EEG-Leitfaden
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***Haftungsausschluss - EMOTIV-Produkte sind ausschließlich für Forschungsanwendungen und den persönlichen Gebrauch bestimmt. Unsere Produkte werden nicht als Medizinprodukte verkauft wie in der EU-Richtlinie 93/42/EEC definiert. Unsere Produkte sind nicht dafür entworfen oder bestimmt, um Diagnosen zu stellen oder Krankheiten zu behandeln.
EEG-Definition
EEG steht für „Elektroenzephalographie“, ein elektrophysiologischer Prozess, um die elektrische Aktivität des Gehirns aufzuzeichnen. EEG misst Veränderungen in der elektrischen Aktivität, die vom Gehirn erzeugt werden. Spannungsschwankungen stammen von ionischen Strömen innerhalb und zwischen einigen Gehirnzellen, die Neuronen genannt werden.
Was ist ein EEG?
Ein EEG-Test bewertet die elektrische Aktivität des Gehirns. EEG-Scans werden durchgeführt, indem EEG-Sensoren – kleine Metallplatten, die auch EEG-Elektroden genannt werden – auf Ihrer Kopfhaut platziert werden. Diese Elektroden erfassen und zeichnen die elektrische Aktivität in Ihrem Gehirn auf. Die gesammelten EEG-Signale werden verstärkt, digitalisiert und dann zur Speicherung und Datenverarbeitung an einen Computer oder ein mobiles Gerät gesendet.
Die Analyse von EEG-Daten ist eine außergewöhnliche Methode, um kognitive Prozesse zu studieren. Sie kann Ärzten helfen, eine medizinische Diagnose zu stellen, Forschern zu verstehen, welche Gehirnprozesse dem menschlichen Verhalten zugrunde liegen, und Einzelpersonen dabei helfen, ihre Produktivität und ihr Wohlbefinden zu verbessern.
Wie funktioniert ein EEG?
Die Milliarden Zellen in Ihrem Gehirn erzeugen sehr kleine elektrische Signale, die nichtlineare Muster bilden, die als Gehirnwellen bezeichnet werden. Ein EEG-Gerät misst die elektrische Aktivität in der Großhirnrinde, der äußeren Schicht des Gehirns, während eines EEG-Tests. EEG-Sensoren werden auf dem Kopf eines Teilnehmers platziert, dann erfassen die Elektroden nicht-invasiv die Gehirnwellen des Subjekts.
EEG-Sensoren können bis zu mehrere Tausend Schnappschüsse der im Gehirn erzeugten elektrischen Aktivität innerhalb einer einzigen Sekunde aufzeichnen. Die aufgezeichneten Gehirnwellen werden an Verstärker gesendet und dann an einen Computer oder die Cloud, um die Daten zu verarbeiten. Die verstärkten Signale, die wellenförmigen Linien ähneln, können auf einem Computer, mobilen Gerät oder in einer Cloud-Datenbank aufgezeichnet werden.
Cloud-Computing-Software gilt als eine entscheidende Innovation in der EEG-Datenverarbeitung, da sie eine Echtzeitanalyse der Aufzeichnungen in großem Umfang ermöglicht – in den frühen Tagen der EEG-Messungen wurden die Wellen einfach auf einem Graphpapier aufgezeichnet. EEG-Systeme, sowohl in der akademischen als auch in der kommerziellen Forschung, zeigen die Daten typischerweise als Zeitreihe oder als kontinuierlichen Fluss von Spannungen an.
EEG-Wellen, die auf Graphpapier aufgezeichnet wurden
EEG-Wellen, die digital aufgezeichnet wurden
EEG-Wellen in moderner Gehirnvisualisierungssoftware
Um die elektrische Aktivität des Gehirns abzubilden, ist es besser, EEG-Messungen von Signalen aus vielen verschiedenen kortikalen Strukturen zu erhalten, die sich rund um die Oberfläche des Gehirns befinden.
EEG-Wellen in modernem Gehirnvisualisierung-Zeitgraph
Arten von Gehirnwellen, die EEG misst
Die Elektroden eines EEG-Geräts erfassen die elektrische Aktivität, die in verschiedenen EEG-Frequenzen ausgedrückt wird. Durch die Verwendung eines Algorithmus, der als Fast Fourier Transform (FFT) bezeichnet wird, können diese Roh-EEG-Signale als unterschiedliche Wellen mit verschiedenen Frequenzen identifiziert werden. Frequenz, die sich auf die Geschwindigkeit der elektrischen Oszillationen bezieht, wird in Zyklen pro Sekunde gemessen — ein Hertz (Hz) entspricht einem Zyklus pro Sekunde. Gehirnwellen werden nach Frequenz in vier Haupttypen kategorisiert: Beta, Alpha, Theta und Delta.
Die folgenden Absätze erörtern einige der Funktionen, die mit den vier Hauptgehirnfrequenzen assoziiert sind. Diese Funktionen wurden einfach als assoziiert mit unterschiedlichen Gehirnfrequenzen festgestellt – es gibt keine Eins-zu-eins-lineare Entsprechung zwischen einem Frequenzband und einer bestimmten Funktion des Gehirns.
Beta-Wellen (Frequenzbereich von 14 Hz bis etwa 30 Hz)
Beta-Wellen sind am engsten mit Bewusstsein oder einem wachen, aufmerksamen und alerta Zustand assoziiert. Niedrigamplitudige Beta-Wellen sind mit aktiver Konzentration oder mit einem beschäftigten oder ängstlichen Geisteszustand assoziiert. Beta-Wellen sind auch mit motorischen Entscheidungen (Suppression der Bewegung und sensorisches Feedback von Bewegung) verbunden. Wenn sie mit einem EEG-Gerät gemessen werden, werden die Signale oft als EEG-Beta-Wellen bezeichnet.
Alpha-Wellen (Frequenzbereich von 7 Hz bis 13 Hz)
Alpha-Wellen werden oft mit einem entspannten, ruhigen und klaren Geisteszustand assoziiert. Alpha-Wellen können in den okzipitalen und hinteren Bereichen des Gehirns gefunden werden. Alpha-Wellen können induziert werden, indem man die Augen schließt und sich entspannt, und sie sind selten während intensiver kognitiver Prozesse wie Denken, mentaler Berechnung und Problemlösung vorhanden. Bei den meisten Erwachsenen liegt der Frequenzbereich von Alpha-Wellen zwischen 9 und 11 Hz. Wenn sie mit einem EEG-Gerät gemessen werden, werden diese oft als EEG-Alpha-Wellen bezeichnet.
Theta-Wellen (Frequenzbereich von 4 Hz bis 7 Hz)
Gehirnaktivität innerhalb eines Frequenzbereichs, der zwischen 4 und 7 Hz liegt, wird als Theta-Aktivität bezeichnet. Das im EEG gemessene Theta-Rhythmus wird oft bei jungen Erwachsenen gefunden, insbesondere über den temporalen Regionen und während der Hyperventilation. Bei älteren Individuen wird Theta-Aktivität mit einer Amplitude von mehr als etwa 30 Millivolt (mV) seltener beobachtet, außer während der Schläfrigkeit. Wenn sie mit einem EEG-Gerät gemessen werden, werden diese oft als EEG-Theta-Wellen bezeichnet.
