|
|
| (Nie pokazano 1 pośredniej wersji utworzonej przez tego samego użytkownika) |
| Linia 1: |
Linia 1: |
| − | [[Pracownia EEG - nowy program|Pracownia EEG - nowy program]] / EEG spoczynkowe, artefakty
| + | =Pracownia EEG - nowy program= |
| | | | |
| − | ==Podstawowe grafoelementy zapisu EEG i ich główne cechy== | + | ==Terminy== |
| | + | Zajęcia odbywają się w sali 4.59 w budynku Pasteura 5. |
| | | | |
| − | ===Rytm δ===
| + | * we wtorki w godz. 10:30 - 13:45 |
| | + | * w środy w godz. 13:15 - 16:30 |
| | | | |
| − | Przebieg rytmu delta zaprezentowano na <xr id="uid3"> rysunku %i</xr>. Jest to wysokoamplitudowa aktywność o niskiej częstości (0-4 Hz) i czasie trwania co najmniej 1/4 s. Do celów praktycznych przyjęto, że dolną granicą częstości jest 0,5 Hz. Pojawiające się podczas głębokiego snu fale delta o amplitudzie przekraczającej 75 μV nazywa się falami wolnymi (ang. ''slow wave activity'', SWA). Występowanie SWA spowodowane jest wysoką synchronizacją neuronów kory (większą synchronizację spotyka się tylko podczas ataku epilepsji). Fale delta rejestruje się także podczas głębokiej medytacji, u małych dzieci i w przypadku pewnego rodzaju uszkodzeń mózgu.
| + | <b>Uwaga:</b> ze względu na godziny dziekańskie w dniu 04.10.2022 zajęcia z Pracowni EEG zaczniemy w środę 05.10.2022. |
| | | | |
| − | [[Plik:SWA.png|center|800px|thumb|<figure id="uid3" />Fale delta w czasie snu w zapisie polisomnograficznym.]] | + | ==Materiały== |
| | + | #[[Pracownia_EEG/EEG_spoczynkowe|EEG spoczynkowe, artefakty ]] |
| | + | #[[Pracownia_EEG/EEG_wlasnosci_EEG_spoczynkowego|Własności EEG spoczynkowego: funkcja autokorelacji i widmo]] |
| | + | #[[Pracownia_EEG/Potencjały_wywołane|Potencjały wywołane]] |
| | + | #[[Pracownia_EEG/SSVEP_1|SSVEP]] |
| | + | #[[Pracownia_EEG/AR_1|Widmowa analiza parametryczna]] |
| | + | <!--#[[Pracownia_EEG/analiza_obrazu|Wstęp do analizy obrazu]] |
| | + | -->#[[Pracownia_EEG/ERDS_2|Wprowadzenie do metod czas-częstość]] |
| | + | #[[Pracownia_EEG/ERDS|Synchronizacja i desynchronizacja sygnału EEG związana z bodźcem]] |
| | + | <!--#[[Pracownia_EEG/Zagadnienia_dodatkowe|Zagadnienia dodatkowe]] |
| | + | --> |
| | + | Autorzy: dr hab. Maciej Kamiński, |
| | + | dr Rafał Kuś, |
| | + | dr hab. Jarosław Żygierewicz |
| | | | |
| − | ===Rytm θ=== | + | ==Zasady zaliczenia pracowni== |
| | | | |
| − | Rytmem teta (ang. ''theta'') (<xr id="uid9"> rys. %i</xr>) nazywamy aktywność w paśmie częstości od 3 do 7 Hz i rozpiętości (ang. ''peak-to-peak'') rzędu kilkudziesięciu μV. Charakterystyczne fale teta występują np. w okresie snu płytkiego — przypuszcza się że w tym czasie następuje przyswajanie i utrwalanie uczonych treści. Fale teta są najczęściej występującymi falami mózgowymi podczas medytacji, transu, hipnozy, intensywnego marzenia, intensywnych emocji. Odmienny rodzaj fal teta jest związany z aktywnością poznawczą, kojarzeniem (w szczególności uwagą), a także procesami pamięciowymi (tzw. rytm FMΘ — ''frontal midline theta''). Jest on obserwowany głównie w przyśrodkowej części przedniej części mózgu.
| + | Materiał zajęć jest podzielony na bloki tematyczne. W każdym bloku studenci mają do wykonania zestaw ćwiczeń. |
| | + | Zaliczenie bloku ma dwa elementy: |
| | | | |
| − | Cechy charakterystyczne:
| + | * prezentacja - każda osoba z grupy przygotowuje prezentację dotyczącą jednego zagadnienia losowanego spośród występujących w danym bloku tematycznym. |
| − | * Rytmiczny przebieg o częstości 3-7 Hz. | |
| − | * Najwyższa amplituda w stanie czuwania w okolicach linii środkowej i obszarach skroniowych.
| |
| − | * Rozkład amplitudy symetryczny na półkulach określonych przez płaszczyznę strzałkową
| |
| − | Cechy patologiczne:
| |
| − | * Asymetryczny rozkład amplitudy (dominacja rytmu na jednej półkuli) bądź też jego występowanie w zapisie tylko na jednym odprowadzeniu może świadczyć o patologii.
| |
| | | | |
| | + | * raport - krótki opis wykonanego ćwiczenia przygotowany według załączonego wzorca. Każda osoba opisuje ćwiczenie, które wcześniej prezentowała. Termin złożenia raportu jest do tygodnia po prezentacji. |
| | | | |
| − | [[Plik:Fala pila.png|800px|center|thumb|<figure id="uid9" />Przykład rytmu teta we śnie.]]
| + | === Terminy prezentacji === |
| | + | Prezentacje z pierwszej części ćwiczeń odbędą się na zajęciach we wtorek 14.11.2023 i w środę 22.11.2023. |
| | | | |
| − | ===Rytm α===
| + | Zagadnienia do omówienia: |
| | | | |
| − | Fala alfa to jedna z najwcześniej zaobserwowanych struktur (grafoelementów) EEG.
