Elektro-Enzephalographie (EEG)

Behavioral Science

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Summary

EEG ist eine nicht-invasive Technik, die Aktivität des Gehirns messen können. Die neuronale Aktivität erzeugt elektrische Signale, die durch EEG-Elektroden auf der Kopfhaut aufgezeichnet werden. Wenn eine Person bei der Durchführung einer kognitiven Aufgabe aktiviert ist, können Veränderungen im Gehirn-Aktivität und diese Änderungen auf der EEG-Kurve aufgezeichnet werden. Daher ist es ein leistungsfähiges Werkzeug für kognitive Wissenschaftler mit dem Ziel, die neuronalen Korrelate verbunden mit verschiedenen Aspekten der Wahrnehmung, die letztendlich ihnen verbesserte Behandlungsmöglichkeiten für Patienten mit kognitiven Defiziten zu entwickeln hilft besser zu verstehen.

Jupiter stellt eine kurze Übersicht der EEG und deren Anwendungen in der kognitiven Forschung. Zunächst besprechen wir, wo und wie EEG-Signale generiert werden. Dann erklären wir die Verwendung des EEG im Studium Wahrnehmung zusammen mit einer detaillierten Schritt für Schritt Protokoll eine EEG-Experiment durchführen. Das Video Bewertungen zu guter Letzt einige spezifische kognitive Experimente, die EEG in Kombination mit anderen Techniken wie die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) oder transkranielle Gleichstrom Stimulation (tDCS) verwenden.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Behavioral Science. Elektro-Enzephalographie (EEG). JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Elektroenzephalographie oder EEG, ist eine elektrophysiologische Methode üblicherweise von Forscher Kognition. Das Gehirn erzeugt ständig elektrische Aktivität, die auftreten können spontan oder als induziert durch Stimulation. EEG ist eine nicht-invasive, tragbare und kostengünstige Technik, die erkennen und Veränderungen in der Hirnaktivität zu quantifizieren, so dass es besonders nützlich für kognitive Studien. In diesem Video erklären wir kurz, wie EEG-Signale generiert werden, wie EEG auf kognitive Forschung angewendet wird, die Standardmethode zur EEG-Aufzeichnung und einigen speziellen Anwendungen.

Um zu beginnen, schauen wir wo und wie die EEG-Signale generiert werden.

Das EEG-Signal ist eine elektrische Aktivität von der Oberfläche des Gehirns mit Elektroden auf der Kopfhaut aufgenommen. Es ist in erster Linie in der äußersten Schicht der Großhirnrinde erzeugt-durch aktivierte pyramidale Neuronen, welche sind die wichtigsten Ausgang Neuronen des Kortex. Diese Neuronen empfangen und synaptischen Eingänge aus anderen Teilen des Gehirns zu integrieren und ihre kollektive Tätigkeit spiegelt die Verarbeitung von Informationen.

Bewegt sich vor allem Anregung positiv geladene Ionen durch die Membran und in das Neuron, schaffen eine Strömung in der dendritischen Region, die durch die äußere Bewegung der Ladung um die Soma-der aktuelle "Quelle." neutralisiert "sink" Dies bringt das Neuron zu einem "Dipol" Zustand, erzeugen eine elektrische Spannung und Strom fließt zwischen apikalen Dendriten und Soma zu schaffen. Elektroden zu erfassen die Summe der Potenziale, die von einer großen Zahl von diesen "neuronale Dipole" handeln synchron produziert.

Nun, dass Sie vertraut mit der Physiologie hinter EEG-Signale sind, lassen Sie uns besprechen, was sie uns sagen über kognitive Funktionen.

Normale EEG zeigt spontane Oszillationen. Diese rhythmische Aktivität besteht aus mehreren überlappenden Sub-Rhythmen, die durch mathematische Transformationen, z. B. die Fourier-Transformation entlarvt werden können. Mit dieser Technik ist EEG Zeitreihen in seiner Komponente Sub Rhythmen zerlegt und als ein "Leistungsspektrum". Jeder Sub-Rhythmus, basierend auf seiner Frequenz ist nach seiner "Konzentration" oder die Signalleistung in der gesamten EEG-Aufzeichnung aufgetragen.

Die Frequenzen für das Gehirn Rhythmen sind: Delta-Welle, die am langsamsten bei weniger als 4 Hz; Theta-Welle, bei 4-7 Hz; Alpha-Wellen, bei 8-12 Hz; Beta-Welle bei 13-30 Hz; und Gamma Wave, der schnellste um mehr als 30 Hz. Jeder Rhythmus korreliert auch mit Verhaltensstörungen: Delta- und Theta-Wellen beobachtet in den Schlafzustand, Alpha-Wellen treten in der wach und entspannten Zustand und Beta- und Gamma-Wellen während der aktiven Wahrnehmung auftreten.