Delta-Wellen (Frequenzbereich bis 4 Hz)
Delta-Aktivität wird überwiegend bei Säuglingen gefunden. Delta-Wellen sind mit tiefen Schlafphasen bei älteren Probanden assoziiert. Delta-Wellen wurden interiktal (zwischen Anfällen) bei Patienten mit Absence-Anfällen dokumentiert, die kurze, plötzliche Aufmerksamkeitsausfälle beinhalten.
Delta-Wellen sind durch niederfrequente (etwa 3 Hz), hochamplitudige Wellen gekennzeichnet. Delta-Rhythmen können auch im Wachzustand vorhanden sein – sie reagieren auf das Öffnen der Augen und können auch durch Hyperventilation verstärkt werden. Wenn sie mit einem EEG-Gerät gemessen werden, werden diese oft als EEG-Delta-Wellen bezeichnet.
EEG-Wellen zur Verständnis der Funktionsweise des Gehirns nutzen
Was zeigt ein EEG?
Ihr Gehirn nimmt ständig Informationen auf und verarbeitet sie, selbst wenn Sie schlafen. All diese Aktivität erzeugt elektrische Signale, die die EEG-Sensoren erfassen. Dadurch können Veränderungen in der Gehirnaktivität erfasst werden, selbst wenn keine sichtbare Verhaltensreaktion erfolgt, wie eine Bewegung oder ein Gesichtsausdruck.
Ein EEG-Überwachungsgerät erfasst die elektrische Aktivität, die Ihr Gehirn erzeugt, jedoch keine Gedanken oder Gefühle. Es sendet keine elektrische Energie in Ihr Gehirn.
Die Erfassung der Aktivität in den Hauptkortizes des Gehirns ist entscheidend, um qualitativ hochwertige EEG-Daten zu erhalten. Die Ergebnisse können als Proxys dienen, um emotionale Zustände zu bewerten, die durch externe Reize beeinflusst werden.
Eine kurze Geschichte des EEG
Die Forschung zu den Phänomenen der elektrischen Aktivität im Gehirn wurde bereits 1875 an Tieren durchgeführt, als der Arzt Richard Caton seine Ergebnisse aus Experimenten an Kaninchen und Affen im British Medical Journal veröffentlichte.
1890 platzierte Adolf Beck Elektroden direkt auf der Oberfläche von Hund- und Kaninchengehirnen, um Tests auf sensorische Stimulation durchzuführen. Seine Beobachtung von schwankender elektrischer Gehirnaktivität führte zur Entdeckung der Gehirnwellen und machte EEG zu einem wissenschaftlichen Feld.
Der deutsche Physiologe und Psychiater Hans Berger wird die Aufzeichnung der ersten menschlichen EEG-Gehirnwellen im Jahr 1924 zugeschrieben. Berger erfand das Elektroenzephalogramm, ein Gerät, das EEG-Signale aufzeichnet. In seinem Buch „Die Ursprünge des EEG“ beschrieb der Autor David Millet die Erfindung als „eine der überraschendsten, bemerkenswertesten und bedeutendsten Entwicklungen in der Geschichte der klinischen Neurologie.“
Die erste menschliche EEG-Aufzeichnung wurde 1924 von Hans Berger erhalten. Das obere Signal ist EEG und das untere ist ein 10 Hz Zeitgeber-Signal.
Hans Berger, die erste Person, die EEG-Gehirnwellen bei Menschen aufgezeichnet hat.
Das Feld der klinischen Elektroenzephalographie begann 1935. Es entstand aus der Forschung des Neurowissenschaftlers Frederic Gibbs, Hallowell Davis und William Lennox über epileptiforme Spikes, interiktale Spike-Wellen und die drei Zyklen klinischer Absence-EEG-Anfälle. Gibbs und der Wissenschaftler Herbert Jasper kamen zu dem Schluss, dass interiktale Spikes ein charakteristisches Zeichen von Epilepsie sind. Das erste EEG-Labor wurde 1936 am Massachusetts General Hospital eröffnet.
1947 wurde die American EEG Society, die heute als The American Clinical Neurophysiology Society bekannt ist, gegründet und der erste Internationale EEG-Kongress fand statt.
In den 1950er Jahren entwickelte William Grey Walter die EEG-Topographie, eine Ergänzung zum EEG, die das Mapping der elektrischen Aktivität über die Oberfläche des Gehirns ermöglichte. Dies war in den 1980er Jahren beliebt, wurde jedoch nie in der universitären Neurologie übernommen.
Stevo Bozinovski, Liljana Bozinovska und Mihail Sestakov waren die ersten Wissenschaftler, die 1988 die Kontrolle eines physischen Objekts mittels eines EEG-Geräts erreichten. 2011 trat EEG in den Konsummarkt ein, als die Technologiemitgründer Tan Le und Dr. Geoff Mackellar die Firma EMOTIV gründeten.
EEG-Technologie wie Headsets und Kappen sind Komponenten von BCI (Brain-Computer Interface). BCI wird auch als HMI (Human Machine Interface), MMI (Mind Machine Interface), BMI (Brain Machine Interface) und DNI (Direct Neural Interface) bezeichnet – DNI kann Signale aus dem Gehirn und anderen Teilen des Nervensystems decodieren. BCI zielt darauf ab, die kognitive Leistung zu verfolgen und sowohl virtuelle als auch physische Objekte durch maschinelles Lernen von trainierten mentalen Befehlen zu steuern.
2017 wurde der querschnittgelähmte Rennfahrer Rodrigo Hübner Mendes die erste Person, die ein Formel-1-Auto ausschließlich mit seinen Gehirnwellen steuerte, dank eines EMOTIV EEG-Headsets.
Wofür wird EEG verwendet?
Leistung und Wellness
Sportler, Biohacker und alle interessierten Verbraucher können EEG verwenden, um ihre Gehirnaktivität so zu „verfolgen“, wie sie es möglicherweise mit der Anzahl der Schritte tun, die sie an einem Tag zurücklegen. EEG kann kognitive Funktionen messen – wie Aufmerksamkeit und Ablenkung, Stress und kognitive Belastung (die gesamte Kapazität des Gehirns für geistige Aktivität, die bei jedem Moment auf das Arbeitsgedächtnis auferlegt wird). Diese Ergebnisse können wertvolle Einblicke darüber geben, wie das Gehirn auf Ereignisse im täglichen Leben reagiert. EEG-Daten bieten Feedback, das verwendet werden kann, um wissenschaftlich fundierte Strategien zur Stressreduzierung, zur Verbesserung der Konzentration oder zur Verbesserung der Meditation zu entwickeln.
Verbraucherforschung
EEG-Daten können ein leistungsstarkes Suchwerkzeug für Verbraucheranalysen sein. Die Hirnreaktionen bieten beispielloses Feedback der Verbraucher — denn EEG wird verwendet, um die Lücke zwischen dem, was Verbraucher wirklich beachten, und dem, was sie selbstberichtend mögen oder bemerken, zu messen. Die Kombination von EEG mit anderen biometrischen Sensoren wie Augenverfolgung, Gesichtsausdrucksanalyse und Herzfrequenzmessungen kann ein vollständiges Verständnis des Kundenverhaltens für die Unternehmen bieten. Die Verwendung von Neuro-Technologien wie EEG zur Untersuchung von Verbraucherreaktionen wird als Neuromarketing bezeichnet.