| + | # Charakterystyka artefaktów w sygnale EEG. |
| − | Reprezentuje ona rytmiczną aktywność kory mózgowej w paśmie 8-12 Hz. Występowanie rytmu alfa przypisuje się stanowi relaksu z zamkniętymi oczami. Fale alfa najlepiej widoczne są w odprowadzeniach potylicznych, czyli z okolic kory odpowiadającej za przetwarzanie informacji wzrokowych. Rytm o częstości w paśmie alfa rejestrowany w okolicach kory motorycznej nazywany jest rytmem mi (ang. ''mu''), ze względu na kształt fali przypominającej literę μ. Wykazuje on istotny zanik w momencie wykonywania ruchu przez człowieka lub tylko zamierzenia jego wykonania.
| + | # Funkcja autokowariancji i autokorelacji dla sygnałów z oczu otwartych i zamkniętych, omówienie różnic między nimi. Oszacowanie możliwego opóźnienia rytmu alfa w mierzonych sygnałach. |
| | + | # Korelacje wzajemne dla sygnałów z oczu otwartych i zamkniętych, omówienie różnic między nimi. Oszacowanie możliwego opóźnienia rytmu alfa w mierzonych sygnałach. |
| | + | # Omówienie statystyki służącej do oceny istotności korelacji, wyniki. |
| | + | # Związek autokorelacji i korelacji wzajemnej z widmem; wyniki dla sygnałów w zakresie 0-40 Hz — amplituda i faza. Oszacowanie możliwego opóźnienia rytmu alfa w mierzonych sygnałach na podstawie przesunięcia fazowego. |
| | + | # Związek autokorelacji i korelacji wzajemnej z widmem; wyniki dla sygnałów w zakresie 8-12 Hz — amplituda i faza. Oszacowanie możliwego opóźnienia rytmu alfa w mierzonych sygnałach na podstawie przesunięcia fazowego. |
| | + | # Omówienie zadania 5. |
| | + | <!-- |
| | + | Tematy:<br> |
| | + | # Artefakty, funkcje kowariancji i korelacji własnej i wzajemnej, właściwości. Przykładowe wyniki dla danych z oczu otwartych i zamkniętych, filtrowanych i niefiltrowanych. |
| | + | # Macierz korelacji wybranych kanałów EEG w różnych sytuacjach. Statystyka do oceny istotności wyników. Oszacowanie opóźnienia. |
| | + | # Związek korelacji z widmem. Macierz gęstości widmowych wybranych kanałów EEG. Amplituda i faza. Porównanie z widmem Welcha. Oszacowanie opóźnienia z przesunięcia fazowego. |
| | + | <br><br> |
| | + | Prezentacje z drugiej części ćwiczeń odbędą się na zajęciach we wtorek 06.12.2022.<br> |
| | + | Tematy:<br> |
| | + | # Sygnały symulowane — uśrednianie w modelu addytywnym i z fluktuacją latencji. Wpływ referencji na amplitudę P300 |
| | + | # Omówienie metod statystycznych (resamplingowej i analitycznej). Porównanie estymowania amplitudy P100 a istotność statystyczna. |
| | + | # Sygnały symulowane — uśrednianie z resetem fazy. Wpływ filtrów. Usuwanie artefaktów ręcznie lub za pomocą progu. |
| | + | <br><br> |
| | + | Prezentacje z trzeciej części ćwiczeń odbędą się na zajęciach we wtorek 10.01.2023.<br> |
| | + | Tematy:<br> |
| | + | # Omówienie trzech metod estymacji widma sygnałów SSVEP |
| | + | # Zbieranie danych SSVEP. Krzywa odpowiedzi SSVEP w zależności od częstości |
| | + | # Transformacja Hilberta. Zastosowanie do sygnałów rzeczywistych. |
| | + | --> |
| | + | Prezentacje z drugiej części ćwiczeń będą polegały na wybraniu do omówienia przez każdą osobę jednego tematu z części symulacyjnej i części eksperymentalnej. |
| | | | |
| − | Rytm alfa fundamentalne znaczenie w analizie EEG snu. Mimo, że nie występuje podczas właściwego snu to świadczy o „przedsennym” czuwaniu pacjenta, a jej zanik oznacza przejście ze stanu czuwania do płytkiego snu. Fale alfa zanikają także podczas wysiłku umysłowego, np. wykonywaniu działań matematycznych albo przy otwarciu oczu i zadziałaniu na nie światła. Blokowanie rytmu alfa jest wyrazem desynchronizacji aktywności neuronów, zachodzącej pod wpływem koncentracji umysłowej lub stymulacji narządów zmysłów. Przebieg fali alfa zaprezentowano na <xr id="uid11_a"> rysunku %i</xr> i <xr id="uid11_b"> rysunku %i</xr>
| + | Zagadnienia do części symulacyjnej: |
| | | | |
| | + | # Uśrednianie w modelu addytywnym: sygnał + szum. |
| | + | # Uśrednianie w modelu addytywnym: sygnał + szum + niezależna czynność rytmiczna. |
| | + | # Uśrednianie w modelu z resetem fazy. |
| | + | # Uśrednianie potencjału z fluktuacją latencji. |
| | + | # Wpływ filtrów. |
| | | | |
| | + | Zagadnienia do części eksperymentalnej: |
| | | | |
| − | [[Plik:Alpha.png|center|800px|thumb|<figure id="uid11_a" />Rytm alfa w zapisie polisomnograficznym szczególnie wyraźnie widoczny w odprowadzeniu O2 (referencja do uśrednionego potencjału z uszu).]]
| + | # Zależność załamków potencjałów wzrokowych od intensywności bodźca. |
| − | [[Plik:Alpha_z_widmem.png|center|800px|thumb|<figure id="uid11_b" />Rytm alfa w zapisie polisomnograficznym szczególnie wyraźnie widoczny w odprowadzeniu O2 (referencja do uśrednionego potencjału z uszu). We wstawce widoczna jest estymata widma gęstości mocy z zaznaczonego fragmentu sygnału.]]