Veränderung der EEG-Aktivität wird verwendet, um die Reaktion des Gehirns auf die Stimulation bei kognitiven Aufgaben zu untersuchen. Z. B. möglicherweise während eines kognitiven Experimentes ein Thema müssen Sie Gesichter auf einem Computerbildschirm anzeigen, und zwischen ihnen zu unterscheiden. Der Test wird wiederholt eine Anzahl von Zeiten. Nachfolgenden EEG Antworten sind mal gesperrt, die zum Ausbruch des visuellen Reizes und gemittelt; Dies wirft die Signalpegel über die Hintergrundgeräusche. Mittlere EEG-Aktivität, hervorgerufen durch einen bestimmten Reiz ist bekannt als das Ereignis im Zusammenhang mit Potenzial. oder ERP.

Die Gipfel im ERP-Diagramm entsprechen koordinierte neurale Aktivität. Hier bezieht sich ein früher Höhepunkt auf die direkte Reaktion des visuellen Systems. Ein später Höhepunkt der synchronisierte neuronale Aktivität betrifft dann, kognitive Verarbeitung des Reizes.

Nun, da Sie gelernt haben, wie EEG verwendet wird, um Erkenntnis zu studieren, sehen wir uns wie ein EEG-Experiment durchgeführt wird.

EEG-Experimente erfordern, dass einzig sinnvolle Signale gesammelt werden, weil eigentliche kortikale Potentiale sehr klein sind. Um diese Signale zu erfassen, sind EEG-Elektroden aus hoch leitfähige Materialien, wie Silber und Chlorid, die in eine Kappe nach dem standardisierten 10-20-Platzierung-System angeordnet sind. Dieses System sorgt für konsequente Positionierung der Elektroden, so dass Experimente über Zeit und Probanden reproduzierbar sind. Elektroden werden nach festgelegten kortikalen Bereichen und Halbkugel Lage gekennzeichnet und werden systematisch getrennt, innerhalb von 10 % oder 20 % der gesamten Front to Back oder rechts-nach-links-Abstand des Schädels.

Elektrolyt-Gel wird mit Elektroden verwendet, um die Leitfähigkeit zu erhöhen. Aktive Signale sind im Vergleich zu einer Referenzelektrode verstärkt, und das System ist geerdet, um Lärm zu reduzieren. Darüber hinaus sind Signale gefiltert, um nur diejenigen, die fallen in den EEG-Frequenzbereich zu sammeln. Artefakte aus körperlichen Bewegungen, z. B. Augenzwinkern, in der Regel überwacht und die Daten abgezogen.

Vor dem Experiment Verfahren werden dem Teilnehmer erklärt und eine schriftliche Zustimmung eingeholt. Das Thema Kopfumfang wird gemessen und eine entsprechende Elektrode Cap Größe ausgewählt. Wahrzeichen für die Platzierung der GAP sind markiert und folgte nach dem 10-20-Platzierung-System. Nächste, leitfähige Gel innerhalb jedes Elektrodenhalter, machen einen Stapel von Gel gegen die Kopfhaut injiziert ist gerade genug, um Interferenzen zwischen benachbarten Elektroden zu vermeiden. Aktive Elektroden werden dann in die Halterungen fixiert. Das Thema ist nun für das Experiment aufgestellt und erinnert, unnötige Bewegungen zu minimieren. Schließlich wird die EEG-Anzeige überprüft, um sicherzustellen, dass alles richtig läuft.

Nun, da Sie die Grundlagen des EEG Experiment laufen gelernt haben, betrachten wir einige spezifischen Anwendungen dieser Technik in der kognitiven Forschung.

EEG wird verwendet, um soziale Kognition bei Erwachsenen und Säuglingen zu studieren. Hier geht das Experiment eine persönliche Marionette-Demonstration mit einem Kleinkind unter Test sofortige Abberufung und Nachahmung. Daten aus der gesamten Kopfhaut zeigen Unterschiede in der EEG-Aktivität zu verschiedenen experimentellen Zeitpunkten.

Funktionelle Magnetresonanztomographie oder fMRI, ist eine weitere nicht-invasive Technik, die Aktivität des Gehirns misst. Die Empfindlichkeit des fMRI an die Stelle der Aktivierung kombinierbar mit der Empfindlichkeit des EEG auf den Zeitpunkt der Aktivierung. Zusammen ermöglichen diese Techniken funktionelle Zuordnung auf einer höheren Ebene zu verstehen, so kognitive Vorgänge wie Schlaf, Bewusstsein, Emotionen, lernen und Gedächtnis.

Zu guter Letzt kann EEG mit transkranielle Gleichstrom Stimulation, oder tDCS, eine Technik, die Hirnstimulation Neuron Erregbarkeit zu modulieren kann kombiniert werden. tDCS birgt Potenzial für die Behandlung von neurologischen Störungen, die kognitive Fähigkeiten auswirken, und EEG dient zum überwachen und optimieren die Auswirkungen der direkten Stimulation. Softwareprogramme automatische schnelle Fourier Transformationen werden verwendet, um Veränderungen in der EEG-Leistungsspektrum in Echtzeit beobachten.

Sie haben nur Jupiters Video auf EEG beobachtet. Dieses Video erläutert wie EEG-Signale generiert werden, wie diese Technik verwendet wird, um die Wahrnehmung, die Grundlagen für die Durchführung ein EEG-Experiment, und zu guter Letzt einige spezifischen Anwendungen in kognitive Studien zu verstehen. Wie immer vielen Dank für das ansehen!

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