Gesundheitswesen
Da EEG-Tests die Gehirnaktivität während eines kontrollierten Verfahrens anzeigen, können die Ergebnisse Informationen enthalten, die zur Diagnose verschiedener Gehirnerkrankungen verwendet werden. Abnormale EEG-Daten werden durch unregelmäßige Gehirnwellen angezeigt. Abnormale EEG-Daten können Anzeichen für Gehirndysfunktionen, Kopftraumata, Schlafstörungen, Gedächtnisprobleme, Gehirntumoren, Schlaganfälle, Demenz, Anfallserkrankungen wie Epilepsie und verschiedene andere Zustände anzeigen. Abhängig von der beabsichtigten Diagnose kombinieren Ärzte manchmal EEG mit kognitiven Tests, Gehirnaktivitätsüberwachung und Neuroimaging-Techniken
Krampfdianose
EEG-Tests werden oft Patienten empfohlen, die an krampfanfallaktiven Aktivitäten leiden. In diesen Fällen kann der Arzt ein ambulantes EEG durchführen. Ein ambulantes EEG zeichnet bis zu 72 Stunden kontinuierlich auf, während traditionelle EEGs 1-2 Stunden dauern. Der Patient darf sich in seinem eigenen Zuhause bewegen und trägt ein EEG-Headset. Die Verlängerung der Aufzeichnung erhöht die Wahrscheinlichkeit, abnormale Gehirnaktivitäten aufzunehmen. Aus diesem Grund werden ambulante EEGs oft zur Diagnose von Epilepsie (EEG-Epilepsie), Anfallserkrankungen oder Schlafstörungen verwendet.
Schlafstudie für Schlafstörungen
Ein EEG-Schlafstudie oder „Polysomnographie“-Test misst die Körperaktivität zusätzlich zu einer Gehirnscan. Ein EEG-Technologe überwacht Herzfrequenz, Atmung und Sauerstoffniveaus in Ihrem Blut während eines Übernachtverfahrens. Polysomnographie wird hauptsächlich in der medizinischen Forschung und als diagnostischer Test für Schlafstörungen verwendet.
Quantitative Neurowissenschaft
Da EEG die elektrische Aktivität in der äußeren Schicht des Gehirns (der Großhirnrinde) misst, kann es Gehirnwellen von Ihrer Kopfhaut erfassen. Durch die Kombination von EEG-Gehirntests mit Daten aus anderen Gehirnüberwachungstechniken können Forscher neue Erkenntnisse über die komplexen Interaktionen gewinnen, die in unseren Gehirnen – sowie in unseren Körpern – stattfinden.
Genau das zielt quantitative Elektroenzephalographie (qEEG) an. Quantitative EEG zeichnet Ihre Gehirnwellen genau so auf wie ein traditionelles EEG. Mithilfe von maschinellem Lernen vergleicht qEEG Ihre Gehirnwellen mit den Gehirnwellen von Personen im gleichen Geschlecht und Altersbereich, jedoch für Personen, die keine Gehirndysfunktionen aufweisen. Der qEEG-Prozess erstellt eine „Karte“ Ihres Gehirns durch den quantitativen Vergleich. Dieser Prozess ist in der Unterdisziplin der Neurowissenschaften, die als computational neuroscience bezeichnet wird, üblich.
Die Platzierung der EEG-Elektroden ist ein kritischer Teil eines erfolgreichen qEEG. Traditionelle EEG-Leitungen folgen dem 10-20-System, einem international anerkannten Standard für die Anbringung der Elektroden, die an Ihrer Kopfhaut befestigt werden. „10-20“ bezieht sich auf den Abstand zwischen EEG-Leitungen, der 10 % oder 20 % der gesamten Entfernung des Schädels beträgt.
Die Anzahl der Elektroden auf einem Gerät kann variieren – einige EEG-Aufzeichnungssysteme können bis zu 256 Elektroden haben. Aufzeichnungen von qEEG verwenden eine 19-Sensor-Kappe, um Daten aus allen 19 Bereichen Ihrer Kopfhaut zu sammeln. Da EEG-Leitungen Signale von der Stelle, an der sie platziert sind, verstärken, identifizieren die durch qEEG gewonnenen Gehirnmappings auf der Ebene des Gehirns die Ursache der beobachteten Dysfunktion auf verhaltens- und/oder kognitiver Ebene.
Akademische Forschung
Abnormale EEG-Ergebnisse sind nicht die einzigen wertvollen Informationen, die aus einem EEG-Testresultat abgeleitet werden. Viele Forscher verwenden normales EEG in ihrer Forschung, einschließlich einer bahnbrechenden Studie von 1957 zur Gehirnaktivität während des REM-Schlafs.
Wie im Abschnitt über die Arten von Gehirnwellen, die das EEG misst, eingeführt, offenbaren die Studien von EEG-Aufzeichnungen eine Reihe von Frequenzen, die in Gehirnsignalen enthalten sind. Diese Frequenzen spiegeln unterschiedliche Aufmerksamkeits- und kognitive Zustände wider. Beispielsweise haben Forscher Gamma-Band-Aktivitäten überwacht (die häufig mit bewusster Aufmerksamkeit assoziiert wird), während sie die neurologischen Reaktionen während der Meditation (EEG-Meditation) untersuchten.
Gamma-Band-Aktivität wird mit maximaler geistiger oder körperlicher Leistung assoziiert. Experimente, bei denen ein Proband, der ein EEG-Gerät trägt, tiefe Meditation praktiziert, führten zu Theorien, dass Gamma-Wellen mit bewussten Erfahrungen oder transzendentalen geistigen Zuständen assoziiert sind. Es besteht jedoch kein Konsens unter akademischen Forschern darüber, welche kognitiven Funktionen mit Gamma-Band-Aktivität assoziiert sind.
Forscher benötigen eine Möglichkeit, all die Fülle von Gehirndaten, die sie sammeln, zu verarbeiten und zu handhaben – und häufig auch mit verschiedenen Institutionen zu teilen. „Neuroinformatik“ ist das Forschungsfeld, das computational tools und mathematische Modelle für Neuro-Wissenschaftsdaten bereitstellt. Neuroinformatik zielt darauf ab, Technologien zu schaffen, die Datenbanken organisieren, Daten teilen und Daten modellieren. Es betrifft eine Vielzahl von Daten, da „Neuroscience“ allgemein als die wissenschaftliche Studie des Nervensystems definiert wird. Eine der Unterdisziplinen der Neurowissenschaften umfasst die kognitive Psychologie, die neuroimaging-methoden wie EEG verwendet, um zu analysieren, welche Teile des Gehirns und Nervensystems welchen kognitiven Prozessen zugrunde liegen.
Marktforschung: Verwendung von EEG-Headsets, um emotionale und kognitive Zustände zu verstehen
EEG-Testprozess
Vorbereitung auf ein EEG-Verfahren
Die folgenden Abschnitte zu EEG-Überwachung, Interpretation und Ergebnissen enthalten Informationen für Publikum, das EEG-Tests in einer Gesundheitsversorgungsausstellung durchläuft. Der beste Weg, sich auf einen Test vorzubereiten, ist immer, die Testanleiter nach spezifischen Vorbereitungshinweisen zu fragen. Die Anweisungen zur Vorbereitung können je nach Anwendungsfall variieren – beispielsweise erfordern EEG-Aufzeichnungen für Verbraucherforschung, akademische Forschung oder für Leistung und Wohlbefinden, dass die Probanden aktiv sind, anstatt im Liegen zu sein.