| + | # Zależność późnych załamków od uwagi. |
| | | | |
| | + | ===Wskazówki dotyczące przygotowania raportu=== |
| | + | Raport przygotowujemy w środowisku LaTex, korzystając z [https://drive.google.com/file/d/173TL7f5-VN83ijjJYPBaiOx96N6nokOb/view?usp=sharing podanego tutaj wzorca]. |
| | | | |
| | + | <!-- |
| | + | =====Wstęp===== |
| | + | W tej sekcji należy krótko opisać czego dotyczą ćwiczenia w danym dziale. |
| | + | W kolejnych sekcjach należy zaprezentować rozwiązania i wyniki otrzymane dla konkretnego zadania. |
| | | | |
| | + | Ocenie podlegają: |
| | + | * kompletność prezentacji; |
| | + | * czytelność prezentowanych wielkości i zjawisk; |
| | + | * merytoryczna poprawność wypowiedzi. |
| | | | |
| − | Cechy charakterystyczne:
| + | =====Zadanie 1===== |
| − | | |
| − | <ul>
| |
| − | | |
| − | <li>
| |
| − | Podstawowy rytm prawidłowego zapisu EEG u dorosłej osoby.
| |
| − | | |
| − | | |
| − | <li>
| |
| − | Quasi harmoniczny przebieg o częstości 7-13 Hz.
| |
| − | | |
| − | | |
| − | <li>
| |
| − | Wzrost amplitudy po zamknięciu oczu, w stanie relaksu czy czuwania z zamkniętymi oczami.
| |
| − | | |
| − | | |
| − | <li>
| |
| − | Zanika po otwarciu oczu.
| |
| − | | |
| − | | |
| − | <li>
| |
| − | Fale alfa najlepiej widoczne są w odprowadzeniach tylnych, czyli z okolic części kory odpowiadającej za przetwarzanie informacji wzrokowych. Czasem jednak może propagować się w kierunku obszarów tylno skroniowych i ciemieniowych.
| |
| − | | |
| − | | |
| − | <li>
| |
| − | Występuje mniej lub bardziej symetrycznie względem płaszczyzny strzałkowej, zwykle jednak ma większą amplitudę nad półkulą dominującą.
| |
| − | Zbyt duża asymetria amplitudy rytmu alfa lub też jego brak po jednej stronie zawsze świadczy o jakiejś patologii. Często jednak przyczyną takiej asymetrii jest niewłaściwe umieszczenie elektrod na głowie bądź budowa anatomiczna czaszki.
| |
| − | | |
| − | </ul>
| |
| − | Cechy patologiczne:
| |
| − | * Częstość rytmu ulega zmniejszeniu pod wpływem takich czynników jak: choroby metaboliczne, wczesne fazy otępienia, leki.
| |
| − | | |
| − | ===Rytm μ=== | |
| − | | |
| − | Cechy charakterystyczne:
| |
| − | | |
| − | <ul>
| |
| − | | |
| − | <li>
| |
| − | Rytmiczny przebieg o częstości od 7-11 Hz, z uwagi na co często mylony z rytmem alfa.
| |
| − | | |
| | | | |
| − | <li>
| + | ======Cel zadania====== |
| − | Wyraźny przebieg, kształtem przypominający grecką literę μ.
| + | przypomnienie, co i po co było liczone; |
| | | | |
| | + | ======Zestaw pomiarowy====== |
| | + | Jaki sprzęt i w jakiej konfiguracji został użyty? |
| | + | ======Przeprowadzone pomiary====== |
| | + | Parametry pomiarów: |
| | + | *rejestrowane kanały, |
| | + | * montaż, |
| | + | * częstość próbkowania, |
| | + | * zastosowane filtry. |
| | | | |
| − | <li>
| + | Jaki był paradygmat doświadczenia? |
| − | Zanika w trakcie wykonywania ruchu bądź nawet pod wpływem samego jego wyobrażenia.
| |
| | | | |
| − | </ul>
| + | ======Obliczenia/Algorytm====== |
| | + | jeśli zadanie wymaga napisania programu, należy przedstawić zastosowany algorytm (w punktach lub w postaci schematu) |
| | | | |
| − | ===Rytm β=== | + | ======Wyniki====== |
| − | [[Plik:EEG_beta_1.png|768px|thumb|<figure id="uid28" />Rytm beta. Na osi pionowej — amplituda w μV, na osi poziomej — czas.]]
| + | Prezentacja wyników powinna uwzględniać: |
| − | Fale beta (<xr id="uid28">rys.</xr>) to niskoamplitudowe oscylacje o częstości w przedziale 13-30 Hz. W paśmie beta wyróżnia się następujące przedziały: wolne fale beta (12-15 Hz), właściwe, średnie pasmo beta (15-18 Hz) i szybkie fale beta, o częstości powyżej 19 Hz. Ta mało zsynchronizowana praca neuronów charakteryzuje zwykłą codzienną aktywność kory mózgowej u człowieka, percepcję zmysłową i pracę umysłową. Specyficzna aktywność beta towarzyszy również stanom po zażyciu niektórych leków. Fale beta zazwyczaj występują w okolicy czołowej. Obrazują one zaangażowanie kory mózgowej w aktywność poznawczą. Fale beta o małej amplitudzie występują podczas koncentracji uwagi, gdy mózg nastawiony jest na świadomy odbiór bodźców zewnętrznych za pomocą wszystkich zmysłów.
| + | *na co należy zwrócić uwagę w prezentowanych wynikach; |
| − | Cechy charakterystyczne:
| + | * interpretację wykresów. |
| | | | |
| − | <ul>
| + | Część z tych informacji można dołożyć do rysunków w postaci krótkich wyjaśnień. |
| | | | |
| − | <li>
| + | ======Wnioski====== |
| − | Rytmiczny przebieg o częstości od 13 do 30 Hz.
| + | Co wynika z zaprezentowanych materiałów. |
| | | | |
| | + | =====Zadanie 2===== |
| | + | <math>\vdots</math> |
| | | | |
| − | <li>
| + | =====Udział autorów===== |
| − | Amplituda nie zmienia się pod wpływem otwarcia lub zamknięcia oczu.
