).
• Częstotliwość próbkowania - 256Hz
• Referencja absolutna w położeniu A1.
• Elektroda uziemiająca - GND.
• Przy OpenVibe – min. 3 elektrody: A1, GND i np. C3.
• Przy BrainMaster – min. 4 elektrody: A1, A2, GND i np. C3.
• W aplikacji BrainMaster stosowana jest referencja
uśrednionych uszu (LE = (A1+A2)/2).
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
Metody rejestracji aktywności mózgu
Techniki elektrofizjologiczne:
• rejestracja aktywności pojedynczych neuronów
• elektroencefalografia (EEG)
• elektrokortykografia (ECoG)
Techniki megnetofizjologiczne:
• magnetoencefalografia (MEG)
Techniki pośredniego badania aktywności neuronów:
• pozytronowa tomografia emisyjna (PET)
• funkcjonalne obrazowanie metodą rezonansu
magnetycznego (fRMI)
• fNRI lub fNIRS (functional near-infrared spectroscopy)
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
Techniki elektrofizjologiczne
Rejestracja aktywności pojedynczych neuronów
• do mózgu wprowadzane są elektrody igłowe, których
końce umieszcza się wewnątrz badanej komórki nerwowej,
• zalety: wysoka precyzja,
• wady: problem reprezentatywności, inwazyjność.
Elektroencefalografia (EEG)
• polega na odczycie sygnałów rejestrowanych
przez grupę elektrod umieszczonych na
powierzchni czaszki.
• mierzy wypadkowe pole elektryczne,
generowane przez neurony znajdujące się
stosunkowo blisko elektrody.
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
Techniki elektro- i magnetofizjologiczne
Elektrokortykografia (ECoG)
• odmiana EEG, w której elektrody umieszczane są na
korze mózgowej.
Magnetoencefalografia (MEG)
• rejestruje pole magnetyczne towarzyszące zmiennemu
polu elektrycznemu generowanemu w mózgu,
• indukcja pola magnetycznego mózgu jest rzędu 10-12T –
rejestracja wymaga skomplikowanej i drogiej aparatury,
• pomiar pola magnetycznego – zestaw czujników
zbliżanych do powierzchni czaszki (czujnik jest cewką, w
której pole magnetyczne indukuje prąd elektryczny).
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
Magnetoencefalografia
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
Pozytronowa tomografia emisyjna PET
• polega na mierzeniu lokalnego poziomu metabolizmu
neuronów,
• wstrzykiwana jest substancja
promieniotwórcza,
• podczas rozpadu substancji
promieniotwórczej emitowane
jest promieniowanie gamma,
• wada: niska rozdzielczość
czasowa (zmiany metabolizmu
w stosunku do zmian aktywności neuronalnej są powolne).
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
Funkcjonalny rezonans magnetyczny
(fMRI)
• najczęściej wykorzystywane
jest jądro wodoru,
• sygnał radiowy jest wysyłany
w reakcji na impuls
elektromagnetyczny,
• statyczne MRI - mierzy rozkład
gęstości atomów wodoru,
• funkcjonalny MRI - bada rozkład natlenionej krwi w mózgu,
której jest więcej w pobliżu aktywnych ośrodków
mózgowych.
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
Funkcjonalna spektroskopia
podczerwieni (fNIRS)
• fNIRS – Functional Near-Infrared
Spectroscopy
• technika nieinwazyjna, bezpieczna,
przenośna i nisko-nakładowa,
• polega na mierzeniu zmian w świetle
bliskim podczerwieni, które są wywoływane przepływem
krwi w przedniej części mózgu;
• monitorowanie stopnia natlenienia krwi - pomiar zmian
w koncentracji oxy- i deoxyhemoglobiny (różne widma
w zakresie 700-1000nm).
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology
Dziękuję za
uwagę
West Pomeranian University of Technology, Szczecin; Faculty of Computer Science and Information Technology