Unternehmen wie EMOTIV haben bahnbrechende Fortschritte in der EEG-Technologie gemacht, die es sind, Tests schneller durchzuführen, zu verarbeiten und zu interpretieren, sowie sie bequemer zu machen. EMOTIVs mobile und drahtlose EEG-Headsets können in weniger als fünf Minuten eingerichtet werden, und sie ermöglichen es dem Teilnehmer, sich frei zu bewegen, anstatt ihn in eine Testeinrichtung zu beschränken.
Vor einem EEG-Test informieren Sie den Fachmann, der den Test durchführt – egal, ob es ein Arzt, Arbeitgeber oder Forscher ist – über alle regelmäßigen Medikamente, die Sie einnehmen. Es wird empfohlen, dass Sie Ihr Haar in der Nacht vor dem Verfahren waschen und es frei von Produkten lassen. Vermeiden Sie es, mindestens 8 Stunden vor dem Test Koffein zu trinken oder zu essen. Wenn Sie während des EEG-Verfahrens schlafen müssen, erhalten Sie möglicherweise von Ihnen den Hinweis, Ihren Schlaf in der Nacht zuvor zu begrenzen, um sicherzustellen, dass Ihr Gehirn während des Tests richtig entspannen kann.
EEG-Überwachung
Sie werden während eines EEG-Verfahrens keine Schmerzen oder Unannehmlichkeiten fühlen. Bei einem klinischen EEG-Verfahren liegen Sie auf einem Bett oder einem Liegestuhl und werden angewiesen, die Augen zu schließen. Ein EEG-Techniker misst Ihren Kopf und markiert, wo die Elektroden angebracht werden sollen.
Wenn der Test beginnt, registrieren die Elektroden Ihre Gehirnwellen und senden die Aktivität an eine Aufzeichnungsmaschine. Das EEG-Gerät wandelt die Daten dann in ein Wellenmuster zur Interpretation um. Nachdem die Aufnahme abgeschlossen ist, entfernt der Techniker die Elektroden von Ihrer Kopfhaut.
Routine-EEG-Tests in wissenschaftlichen oder klinischen Einstellungen dauern 30-60 Minuten, einschließlich etwa 20 Minuten Vorbereitungszeit. EEG-Tests, die für Verbraucher, individuelle Leistung und Arbeitsplatzforschung durchgeführt werden, können kürzer oder länger dauern, je nach den Testzwecken. EMOTIVs drahtlose EEG-Headsets unterstützen eine schnellere Einrichtung für diese Anwendungsfälle (weniger als fünf Minuten).
Es ist keine Erholungszeit erforderlich nach dem Verfahren. Wenn Sie ein Medikament eingenommen haben, das Schläfrigkeit verursacht hat, um während des Tests zu schlafen, kann der Testleiter empfehlen, bis zur Abklingen der Wirkungen am Standort zu warten oder dass jemand Sie nach Hause bringt.
Die Nebenwirkungen von EEG-Tests sind selten. Die Elektroden erzeugen keine Empfindungen; sie zeichnen nur die Gehirnaktivität auf. Personen mit Epilepsie können von Reizen wie flackernden Lichtern während des Verfahrens einen Anfall erleiden. Ein Anfall während eines EEG-Tests ist nichts, wovor man sich fürchten muss – er kann Ärzten tatsächlich helfen, die Art der Epilepsie zu diagnostizieren und die Behandlung entsprechend anzupassen.
EEG-Interpretation und Ergebnisse des Verfahrens
Wenn Ihnen aus klinischen Gründen ein EEG-Test empfohlen wurde, werden Ihre Testergebnisse von einem Arzt interpretiert, der auf das Nervensystem spezialisiert ist. Der Neurologe untersucht die Aufzeichnung auf normale und abnormale Gehirnmuster. Gehirnwellenmuster sind sehr erkennbar an den Eigenschaften ihrer Wellenformen. Beispielsweise zeigt ein Burst-Suppressionsmuster, das oft bei Patienten mit inaktiven Gehirnbereichen wie Koma oder Allgemeinanästhesie beobachtet wird, kurze Spitzen (der Burst), die sich mit Perioden der Flachheit (der Suppression) abwechseln.
Verschiedene Arten von Epilepsie werden durch unterschiedliche EEG-Muster charakterisiert. Ein Spike-Wellen-Muster — ein generalisiertes, symmetrisches EEG-Muster — wird oft während eines Absence-Anfalls beobachtet, bei dem eine Person einen kurzen Verlust des Bewusstseins erlebt. Ein partieller fokaler Anfall, bei dem die Anfallaktivität nur einen Bereich des Gehirns betrifft, ist durch ein niedriges, schnelles Rhythmusmuster gekennzeichnet, das im EEG-Datenkanal erscheint, der mit diesem Bereich verbunden ist.
Der Neurologe sendet dann die EEG-Messung zurück an den Arzt, der den Test angeordnet hat. Ihr Arzt kann einen Termin vereinbaren, um die EEG-Bilder zu überprüfen und die Ergebnisse mit Ihnen zu besprechen. Je nach Ihrer Erkrankung können Sie möglicherweise einen Dienst namens EEG-Neurofeedback oder Biofeedback als Follow-up empfohlen bekommen. Beispielsweise könnten Personen, die daran interessiert sind, die mit Fokus verbundenen Gehirnwellenmuster zu stärken, an neurofeedback Therapie für ADHS teilnehmen.
Biofeedbacktherapie hilft Probanden, unwillkürliche Körperprozesse zu kontrollieren. Ein Proband, der beispielsweise hohen Blutdruck hat, kann seine körperlichen Messungen auf einem Monitor sehen, der Daten von den auf seiner Haut befestigten Elektroden erhält. Die Überwachung dieser Aktivität hilft, Entspannungs- und mentale Übungen zu lernen, die Symptome lindern können.
Ähnlich nutzt Neurofeedback EEG, um das Gehirn besser funktionieren zu lassen. Während dieses Trainings ist der Patient an ein EEG-Gerät angeschlossen und sieht seine Gehirnaktivität in Aktion. Das ähnelt oft einer Art Videospiel, bei dem der Patient das Spiel mit seinem Gehirn „spielt“, um seine Gehirnaktivität zu steuern. Der Patient versucht, die Gehirnfrequenzen, die mit Gehirndysfunktionen verbunden sind, zu verbessern, genau wie ein Athlet an einem schwachen Muskel arbeitet. EEG-Neurofeedback wird oft für Erkrankungen wie Epilepsie, bipolare Störungen, ADHS und Autismus empfohlen. Obwohl es bei diesen Störungen helfen kann, kann es sie nicht heilen.
Verschiedene Arten von EEG-Geräten
EEG-Maschinen kommen in Form von einigen verschiedenen tragbaren EEG-Geräten. Auf der höchsten Ebene besteht der Unterschied zwischen klinischen EEG-Geräten (die in einem gesundheitlichen und wissenschaftlichen Forschungsumfeld verwendet werden) und Verbraucher-EEG-Geräten (die in der Verbraucherforschung, akademischen Forschung und für Leistung und Wellness verwendet werden). Mit klinischen Geräten können die Teilnehmer sich nicht bewegen, während sie das Gerät tragen, und die Daten müssen in einer kontrollierten und geschützten Umgebung gesammelt werden, um eine Verzerrung des Signals zu vermeiden. Verbraucher-EEG-Geräte wie EMOTIVs drahtlose Headsets ermöglichen es Benutzern, ihre Gehirnaktivität überall zu überwachen.