| + | Tu proszę napisać, który z autorów przyłożył się do którego elementu pracy (podlega to weryfikacji przez prowadzącego zajęcia). Ważnym elementem pracy, poza występującymi bezpośrednio w raporcie sekcjami, jest implementacja opisywanych metod. W końcowym rozliczeniu pracowni każdy student musi wykazać się istotnym wkładem do każdego z elementów: |
| | + | * przeprowadzenia pomiarów |
| | + | * implementacji metod obliczeniowych |
| | + | * redakcji tekstu |
| | | | |
| | + | =====Bibliografia===== |
| | + | [1] .... |
| | | | |
| − | <li>
| + | [2] .... |
| − | Najwyższa amplituda w okolicach czołowo-centralnych.
| |
| − | | |
| − | | |
| − | <li>
| |
| − | Asymetryczny zanik rytmu w trakcie wykonywania ruchu lub nawet jego wyobrażenia. Zanik obserwowalny jest w zapisie EEG z elektrod umieszczonych nad obszarami mózgu odpowiedzialnymi za kończynę wykonującą ruch (kontralatralnie czyli po przeciwnej stronie niż kończyna).
| |
| − | | |
| − | </ul>
| |
| − | | |
| − | <!---->
| |
| − | | |
| − | ===Fale γ===
| |
| − | [[Plik:EEG_gamma_1.png|768px|thumb|<figure id="uid30" />Rytm gamma. Na osi pionowej — amplituda w μV, na osi poziomej — czas.]]
| |
| − | Fale gamma (<xr id="uid30"> rys.</xr>) to fale mózgowe o częstości w okolicach 40 Hz (30-80 Hz). Aktywność w paśmie 80-200 Hz określa się natomiast jako wysokoczęstotliwościową (ang. ''high'') gammę. Rytm gamma towarzyszy aktywności ruchowej i funkcjom motorycznym. Fale gamma związane są też z wyższymi procesami poznawczymi, m. in. percepcją sensoryczną, pamięcią. Przypuszcza się, że rytm gamma o częstotliwości około 40 Hz ma związek ze świadomością percepcyjną (dotyczącą wrażeń zmysłowych i ich postrzegania) oraz związany jest z integracją poszczególnych modalności zmysłowych w jeden spostrzegany obiekt. Aktywność high-gamma występuje podczas aktywacji kory mózgowej, zarówno przez bodźce zewnętrzne (np. dotykowe, wzrokowe), jak i wewnętrzne (przygotowanie ruchu, mowa). Fale o częstościach 100-250 Hz nazywane są ''ripples''. Rejestruje się je w sygnale z implantowanych mikroelektrod, a wysoko częstościową aktywność ''fast ripples'' (250-600 Hz) w szczególności u pacjentów z epilepsją, w obszarze ogniska epileptycznego.
| |
| − | | |
| − | ===Wrzeciona snu===
| |
| − | | |
| − | Wrzeciona snu (ang. ''sleep spindles'') (<xr id="uid32"> rys.</xr>) to charakterystyczne struktury zaobserwowane już niemal od samych początków historii pomiarów EEG. Występują podczas umiarkowanie głębokiego snu. Wrzecionami snu nazywamy aktywność o częstości 11-15 Hz i czasie trwania 0,5-1,5 s. Obwiednia tych krótkich salw dość szybkiej aktywności o niewielkiej amplitudzie przypomina kształt wrzeciona. Wrzeciona pojawiają się we wszystkich odprowadzeniach, z tym, że ich amplituda i częstość może się nieznacznie zmieniać przy przejściu od przodu do tyłu głowy (od wrzecion „wolnych” po „szybkie”). Wrzeciona snu mogą występować w parach z kompleksami K.
| |
| − | | |
| − | [[Plik:Wrzeciona.png|800px|center|thumb|<figure id="uid32" />Trzy wrzeciona snu.]]
| |
| − | | |
| − | ===Kompleksy K===
| |
| − | | |
| − | Kompleksy K (ang. ''K-complexes'', w Polsce często nazywane zespołami K), (rys. <xr id="uid32"> %i</xr>) mogą pojawiać się pojedynczo lub też w serii po dwa podczas umiarkowanie głębokiego snu. Definiuje się je jako dwufazową (ostry spadek poprzedzony dodatnim maksimum), wysokonapięciową (to największe maksimum strefy), nisko częstotliwościową falę związaną z wrzecionami snu, przy czym jej czas trwania powinien przekraczać 0,5 s. Obecnie wymaga się aby struktury te miały częstość 1-4 cykli/s, amplitudę co najmniej dwa razy większą od średniej amplitudy tła i czas trwania 0,5-2 s. Amplituda kompleksu K jest zazwyczaj największa na czubku głowy. Kompleksy K mogą podczas snu występować spontanicznie lub też w odpowiedzi na bodźce.
| |
| − | | |
| − | | |
| − | [[Plik:2kompleksy.png|800px|center|thumb|<figure id="uid32" />Kompleksy K z następującymi po nich wrzecionami snu.]]
| |
| − | | |
| − | ===Fale piłokształtne===
| |
| − | | |
| − | Fale piłokształtne (ang. ''sawtooth waves'') pojawiają się w EEG w czasie snu w fazie REM, są to wierzchołkowe, ujemne fale o umiarkowanej częstości i amplitudzie. Z definicji falą piłokształtną nazywa się pojedyncze lub zgrupowane po kilka fale o częstości 6-10 Hz, amplitudzie rzędu kilkudziesięciu μV i wyraźnym kształcie zębów piły.
| |
| − | | |
| − | ===Wierzchołkowe fale ostre===
| |
| − | | |
| − | Wierzchołkowe fale ostre (ang. ''vertex sharp waves'') występują pod koniec okresu płytkiego snu. Aktywnością tą określa się ostry potencjał, maksymalny w okolicy wierzchołkowej, ujemny w stosunku do innych pól, o amplitudzie zmiennej, rozpiętości często dochodzącej do 250 μV.
| |
| − | | |
| − | | |
| − | [[Plik:Wierzcholkowa fala ostra.png|800px|center|thumb|<figure id="uid32" />Wierzcholkowa fala ostra.]]
