Pracownia EEG/EEG spoczynkowe: Różnice pomiędzy wersjami

Z Brain-wiki
 
Linia 121: Linia 121:
 
===Wrzeciona snu===
 
===Wrzeciona snu===
  
Wrzeciona snu (ang. ''sleep spindles'') (rys. <xr id="uid32" %i/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.
+
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.]]
 
[[Plik:Wrzeciona.png|800px|center|thumb|<figure id="uid32" />Trzy wrzeciona snu.]]

Aktualna wersja na dzień 14:17, 12 paź 2017

Pracownia EEG / EEG spoczynkowe, artefakty

Podstawowe grafoelementy zapisu EEG i ich główne cechy

Rytm δ

Przebieg rytmu delta zaprezentowano na rysunku 1. 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.

Fale delta w czasie snu w zapisie polisomnograficznym.

Rytm θ

Rytmem teta (ang. theta) (rys. 2) 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.

Cechy charakterystyczne:

  • 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.


Przykład rytmu teta we śnie.

Rytm α

Fala alfa to jedna z najwcześniej zaobserwowanych struktur (grafoelementów) 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.

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 rysunku 3 i rysunku 4


Rytm alfa w zapisie polisomnograficznym szczególnie wyraźnie widoczny w odprowadzeniu O2 (referencja do uśrednionego potencjału z uszu).
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.



Cechy charakterystyczne:

  • Podstawowy rytm prawidłowego zapisu EEG u dorosłej osoby.
  • Quasi harmoniczny przebieg o częstości 7-13 Hz.
  • Wzrost amplitudy po zamknięciu oczu, w stanie relaksu czy czuwania z zamkniętymi oczami.
  • Zanika po otwarciu oczu.
  • 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.
  • 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.

Cechy patologiczne:

  • Częstość rytmu ulega zmniejszeniu pod wpływem takich czynników jak: choroby metaboliczne, wczesne fazy otępienia, leki.

Rytm μ

Cechy charakterystyczne:

  • Rytmiczny przebieg o częstości od 7-11 Hz, z uwagi na co często mylony z rytmem alfa.
  • Wyraźny przebieg, kształtem przypominający grecką literę μ.
  • Zanika w trakcie wykonywania ruchu bądź nawet pod wpływem samego jego wyobrażenia.

Rytm β

Rytm beta. Na osi pionowej — amplituda w μV, na osi poziomej — czas.

Fale beta (rys. 5) 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. Cechy charakterystyczne:

  • Rytmiczny przebieg o częstości od 13 do 30 Hz.
  • Amplituda nie zmienia się pod wpływem otwarcia lub zamknięcia oczu.
  • Najwyższa amplituda w okolicach czołowo-centralnych.
  • 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).


Fale γ

Rytm gamma. Na osi pionowej — amplituda w μV, na osi poziomej — czas.

Fale gamma (rys. 6) 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) (rys. 9) 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.

Trzy wrzeciona snu.

Kompleksy K

Kompleksy K (ang. K-complexes, w Polsce często nazywane zespołami K), (rys. %i 9) 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.


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.


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 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 skrypcie o EEG. Brak dobrego kontaktu powoduje następujące efekty uboczne:

  • Tłumienie sygnału (patrz wzór na zajęciach z Pracowni Sygnałów Bioelektrycznych).
  • 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.
  • „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:
    • jednym (uszkodzonym) odprowadzeniu w przypadku odprowadzeń referencyjnych jednobiegunowych;
    • dwóch elektrodach w przypadku odprowadzeń dwubiegunowych.


    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.

Pocenie się

Pocenie się badanej osoby prowadzi do:

  • Rozpuszczania klejów wodozmywalnych, za pomocą których elektrody przyczepiane są do powierzchni głowy. Pogarsza to kontakt elektrody ze skórą.
  • 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.

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.

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.

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.

Marszczenie czoła.
Artefakt wywołany napięciem mięśni rąk.
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.

Żucie, ruchy języka

Artefakt związany z żuciem to głównie potencjały od czynności elektrycznej mięśni o częstości występowania skorelowanej z rytmicznie powtarzającym się ruchem szczęk. Z kolei ruch języka powoduje również czynność elektryczną ale nie mającą charakteru rytmicznego, przypominającą fale delta.

Artefakt wywołany ruchem języka.
Artefakt wywołany żuciem.

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.

Chodzenie osób w pobliżu badanego

Chodzenie w pobliżu badanej osoby powoduje powstawanie artefaktu przypominającego fale ostre.

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:

  • ruchu elektrod, a w związku tym pogorszenia ich kontaktu ze skór, a nawet oderwania elektrod od skóry;
  • 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.
Artefakt wywołany ruchem głowy.

Redukcja artefaktów

Kilka rad umożliwiających redukcję artefaktów, bądź ich lepsze rozpoznanie:

  • zadbać o położenie wzmacniacza EEG z dala od innych urządzeń i kabli. Umieścić go na podkładce z tworzywa;
  • zadbać o komfortową pozycję dla pacjenta;
  • mierzyć czynność EKG, EMG i elektrookulogram wraz z EEG;
  • 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.

Ćwiczenia: rejestracja EEG z artefaktami oraz EEG spoczynkowego

Przypomnij sobie:

Rejestracja

  1. Dokonaj przynajmniej 25-minutowego zapisu EEG w systemie 10-20, jako elektrody referencyjne wybierz elektrody uszne. Jednocześnie wraz z rejestracją EEG dokonaj pomiaru sygnału EKG z odprowadzenia I Einthovena, EMG z szyi oraz elektrookulogamu. W trakcie pomiaru, w wybranych chwilach czasu wykonaj:
    • mrugnięcie,
    • ruch językiem,
    • żucie,
    • napięcie mięśni rąk bądź nóg na tyle silne, aby wywołało drżenie,
    • ruch oczu w prawo,
    • ruch oczu w lewo,
    • zmarszczenie czoła,
    • zaciśnięcie zębów,
    • napięcie mięśni szyi,
    • ruch głową

    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. Następnie, poproś kolegę aby:

    • przez 30 sekund chodził za Tobą,
    • pogłaskał Cię po ramieniu

    Kolega powinien odnotować czas wykonywania powyższych czynności.


  2. 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

  1. 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.
  2. Zmień referencje pomiaru z jednobiegunowego usznego na dwubiegunowy podłużny bananowy. Ponownie przyjrzyj się zapisowi i scharakteryzuj artefakty.
  3. 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

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: http://www.fuw.edu.pl/~durka/svarog-1.0.10.zip