Die Variation zwischen verschiedenen Arten tragbarer EEG-Geräte ist erforderlich, um die Anforderungen der Fachleute, die EEG-Systeme verwenden, und die Umgebung, in der die Daten gesammelt werden, zu unterstützen. Beispielsweise benötigen Neurologen und Neurowissenschaftler oft eine höhere Dichte von Sensoren, um ihre Datenanalyse durchzuführen, als es ein Verbraucherforscher vielleicht benötigt. Neben der Platzierung der EEG-Elektroden gibt es einige andere bemerkenswerte Variationen zwischen EEG-Systemen zu berücksichtigen.
EEG-Kappen VS. EEG-Headsets
Was ist der Unterschied zwischen einer EEG-Kappe und einem EEG-Headset? Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden gebräuchlichsten Arten tragbarer EEG-Geräte liegt in der Anzahl der Elektroden. Headsets weisen normalerweise zwischen 5 und 20 Elektroden auf. Kappen können mehr Sensoren unterstützen, da sie eine größere Oberfläche für die Elektrodenplatzierung haben. EEG-Kappen, wie das EMOTIV EPOC FLEX bieten bewegliche Sensoren für flexible Positionierung. Die Sensoranordnung in den EMOTIV INSIGHT und EPOC X Headsets ist festgelegt.
EPOC Flex
Gel- oder Salzsensoren
EPOC+ und EPOC X
Salzsensoren
Nasse VS. Trockene EEG-Elektroden
EEG-Geräte verwenden hauptsächlich entweder nasse oder trockene Elektroden. Es gibt eine neu entwickelte Form von Elektroden namens „Tattoo-Elektroden“, die wie ein temporäres Tattoo aufgedruckt werden. Nasse Elektroden ermöglichen eine bessere Datenakuratheit, da sie ein Haftgel verwenden, um besseren Kontakt mit der Kopfhaut zu gewährleisten. Nasse Elektroden werden überwiegend in klinischen und Forschungsumgebungen verwendet. Trockene Elektroden benötigen kein Haftgel. EEG-Geräte mit trockenen Elektroden werden häufig in EEG-Verbraucherforschung verwendet, da sie schnellere Einrichtungszeiten ermöglichen. Forscher vergleichen ständig die Vor- und Nachteile von nassen und trockenen EEG-Elektroden.
Verdrahtete VS. Drahtlose EEG-Geräte
In der frühen Zeit von EEG mussten Patienten in einer klinischen Umgebung an das EEG-Gerät angeschlossen werden. Jetzt sind drahtlose EEG-Tests möglich, da EEG-Signale digitalisiert und an die Aufzeichnungsmaschine wie ein Smartphone, ein Computer oder die Cloud gesendet werden können. Tests können in einer Vielzahl von Umgebungen mit tragbaren EEGs durchgeführt werden. Sie können ein Experiment durchführen, bei dem die Probanden tragbare EEG-Headsets tragen und durch einen Park gehen, wobei die Bewegung des Probanden nur durch den Datenübertragungsbereich eingeschränkt wird. Wenn Sie die Testumgebung steuern müssen, um Reize wie flackernde Lichter zu verwalten, können Sie sich für eine klinische Umgebung entscheiden – in diesem Fall gibt es keine Einschränkungen bei der Verwendung einer drahtgebundenen EEG-Maschine.
Drahtgebundene EEG-Headsets
Kabelverbindung
Drahtloses Emotiv EEG-Headset
Bluetooth-Drahtlos-Technologie
EEG-Messung vs. andere Gehirnmessverfahren
Der Vorteil der EEG-Messung ist, dass sie die am wenigsten invasive Messung der Gehirnaktivität darstellt, die uns zur Verfügung steht, und eine Vielzahl von quantitativen Informationen während relevanter kognitiver Prozesse liefert. Andere Methoden zur Untersuchung der Gehirnfunktion umfassen:
Funktions-Magnetresonanz-Tomographie (fMRI)
Magnetenzephalographie (MEG)
Nukleare Magnetresonanz-Spektroskopie (NMR oder MRS)
Elektrokortikographie
Einphotonen-Emissions-Computertomographie (SPECT)
Positronen-Emissions-Tomographie (PET)
Nahinfrarotspektroskopie (NIRS)
Ereignisbezogene optische Signalübertragung (EROS)
Vorteile von EEG
Trotz der relativ geringen räumlichen Sensitivität von EEG bietet es eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber einigen der zuvor aufgeführten Bildgebungsverfahren und Techniken der Gehirnforschung:
EEG hat eine sehr hohe zeitliche Auflösung im Vergleich zu fMRI. Es kann die schnellen Reaktionen des Gehirns erfassen, die in Millisekunden ablaufen, sodass es genau synchronisieren kann, was im Gehirn und in der Umgebung geschieht. EEG wird in klinischen und Forschungsumgebungen mit Abtastraten zwischen 250 und 2000 Hz aufgezeichnet. Modernere EEG-Datenerfassungssysteme können bei Bedarf sogar mit Abtastraten von über 20.000 Hz aufzeichnen.
Deutlich geringere Hardwarekosten und Gesamtkosten des Eigentums.
EEG-Daten werden nicht-invasiv erfasst, im Gegensatz zur Elektrokortikographie, bei der eine Neurochirurgie erforderlich ist, um Elektroden direkt auf der Oberfläche des Gehirns zu platzieren.
Mobile EEG-Sensoren können an mehr Orten verwendet werden als fMRI, SPECT, PET, MRS oder MEG, da diese Techniken schwer, teuer und unbeweglich sind.
EEG ist lautlos, um die Reaktionen auf auditive Reize zu studieren.
Im Vergleich zu fMRI und MRI gibt es keine physische Gefahr bei einer EEG-Maschine. fMRI und MRI sind leistungsstarke Magneten, die die Verwendung bei Patienten mit metallischen Implantaten wie Herzschrittmachern verhindern.
fMRI, PET, MRS und SPECT können Klaustrophobie verstärken, die die Testergebnisse verfälschen kann. EEG induziert keine Klaustrophobie, da die Probanden nicht in einem kleinen Raum eingeschlossen sind.
EEG-Verbraucherscans erlauben mehr Bewegung der Probanden während der Tests, im Gegensatz zu den meisten anderen Neuroimaging-Techniken.
EEG beinhaltet keine Exposition gegenüber Radioliganden, im Gegensatz zur Positronen-Emissions-Tomographie, oder zu hochintensiven (>1 Tesla) magnetischen Feldern.
EEG beinhaltet keine Exposition gegenüber hochintensiven (>1 Tesla) magnetischen Feldern.
Im Vergleich zu Verhaltenstests kann EEG verdeckte Verarbeitung (Verarbeitung, die keine Antwort erfordert) erkennen. Diese Technologie wird auch bei Probanden verwendet, die keine motorische Antwort erzeugen können.
EEG hat eine niedrige Einstiegshürde für Verbraucher, sodass es ein leistungsstarkes Werkzeug zur Verfolgung und Aufzeichnung von Gehirnaktivität während verschiedener Aktivitäten des täglichen Lebens ist, was eine nahezu unbegrenzte Anzahl von Anwendungen ermöglicht.
EEG-Schlafanalysen können signifikante Aspekte des Zeitpunkts der Gehirnentwicklung anzeigen, einschließlich der Bewertung der Gehirnreifung bei Jugendlichen.