| |
| − | | |
| − | ===Iglice===
| |
| − | | |
| − | Iglice (ang. ''spikes''), to termin ograniczony do padaczkopodobnych wyładowań, obserwowanych także w zapisie międzynapadowym EEG. Są to grafoelementy wyraźnie wyróżniające się z czynności podstawowej, z ostrym wierzchołkiem i często następującą po nim falą wolną. Czas trwania iglicy wynosi zazwyczaj od 20 do 70 milisekund, a amplituda co najmniej dwa razy większa o od amplitudy tła w obrębie około 5 sekund.
| |
| − | | |
| − | ==Artefakty==
| |
| − | | |
| − | ===Niewłaściwie umocowanie elektrod===
| |
| − | Jednym z bardzo ważnych etapów przed wykonaniem rejestracji czynności elektrycznej mózgu jest umieszczenie na powierzchni głowy elektrod pomiarowych. Elektrody te powinny być rozlokowane zgodnie z wybranym uprzednio standardem (np. 10-20, czy 10-10). Lokalizacja elektrod w badaniu EEG była tematem [[Pracownia_Sygna%C5%82%C3%B3w_Biologicznych/Zajecia_9#Lokalizacja_elektrod_na_powierzchni_g.C5.82owy._System_10-20|IX spotkania na Pracowni Sygnałów Bioelektrycznych]] i nie będzie omawiana już w bieżących materiałach. W tym miejscu zapoznamy się bliżej z konsekwencjami nieprawidłowego umocowania elektrod na głowie badanej osoby. Jak wiemy, poszczególnym obszarom kory mózgowej można przypisać aktywność związaną z określoną czynnością behawioralną, np. w trakcie czuwania z zamkniętymi oczami, w płatach potylicznych powstaje rytmiczna czynność o częstości 7-13 Hz. Z kolei w trakcie planowania bądź wykonywania ruchu zachodzą zmiany w czynności elektrycznej mózgu w obszarach bruzdy Rolanda, nad którą zlokalizowane są miejsca przyłożenia elektrod C3, Cz i C4. Czynność elektryczna mózgu jest bardzo słaba (zwykle wynosi od kliku do kilkudziesięciu μV) i szybko zanika wraz z odległością. Elektroda umieszczona w niewłaściwym miejscu (np. przesunięta o 1 cm względem prawidłowego położenia), nie będzie rejestrować interesującej nas czynności elektrycznej mózgu. Kolejna bardzo istotna kwestia, to przygotowanie skóry w miejscu przyłożenia elektrody. Najbardziej zewnętrzna cześć skóry — naskórek, jest martwy, zrogowaciały i pokryty tłuszczem. Powoduje to, iż opór elektryczny skóry jest bardzo duży (rzędu MΩ) i uniemożliwia rejestrację EEG. Pomiar tego sygnału nie może bowiem odbywać się na drodze „radiowej”, to jest np. za pomocą elektrody umieszczone w pewnej odległości od powierzchni głowy. Wynika to z warunków brzegowych dla pola elektrycznego na granicy ośrodka przewodzącego i próżni.
| |
| − | | |
| − | Podsumowując, rejestracja sygnału EEG wymaga dobrego kontaktu elektrod ze skórą pacjenta, umożliwiającego przewodzenie prądów elektrycznych, będących wynikiem elektrycznej aktywności mózgu. W szczególności dotyczy to tzw. elektrody GND oraz referencyjnej. Niewłaściwe umocowanie tych elektrod na powierzchni głowy będzie skutkować zakłóceniem pomiaru na wszystkich elektrodach. Odpowiednie schematy połączeń elektrod ze wzmacniaczem EEG znajdują się w [[Elektroencefalografia/Fizyczne_i_techniczne_aspekty_rejestracji_sygnałów_bioelektrycznych#Budowa_elektroencefalografu|skrypcie o EEG]].
| |
| − | Brak dobrego kontaktu powoduje następujące efekty uboczne:
| |
| − | | |
| − | <ul>
| |
| − | <li> Tłumienie sygnału (patrz wzór na zajęciach z Pracowni Sygnałów Bioelektrycznych).
| |
| − | <li> Zakłócanie pomiaru EEG przez pole elektryczne od sieci zasilającej, widoczne w postaci harmonicznego sygnału o częstości 50 Hz i relatywnie wysokiej amplitudzie w porównaniu z amplitudą sygnału EEG.
| |
| − | <li> „Trzaskanie elektrod”. Polega ono na krótkotrwałym braku kontaktu części elektrody ze skórą. Powoduje to nagłą zmianę potencjału, kształtem przypominającego wyładowania iglicowe, które pełnią ważną rolę w diagnostyce padaczki. Cechą odróżniającą skoki potencjału związane z patologią czynności elektrycznej mózgu, a nieszczelnym kontaktem elektrody ze skórą jest fakt, iż wyładowania związane z niewłaściwym umocowaniem elektrody są widoczne na:
| |
| − | <ul>
| |
| − | <li> jednym (uszkodzonym) odprowadzeniu w przypadku odprowadzeń referencyjnych jednobiegunowych;
| |
| − | <li> dwóch elektrodach w przypadku odprowadzeń dwubiegunowych.
| |
| − | </ul>
| |
| − | | |
| − | | |
| − | Jeśli zmiana kontaktu ze skórą nie ma gwałtownego charakteru, niewłaściwie zamocowana elektroda może być źródłem powstawania zmian potencjału w zakresie pasm EEG, trudno odróżnialnych od prawdziwej czynności elektrycznej. Jedyną cechą różnicującą ten artefakt od sygnału EEG jest fakt jego występowania na pojedynczej elektrodzie, w przypadku odprowadzeń jednobiegunowych i dwóch sąsiednich kanałach, będących lustrzanymi odbiciami w przypadku odprowadzeń dwubiegunowych.
| |
| − | | |
| − | </ul>
| |
| − | | |
| − | ===Pocenie się===
| |
| − | Pocenie się badanej osoby prowadzi do:
| |
| − | <ul>
| |
| − | <li> Rozpuszczania klejów wodozmywalnych, za pomocą których elektrody przyczepiane są do powierzchni głowy. Pogarsza to kontakt elektrody ze skórą.