Es gibt ein besseres Verständnis darüber, welches Signal mit EEG genau gemessen wird, im Vergleich zu den BOLD (Blood-oxygen-level-dependent)-Imaging, die im fMRI verwendet werden.
EEG-Spiele
EEG-Technologie wurde angepasst, um sowohl für medizinische als auch für Unterhaltungszwecke in der Spielwelt verwendet zu werden. Unternehmen nutzen EEG, um Interaktionen mit Videospielen in VR, AR und BCI zu ermöglichen. EEG-Maschinen erfassen das Signal und die Algorithmen in der Software interpretieren Ihre Gehirnwellen, um Ihren Avatar auf dem Bildschirm zu steuern.
EMOTIVs EPOC-Headset ist die erste hochpräzise Gehirn-Computer-Schnittstelle (BCI) , die bewusste und unbewusste Gedanken und Emotionen überwachen und interpretieren kann. Die BCI kann die komplexen Gehirnwellen von 30 verschiedenen Ausdrücken, Emotionen und Aktionen erkennen. Diese Erkennung erfolgt mithilfe von maschinellem Lernen. Maschinelles Lernen-Algorithmen wurden trainiert, um die Gehirnmuster zu erkennen, die auftreten, während der Teilnehmer die verschiedenen Ausdrücke, Emotionen und Aktionen verarbeitet.
Wenn die Algorithmen eine EEG-Gehirnwelle in ihrem Datensatz erfassen, kann die BCI das Muster mit einem physischen oder digitalen Befehl verknüpfen. Beispielsweise wird das Denken an ein Schlüsselwort wie „schieben!“ dazu führen, dass Ihr Avatar einen Gegenstand aus seinem Weg schiebt.
TechCrunch TV: Geistgesteuerte Geräte und mehr mit EEG
EEG-Anwendungsfälle
Es gibt viele moderne Anwendungen für die EEG-Messung. Einige bemerkenswerte EEG-Anwendungsfälle umfassen:
Neurowissenschaft
Programme zur Gehirnausbildung
Neuromarketing
Schlafstudien
Gehirn-Computer-Schnittstelle (BCI)
Kognitive Leistung
Selbstquantifizierung
Emotionale Zustände
Therapie für ADHS
Neurologische Störungen
Gehirnwellenentrainment
Kognitive Verhaltenstherapie
Neuroinformatik
Gehirnwellen-Spiele
AR & VR-Zusatz
Dysphagie und Demenz
Schlaganfallrehabilitation
Tests des Arbeitsgedächtnisses (N-back)
Hinweis: Dies ist nur eine allgemeine Information über EEG. EMOTIV-Produkte sind ausschließlich für Forschungsanwendungen und den persönlichen Gebrauch bestimmt. Unsere Produkte werden nicht als Medizinprodukte verkauft wie in der EU-Richtlinie 93/42/EEC definiert. Unsere Produkte sind nicht dafür entworfen oder bestimmt, um Diagnosen zu stellen oder Krankheiten zu behandeln.
***Haftungsausschluss - EMOTIV-Produkte sind ausschließlich für Forschungsanwendungen und den persönlichen Gebrauch bestimmt. Unsere Produkte werden nicht als Medizinprodukte verkauft wie in der EU-Richtlinie 93/42/EEC definiert. Unsere Produkte sind nicht dafür entworfen oder bestimmt, um Diagnosen zu stellen oder Krankheiten zu behandeln.
EEG-Definition
EEG steht für „Elektroenzephalographie“, ein elektrophysiologischer Prozess, um die elektrische Aktivität des Gehirns aufzuzeichnen. EEG misst Veränderungen in der elektrischen Aktivität, die vom Gehirn erzeugt werden. Spannungsschwankungen stammen von ionischen Strömen innerhalb und zwischen einigen Gehirnzellen, die Neuronen genannt werden.
Was ist ein EEG?
Ein EEG-Test bewertet die elektrische Aktivität des Gehirns. EEG-Scans werden durchgeführt, indem EEG-Sensoren – kleine Metallplatten, die auch EEG-Elektroden genannt werden – auf Ihrer Kopfhaut platziert werden. Diese Elektroden erfassen und zeichnen die elektrische Aktivität in Ihrem Gehirn auf. Die gesammelten EEG-Signale werden verstärkt, digitalisiert und dann zur Speicherung und Datenverarbeitung an einen Computer oder ein mobiles Gerät gesendet.
Die Analyse von EEG-Daten ist eine außergewöhnliche Methode, um kognitive Prozesse zu studieren. Sie kann Ärzten helfen, eine medizinische Diagnose zu stellen, Forschern zu verstehen, welche Gehirnprozesse dem menschlichen Verhalten zugrunde liegen, und Einzelpersonen dabei helfen, ihre Produktivität und ihr Wohlbefinden zu verbessern.
Wie funktioniert ein EEG?
Die Milliarden Zellen in Ihrem Gehirn erzeugen sehr kleine elektrische Signale, die nichtlineare Muster bilden, die als Gehirnwellen bezeichnet werden. Ein EEG-Gerät misst die elektrische Aktivität in der Großhirnrinde, der äußeren Schicht des Gehirns, während eines EEG-Tests. EEG-Sensoren werden auf dem Kopf eines Teilnehmers platziert, dann erfassen die Elektroden nicht-invasiv die Gehirnwellen des Subjekts.
EEG-Sensoren können bis zu mehrere Tausend Schnappschüsse der im Gehirn erzeugten elektrischen Aktivität innerhalb einer einzigen Sekunde aufzeichnen. Die aufgezeichneten Gehirnwellen werden an Verstärker gesendet und dann an einen Computer oder die Cloud, um die Daten zu verarbeiten. Die verstärkten Signale, die wellenförmigen Linien ähneln, können auf einem Computer, mobilen Gerät oder in einer Cloud-Datenbank aufgezeichnet werden.
Cloud-Computing-Software gilt als eine entscheidende Innovation in der EEG-Datenverarbeitung, da sie eine Echtzeitanalyse der Aufzeichnungen in großem Umfang ermöglicht – in den frühen Tagen der EEG-Messungen wurden die Wellen einfach auf einem Graphpapier aufgezeichnet. EEG-Systeme, sowohl in der akademischen als auch in der kommerziellen Forschung, zeigen die Daten typischerweise als Zeitreihe oder als kontinuierlichen Fluss von Spannungen an.
EEG-Wellen, die auf Graphpapier aufgezeichnet wurden
EEG-Wellen, die digital aufgezeichnet wurden
EEG-Wellen in moderner Gehirnvisualisierungssoftware
Um die elektrische Aktivität des Gehirns abzubilden, ist es besser, EEG-Messungen von Signalen aus vielen verschiedenen kortikalen Strukturen zu erhalten, die sich rund um die Oberfläche des Gehirns befinden.
EEG-Wellen in modernem Gehirnvisualisierung-Zeitgraph
Arten von Gehirnwellen, die EEG misst
Die Elektroden eines EEG-Geräts erfassen die elektrische Aktivität, die in verschiedenen EEG-Frequenzen ausgedrückt wird. Durch die Verwendung eines Algorithmus, der als Fast Fourier Transform (FFT) bezeichnet wird, können diese Roh-EEG-Signale als unterschiedliche Wellen mit verschiedenen Frequenzen identifiziert werden. Frequenz, die sich auf die Geschwindigkeit der elektrischen Oszillationen bezieht, wird in Zyklen pro Sekunde gemessen — ein Hertz (Hz) entspricht einem Zyklus pro Sekunde. Gehirnwellen werden nach Frequenz in vier Haupttypen kategorisiert: Beta, Alpha, Theta und Delta.
Die folgenden Absätze erörtern einige der Funktionen, die mit den vier Hauptgehirnfrequenzen assoziiert sind. Diese Funktionen wurden einfach als assoziiert mit unterschiedlichen Gehirnfrequenzen festgestellt – es gibt keine Eins-zu-eins-lineare Entsprechung zwischen einem Frequenzband und einer bestimmten Funktion des Gehirns.
Beta-Wellen (Frequenzbereich von 14 Hz bis etwa 30 Hz)
Beta-Wellen sind am engsten mit Bewusstsein oder einem wachen, aufmerksamen und alerta Zustand assoziiert. Niedrigamplitudige Beta-Wellen sind mit aktiver Konzentration oder mit einem beschäftigten oder ängstlichen Geisteszustand assoziiert. Beta-Wellen sind auch mit motorischen Entscheidungen (Suppression der Bewegung und sensorisches Feedback von Bewegung) verbunden. Wenn sie mit einem EEG-Gerät gemessen werden, werden die Signale oft als EEG-Beta-Wellen bezeichnet.
Alpha-Wellen (Frequenzbereich von 7 Hz bis 13 Hz)
Alpha-Wellen werden oft mit einem entspannten, ruhigen und klaren Geisteszustand assoziiert. Alpha-Wellen können in den okzipitalen und hinteren Bereichen des Gehirns gefunden werden. Alpha-Wellen können induziert werden, indem man die Augen schließt und sich entspannt, und sie sind selten während intensiver kognitiver Prozesse wie Denken, mentaler Berechnung und Problemlösung vorhanden. Bei den meisten Erwachsenen liegt der Frequenzbereich von Alpha-Wellen zwischen 9 und 11 Hz. Wenn sie mit einem EEG-Gerät gemessen werden, werden diese oft als EEG-Alpha-Wellen bezeichnet.
Theta-Wellen (Frequenzbereich von 4 Hz bis 7 Hz)
Gehirnaktivität innerhalb eines Frequenzbereichs, der zwischen 4 und 7 Hz liegt, wird als Theta-Aktivität bezeichnet. Das im EEG gemessene Theta-Rhythmus wird oft bei jungen Erwachsenen gefunden, insbesondere über den temporalen Regionen und während der Hyperventilation. Bei älteren Individuen wird Theta-Aktivität mit einer Amplitude von mehr als etwa 30 Millivolt (mV) seltener beobachtet, außer während der Schläfrigkeit. Wenn sie mit einem EEG-Gerät gemessen werden, werden diese oft als EEG-Theta-Wellen bezeichnet.
Delta-Wellen (Frequenzbereich bis 4 Hz)
Delta-Aktivität wird überwiegend bei Säuglingen gefunden. Delta-Wellen sind mit tiefen Schlafphasen bei älteren Probanden assoziiert. Delta-Wellen wurden interiktal (zwischen Anfällen) bei Patienten mit Absence-Anfällen dokumentiert, die kurze, plötzliche Aufmerksamkeitsausfälle beinhalten.
Delta-Wellen sind durch niederfrequente (etwa 3 Hz), hochamplitudige Wellen gekennzeichnet. Delta-Rhythmen können auch im Wachzustand vorhanden sein – sie reagieren auf das Öffnen der Augen und können auch durch Hyperventilation verstärkt werden. Wenn sie mit einem EEG-Gerät gemessen werden, werden diese oft als EEG-Delta-Wellen bezeichnet.
EEG-Wellen zur Verständnis der Funktionsweise des Gehirns nutzen
Was zeigt ein EEG?
Ihr Gehirn nimmt ständig Informationen auf und verarbeitet sie, selbst wenn Sie schlafen. All diese Aktivität erzeugt elektrische Signale, die die EEG-Sensoren erfassen. Dadurch können Veränderungen in der Gehirnaktivität erfasst werden, selbst wenn keine sichtbare Verhaltensreaktion erfolgt, wie eine Bewegung oder ein Gesichtsausdruck.
Ein EEG-Überwachungsgerät erfasst die elektrische Aktivität, die Ihr Gehirn erzeugt, jedoch keine Gedanken oder Gefühle. Es sendet keine elektrische Energie in Ihr Gehirn.
Die Erfassung der Aktivität in den Hauptkortizes des Gehirns ist entscheidend, um qualitativ hochwertige EEG-Daten zu erhalten. Die Ergebnisse können als Proxys dienen, um emotionale Zustände zu bewerten, die durch externe Reize beeinflusst werden.
Eine kurze Geschichte des EEG
Die Forschung zu den Phänomenen der elektrischen Aktivität im Gehirn wurde bereits 1875 an Tieren durchgeführt, als der Arzt Richard Caton seine Ergebnisse aus Experimenten an Kaninchen und Affen im British Medical Journal veröffentlichte.
1890 platzierte Adolf Beck Elektroden direkt auf der Oberfläche von Hund- und Kaninchengehirnen, um Tests auf sensorische Stimulation durchzuführen. Seine Beobachtung von schwankender elektrischer Gehirnaktivität führte zur Entdeckung der Gehirnwellen und machte EEG zu einem wissenschaftlichen Feld.
Der deutsche Physiologe und Psychiater Hans Berger wird die Aufzeichnung der ersten menschlichen EEG-Gehirnwellen im Jahr 1924 zugeschrieben. Berger erfand das Elektroenzephalogramm, ein Gerät, das EEG-Signale aufzeichnet. In seinem Buch „Die Ursprünge des EEG“ beschrieb der Autor David Millet die Erfindung als „eine der überraschendsten, bemerkenswertesten und bedeutendsten Entwicklungen in der Geschichte der klinischen Neurologie.“
Die erste menschliche EEG-Aufzeichnung wurde 1924 von Hans Berger erhalten. Das obere Signal ist EEG und das untere ist ein 10 Hz Zeitgeber-Signal.
Hans Berger, die erste Person, die EEG-Gehirnwellen bei Menschen aufgezeichnet hat.
Das Feld der klinischen Elektroenzephalographie begann 1935. Es entstand aus der Forschung des Neurowissenschaftlers Frederic Gibbs, Hallowell Davis und William Lennox über epileptiforme Spikes, interiktale Spike-Wellen und die drei Zyklen klinischer Absence-EEG-Anfälle. Gibbs und der Wissenschaftler Herbert Jasper kamen zu dem Schluss, dass interiktale Spikes ein charakteristisches Zeichen von Epilepsie sind. Das erste EEG-Labor wurde 1936 am Massachusetts General Hospital eröffnet.
1947 wurde die American EEG Society, die heute als The American Clinical Neurophysiology Society bekannt ist, gegründet und der erste Internationale EEG-Kongress fand statt.
In den 1950er Jahren entwickelte William Grey Walter die EEG-Topographie, eine Ergänzung zum EEG, die das Mapping der elektrischen Aktivität über die Oberfläche des Gehirns ermöglichte. Dies war in den 1980er Jahren beliebt, wurde jedoch nie in der universitären Neurologie übernommen.