| |
| − | <li> Tworzenie zwarć pomiędzy elektrodami. Pot składający głównie z wody, soli i innych związków chemicznych dobrze przewodzi prąd. W efekcie następuje redukcja impedancji pomiędzy elektrodami i zmiana wartości mierzonego potencjału.
| |
| − | </ul>
| |
| − | | |
| − | Wymienione powyżej zjawiska prowadzą do powstania w zapisie EEG bardzo wolnych, trwających kilka sekund fal.
| |
| − | ===Mruganie===
| |
| − | Bardzo silny artefakt, trudny do wyeliminowania z zapisu EEG, mogący się objawić na wszystkich elektrodach, w szczególności zaś widoczny na odprowadzeniach przedczołowych i czołowych. Źródłem tego artefaktu jest występująca pomiędzy rogówką a siatkówką różnica potencjałów (sięgająca wartości kilku miliwotlów) oraz czynność elektryczna siatkówki o amplitudzie kilku mikrowoltów. W trakcie mrugania gałki oczne skręcają nieznacznie ku górze (tzw. zjawisko Bella) powodując nagły wzrost potencjału elektrycznego. Rogówka posiada potencjał dodatni względem siatkówki, w związku z czym na odprowadzeniach przedczołowych i czołowych obserwuje się wychylenie potencjału w kierunku dodatnich wartości względem potencjału na innych elektrodach. Zwiększony potencjał na elektrodach czołowych utrzymuje się tak długo, jak skręcone ku górze pozostają gałki oczne.
| |
| − | Powrót gałek do pozycji spoczynkowej powoduje redukcję potencjału na przednich elektrodach. Zmiana sygnału związana z artefaktem od gałki ocznej ma zatem charakter „schodka”, jednakże filtry w które wyposażony jest wzmacniacz EEG powodują rozmycie i wygładzenie tego zaburzenia, które przyjmuje łatwo rozpoznawalny kształt. Artefakt ten jest na tyle silny, iż pomimo losowego występowania, uśrednianie sygnałów EEG mierzonych w trakcie powtarzania tego samego paradygmatu doświadczalnego nie redukuje jego amplitudy w sposób zadowalający. Środkami mogącymi zmniejszyć jego występowanie jest przewidzenie w trakcie eksperymentu przerw na „wymruganie”, używanie środków nawilżających oczy (najlepiej w postaci żeli, które długo pozostają na gałce), lekkie zmrużenie oczu.
| |
| − | [[Plik:Artefakt_mrugnięcia.png|center|thumb| 800px|Mrugnięcia]]
| |
| − | | |
| − | ===Ruchy gałek ocznych na boki===
| |
| − | Źródło powstawania tych artefaktów jest takie samo jak w przypadku mrugania. W wyniku różnic potencjałów pomiędzy siatkówką a rogówką, zmiana orientacji gałki ocznej w przestrzeni powoduje zmianę pola elektrycznego i jego potencjału, który mierzymy. W przypadku skręcenia oczami w prawą stronę, nastąpi wzrost mierzonego potencjału na elektrodzie skroniowej prawej — F8 (dodatnio naładowana część gałki przybliża się do tej elektrody) i jego spadek na elektrodzie leżącej po przeciwnej stronie głowy — F7 (dodatnio naładowana część gałki odsuwa się do tej elektrody). Dzięki temu artefakt ten jest łatwo rozpoznawalny. U osób z oczopląsem artefakt ten występuje rytmicznie z częstością oczopląsu. Należy również pamiętać, że ruchy gałek ocznych są sterowane mięśniami, w związku z czym nagłe i silne ruchu gałek na boki będą powodowały występowanie wyładowań iglicowych związanych z czynnością mięśni. Amplituda tych wyładowań osiągnie największą wartość na elektrodach F8 i F7.
| |
| − | [[Plik:Artefakt_ruch_oczu_w_poziomie.png|center|thumb| 800px|Artefakt wywołany ruchem gałek ocznych w poziomie.]]
| |
| − | | |
| − | ===Elektryczna Czynność Mięśni — EMG===
| |
| − | Na głowie człowieka znajdują się mięśnie, bądź przyczepy mięśni odpowiedzialnych głównie za mimikę twarzy, ruchy gałek ocznych czy ruchy szczęki. W związku z powyższym artefakty mięśniowe najsilniej będą rejestrowane przez elektrody czołowe oraz skroniowe (przednie i środkowe). Artefakty te są znaczne silniejsze niż zapis EEG (mogą dochodzić do kilku mV), zaś ich widmo w niskich częstościach pokrywa się z pasmem beta i gamma w EEG. Powstawaniu artefaktów EMG sprzyja: niewłaściwe oświetlenie laboratorium (co powoduje mrużenie oczu), niewygodna dla pacjenta pozycja — brak oparcia dla głowy, brak oparcia dla rąk i nóg, wykonywane testy wymagające uwagi i koncentracji. W tym ostatnim przypadku, w trakcie rozwiązywania takiego testu, cześć spośród badanych osób ma tendencję do marszczenia czoła, czy mrużenia oczu.
| |
| − | [[Plik:Artefakt_marszczenie_czola.png|center|thumb| 800px|Marszczenie czoła.]]
| |
| − | [[Plik:Artefakt_napiecie_miesni_rak.png|center|thumb| 800px|Artefakt wywołany napięciem mięśni rąk.]]
| |
| − | [[Plik:Artefakt_zacisniecie_zebow.png|center|thumb| 800px|Artefakt wywołany zaciskaniem zębów.]]
| |
| − | | |
| − | ===Czynność elektryczna serca===
| |
| − | Artefakt ten pojawia się najczęściej rytmicznie wraz z czynnością elektryczną serca i przyjmuje charakterystyczny dla niego kształt. Zdarza się jednak, że nie każdy kolejny cykl pracy serca zostanie zmierzony przez elektrody EEG. Wtedy artefakt ten może być pomylony z wyładowaniami iglicowymi. Najlepszą metodą detekcji tego artefaktu jest jednoczesny pomiar EEG i EKG. Zakłócenie związane z EKG objawia się najsilniej na elektrodzie, które została umieszczona tuż nad jakąś tętniczką. Często to ma miejsce w przypadku gdy jako elektrodę referencyjną wybrano elektrodę umieszczoną na wyrostku sutkowatym (za uszami), gdzie u wielu osób przebiega właśnie mała tętniczka. Sygnały z kanałów referencyjnych odejmowane są od sygnałów zarejestrowanych od pozostałych kanałów co będzie w oczywisty sposób prowadzić do „rozpowszechniania się” artefaktu EKG po wszystkich elektrodach. O ile to możliwe, należy zmienić nieznacznie pozycję elektrody, tak aby nie znajdowała się ona nad tętniczką.
| |
| − | | |
| − | ===Drżenie kończyn===
| |
| − | | |
| − | Drżenie kończyn może być spowodowane chorobą (np. Parkinsona) lub długotrwałym siedzeniem w mało komfortowej pozycji. Ruchy kończyn będą wywoływały także ledwo zauważalne ruchy głowy. W sytuacji, gdy badana osoba cierpi na chorobę Parkinsona, drżenia kończyn prowadzą do powstania rytmicznej fali o częstości 5-6 Hz przypominającej wyładowania padaczkowe. W celu lepszej detekcji tego artefaktu wskazane jest rejestrowanie czynności EMG.
| |
| − | | |
| − | ===Artefakty związane z ruchem badanej osoby.===
| |
| − | Wywołane są dowolnymi ruchami głowy i ciała badanej osoby i związaną z nimi czynnością elektryczną mięśni. Powstałe potencjały są szerokopasmowe i mają znaczne amplitudy. Ruchy badanej osoby prowadzą do:
| |
| − | | |
| − | <ul>
| |
| − | | |
| − | <li>
| |
| − | ruchu elektrod, a w związku tym pogorszenia ich kontaktu ze skór, a nawet oderwania elektrod od skóry;
| |
| − | | |
| − | | |
| − | <li>
| |
| − | zmiany strumienia pola elektromagnetycznego przechodzącego przez pętle utworzone przez elektrody i wzmacniacz. Zgodnie z prawem indukcji Faradaya, zmiana strumienia w czasie spowoduje powstaje siły elektromotorycznej.
| |
| − | | |
| − | </ul>
| |
| − | | |
| − | [[Plik:Artefakt_ruch_glowa.png|thumb|800px|center|Artefakt wywołany ruchem głowy.]]
| |
| − | | |
| − | ===Redukcja artefaktów===
| |
| − | Kilka rad umożliwiających redukcję artefaktów, bądź ich lepsze rozpoznanie:
| |
| − | | |
| − | <ul>
| |
| − | | |
| − | <li>
| |
| − | zadbać o położenie wzmacniacza EEG z dala od innych urządzeń i kabli. Umieścić go na podkładce z tworzywa;
| |
| − | | |
| − | | |
| − | <li>
| |
| − | zadbać o komfortową pozycję dla pacjenta;
| |
| − | | |
| − | | |
| − | <li>
| |
| − | mierzyć czynność EKG, EMG i elektrookulogram wraz z EEG;
| |
| − | | |
| − | | |
| − | <li>
| |
| − | sporządzać notatki na temat zachowania się pacjenta (jeśli mamy możliwość obserwowania go) — kiedy się poruszał, czy ktoś do niego podszedł np. celem poprawienia jakiegoś elementu układu eksperymentalnego.
| |
| − | | |
| − | </ul>
| |
| − | | |
| − | ==Ćwiczenia: rejestracja EEG z artefaktami oraz EEG spoczynkowego==
| |
| − | | |
| − | === Przypomnij sobie:===
| |
| − | * [[Pracownia_Sygnałów_Biologicznych/Zajecia_9#Procedura_zak.C5.82adania_czepka.|procedurę zakładania czepka]] na głowie
| |
| − | * [[Pracownia_Sygnałów_Biologicznych/Zajecia_9#Oczyszczanie_sk.C3.B3ry_w_miejscu_przy.C5.82o.C5.BCenia_elektrody|przygotowanie skóry głowy]]
| |
| − | * [[Elektroencefalografia/Fizyczne_i_techniczne_aspekty_rejestracji_sygnałów_bioelektrycznych#Praktyczne_uwagi_dotycz.C4.85ce_przeprowadzania_rejestracji_sygna.C5.82u_EEG|techniczne uwagi]] dotyczące pomiaru EEG.
| |
| − | | |
| − | === Rejestracja ===
| |
| − | <ol>
| |
| − |
| |
| − | <li> Dokonaj przynajmniej 15-minutowego zapisu EEG w systemie 10-20, jako elektrody referencyjne wybierz elektrody uszne. Jednocześnie wraz z rejestracją EEG dokonaj pomiaru sygnału EKG z [[Pracownia_Sygnałów_Biologicznych/Zajecia_2_4|odprowadzenia I Einthovena]], EMG z szyi oraz elektrookulogamu. W trakcie pomiaru, w wybranych chwilach czasu wykonaj:
| |
| − | | |
| − | <ul>
| |
| − | <li> mrugnięcie,
| |
| − | <li> żucie,
| |
| − | <li> ruch oczu w prawo,
| |
| − | <li> ruch oczu w lewo,
| |
| − | <li> zmarszczenie czoła,
| |
| − | <li> zaciśnięcie zębów,
| |
| − | <li> napięcie mięśni szyi,
| |
| − | <li> ruch głową
| |
| − | </ul>
| |
| − | | |
| − | Wszystkie powyższe czynności powinny być odseparowane od siebie w czasie. Osoba biorąca razem z Tobą udział w eksperymencie powinna dokładnie zanotować moment wykonywania przez Ciebie kolejnych ruchów.
| |
| − | | |
| − | Kolega powinien odnotować czas wykonywania powyższych czynności.
| |
| − | | |
| − | | |
| − | | |
| − | </ol>
| |
| − | | |
| − | tu skonczyłam
| |
| − | | |
| − | | |
| − | <li> Zarejestruj 10 minut sygnału EEG, w trakcie których badana osoba będzie siedziała z otwartymi oczami oraz kolejne 10 minut w stanie czuwania z zamkniętymi oczami. Sygnał ten będzie potrzebny w czasie kolejnych zajęć, więc zapisz jego kopię zapasową.
| |
| − | | |
| − | ===Praca z sygnałami===
| |
| − | <ol>
| |
| − | <li>Po zakończeniu rejestracji otwórz w SVAROGu z pliku zapisany sygnał. Obejrzyj dokładnie zarówno 2-minutowe odcinki sygnału pomiędzy wykonywanymi ruchami jak i w momencie wykonywania ruchów. Scharakteryzuj powstałe artefakty pod względem amplitudy, długości trwania, widma mocy i topografii.
| |
| − | <li> Zmień referencje pomiaru z jednobiegunowego usznego na dwubiegunowy podłużny bananowy. Ponownie przyjrzyj się zapisowi i scharakteryzuj artefakty.
| |
| − | <!--
| |
| − | <li> Zastosuj transformację ICA. Przyjrzyj się otrzymanym komponentom, ich przebiegom czasowym, widmom mocy i topografiom.
| |
| | --> | | --> |
| − | <li> Swój zapis sygnałów bioelektrycznych przekaż pozostałym grupom. Od nich otrzymasz również zapisy. Na podstawie dotychczas zebranych wiadomości, dokonaj przeglądu otrzymanych zapisów pod kątem występowania artefaktów. Pod dokonaniu analizy poproś grupy od których otrzymałeś dane o informacje jakie ruchy były wykonywane w określonej chwili czasu. Sprawdź poprawność dokonanych przez Ciebie oznaczeń artefaktów z informacjami dostarczonymi przez kolegów
| |
| − | </ol>
| |
| − |
| |
| − | ===ICA (ćwiczenie dodatkowe)===
| |
| − | Popularna w ostatnich latach metoda "czyszczenia" sygnału z artefaktów opiera się na analizie składowych niezależnych.
| |
| − |
| |
| − | Analiza składowych niezależnych (ang. ''Independent Components Analysis'',
| |
| − | ICA) to jedno z określeń dla metod rozwiązywania problemu tzw. ślepej
| |
| − | separacji źródeł (''blind source separation, BSS''). Przyjęty model
| |
| − | zakłada, że mamy do czynienia z następującą sytuacją: dane którymi
| |
| − | dysponujemy (<math>\vec{x}</math> — np. zapisy z kilku mikrofonów)
| |
| − | są liniową mieszaniną kilku statystycznie niezależnych sygnałów
| |
| − | (<math>\vec{s}</math> — np. głosy kilku mówiących jednocześnie osób,
| |
| − | tzw. ''cocktail party problem''):
| |
| − |
| |
| − | <math>
| |
| − | \vec{x} = A \vec{s}
| |
| − | </math>
| |
| − |
| |
| − | <math>A</math> zwiemy macierzą mieszającą, a
| |
| − | rozwiązania szukamy w postaci macierzy separującej <math>B</math>, takiej, że wektor sygnałów
| |
| − |
| |
| − | <math> \vec{y}=B\vec{x}
| |
| − | </math>
| |
| − |
| |
| − | jest możliwie bliski (nieznanym) sygnałom
| |
| − | <math>\vec{s}</math>. Wymóg niezależności statystycznej elementów
| |
| − | <math>\vec{y}</math> wymaga uwzględnienia statystyk rzędów wyższych
| |
| − | niż 2, czyli korelacji (używanych w PCA). Przetwarzanie wstępne
| |
| − | polega często na wyzerowaniu statystyk do rzędu 2, czy odjęciu
| |
| − | średniej i obrocie diagonalizującym macierz kowariancji (zwykle
| |
| − | PCA). Uzyskanie w prosty sposób dekorelacji ułatwia działanie procedur
| |
| − | realizujących dalsze wymagania niezależności. Realizowane są one
| |
| − | zwykle z pomocą sztucznych sieci neuronowych o specjalnie dobieranych
| |
| − | regułach uczenia.
| |
| | | | |
| − | Procedura usuwania artefaktów polega na zerowaniu komponentów, które zidentyfikujemy -- na przykład na podstawie kształtu, widma i rozkładu przestrzennego -- i odtwarzaniu sygnału z pominięciem tych komponentów. Procedura jest zaimplementowania w programie Svarog, którego aktualną wersję można ściągnąć stąd: https://braintech.pl/software/svarog-streamer/
| + | ===Wskazówki dotyczące przygotowania prezentacji=== |
| | + | # Wyniki ćwiczeń przedstawiamy w postaci prezentacji komputerowej (OpenOffice, PowerPoint, LibreOffice, Acrobat, itp.); czas trwania — maksymalnie 15 minut. |
| | + | # Należy uwzględnić wyniki uzyskane w ćwiczeniach wskazanych przez prowadzących.<!--wszystkich części ćwiczeń w danym dziale.--> |
| | + | # Należy zadbać o prawidłową postać wykresów, w tym w szczególności: |
| | + | #* obecność opisów osi (w miarę możliwości); |
| | + | #* spójne zakresy osi i skalowanie wykresów; |
| | + | #* właściwy dobór skali (tak, aby uwidocznić najważniejsze rzeczy); |
| | + | #* obecność tytułów i innych podpisów ułatwiających zrozumienie prezentowanych treści. |
| | + | # Prezentacja wyników powinna uwzględniać: |
| | + | #* przypomnienie co było liczone (i jak, jeśli trzeba); |
| | + | #* na co należy zwrócić uwagę w prezentowanych wynikach; |
| | + | #* interpretację wykresów.<br>Część z tych informacji można dołożyć do rysunków w postaci krótkich wyjaśnień. |
| | + | # Ocenie podlegają: |
| | + | #* kompletność prezentacji; |
| | + | #* czytelność prezentowanych wielkości i zjawisk; |
| | + | #* merytoryczna poprawność wypowiedzi. |
| | + | # Każdy z powyższych elementów prezentacji będzie oceniany w 10-punktowej skali. Punkty zebrane w ciągu semestru będą przekładać się na ocenę końcową. |
| | + | # Wyniki dodatkowe, ponadprogramowe, są mile widziane i mogą skutkować lepszą oceną. |
| | + | <br/><br/> |