Stevo Bozinovski, Liljana Bozinovska und Mihail Sestakov waren die ersten Wissenschaftler, die 1988 die Kontrolle eines physischen Objekts mittels eines EEG-Geräts erreichten. 2011 trat EEG in den Konsummarkt ein, als die Technologiemitgründer Tan Le und Dr. Geoff Mackellar die Firma EMOTIV gründeten.
EEG-Technologie wie Headsets und Kappen sind Komponenten von BCI (Brain-Computer Interface). BCI wird auch als HMI (Human Machine Interface), MMI (Mind Machine Interface), BMI (Brain Machine Interface) und DNI (Direct Neural Interface) bezeichnet – DNI kann Signale aus dem Gehirn und anderen Teilen des Nervensystems decodieren. BCI zielt darauf ab, die kognitive Leistung zu verfolgen und sowohl virtuelle als auch physische Objekte durch maschinelles Lernen von trainierten mentalen Befehlen zu steuern.
2017 wurde der querschnittgelähmte Rennfahrer Rodrigo Hübner Mendes die erste Person, die ein Formel-1-Auto ausschließlich mit seinen Gehirnwellen steuerte, dank eines EMOTIV EEG-Headsets.
Wofür wird EEG verwendet?
Leistung und Wellness
Sportler, Biohacker und alle interessierten Verbraucher können EEG verwenden, um ihre Gehirnaktivität so zu „verfolgen“, wie sie es möglicherweise mit der Anzahl der Schritte tun, die sie an einem Tag zurücklegen. EEG kann kognitive Funktionen messen – wie Aufmerksamkeit und Ablenkung, Stress und kognitive Belastung (die gesamte Kapazität des Gehirns für geistige Aktivität, die bei jedem Moment auf das Arbeitsgedächtnis auferlegt wird). Diese Ergebnisse können wertvolle Einblicke darüber geben, wie das Gehirn auf Ereignisse im täglichen Leben reagiert. EEG-Daten bieten Feedback, das verwendet werden kann, um wissenschaftlich fundierte Strategien zur Stressreduzierung, zur Verbesserung der Konzentration oder zur Verbesserung der Meditation zu entwickeln.
Verbraucherforschung
EEG-Daten können ein leistungsstarkes Suchwerkzeug für Verbraucheranalysen sein. Die Hirnreaktionen bieten beispielloses Feedback der Verbraucher — denn EEG wird verwendet, um die Lücke zwischen dem, was Verbraucher wirklich beachten, und dem, was sie selbstberichtend mögen oder bemerken, zu messen. Die Kombination von EEG mit anderen biometrischen Sensoren wie Augenverfolgung, Gesichtsausdrucksanalyse und Herzfrequenzmessungen kann ein vollständiges Verständnis des Kundenverhaltens für die Unternehmen bieten. Die Verwendung von Neuro-Technologien wie EEG zur Untersuchung von Verbraucherreaktionen wird als Neuromarketing bezeichnet.
Gesundheitswesen
Da EEG-Tests die Gehirnaktivität während eines kontrollierten Verfahrens anzeigen, können die Ergebnisse Informationen enthalten, die zur Diagnose verschiedener Gehirnerkrankungen verwendet werden. Abnormale EEG-Daten werden durch unregelmäßige Gehirnwellen angezeigt. Abnormale EEG-Daten können Anzeichen für Gehirndysfunktionen, Kopftraumata, Schlafstörungen, Gedächtnisprobleme, Gehirntumoren, Schlaganfälle, Demenz, Anfallserkrankungen wie Epilepsie und verschiedene andere Zustände anzeigen. Abhängig von der beabsichtigten Diagnose kombinieren Ärzte manchmal EEG mit kognitiven Tests, Gehirnaktivitätsüberwachung und Neuroimaging-Techniken
Krampfdianose
EEG-Tests werden oft Patienten empfohlen, die an krampfanfallaktiven Aktivitäten leiden. In diesen Fällen kann der Arzt ein ambulantes EEG durchführen. Ein ambulantes EEG zeichnet bis zu 72 Stunden kontinuierlich auf, während traditionelle EEGs 1-2 Stunden dauern. Der Patient darf sich in seinem eigenen Zuhause bewegen und trägt ein EEG-Headset. Die Verlängerung der Aufzeichnung erhöht die Wahrscheinlichkeit, abnormale Gehirnaktivitäten aufzunehmen. Aus diesem Grund werden ambulante EEGs oft zur Diagnose von Epilepsie (EEG-Epilepsie), Anfallserkrankungen oder Schlafstörungen verwendet.
Schlafstudie für Schlafstörungen
Ein EEG-Schlafstudie oder „Polysomnographie“-Test misst die Körperaktivität zusätzlich zu einer Gehirnscan. Ein EEG-Technologe überwacht Herzfrequenz, Atmung und Sauerstoffniveaus in Ihrem Blut während eines Übernachtverfahrens. Polysomnographie wird hauptsächlich in der medizinischen Forschung und als diagnostischer Test für Schlafstörungen verwendet.
Quantitative Neurowissenschaft
Da EEG die elektrische Aktivität in der äußeren Schicht des Gehirns (der Großhirnrinde) misst, kann es Gehirnwellen von Ihrer Kopfhaut erfassen. Durch die Kombination von EEG-Gehirntests mit Daten aus anderen Gehirnüberwachungstechniken können Forscher neue Erkenntnisse über die komplexen Interaktionen gewinnen, die in unseren Gehirnen – sowie in unseren Körpern – stattfinden.
Genau das zielt quantitative Elektroenzephalographie (qEEG) an. Quantitative EEG zeichnet Ihre Gehirnwellen genau so auf wie ein traditionelles EEG. Mithilfe von maschinellem Lernen vergleicht qEEG Ihre Gehirnwellen mit den Gehirnwellen von Personen im gleichen Geschlecht und Altersbereich, jedoch für Personen, die keine Gehirndysfunktionen aufweisen. Der qEEG-Prozess erstellt eine „Karte“ Ihres Gehirns durch den quantitativen Vergleich. Dieser Prozess ist in der Unterdisziplin der Neurowissenschaften, die als computational neuroscience bezeichnet wird, üblich.
Die Platzierung der EEG-Elektroden ist ein kritischer Teil eines erfolgreichen qEEG. Traditionelle EEG-Leitungen folgen dem 10-20-System, einem international anerkannten Standard für die Anbringung der Elektroden, die an Ihrer Kopfhaut befestigt werden. „10-20“ bezieht sich auf den Abstand zwischen EEG-Leitungen, der 10 % oder 20 % der gesamten Entfernung des Schädels beträgt.
Die Anzahl der Elektroden auf einem Gerät kann variieren – einige EEG-Aufzeichnungssysteme können bis zu 256 Elektroden haben. Aufzeichnungen von qEEG verwenden eine 19-Sensor-Kappe, um Daten aus allen 19 Bereichen Ihrer Kopfhaut zu sammeln. Da EEG-Leitungen Signale von der Stelle, an der sie platziert sind, verstärken, identifizieren die durch qEEG gewonnenen Gehirnmappings auf der Ebene des Gehirns die Ursache der beobachteten Dysfunktion auf verhaltens- und/oder kognitiver Ebene.
Akademische Forschung
Abnormale EEG-Ergebnisse sind nicht die einzigen wertvollen Informationen, die aus einem EEG-Testresultat abgeleitet werden. Viele Forscher verwenden normales EEG in ihrer Forschung, einschließlich einer bahnbrechenden Studie von 1957 zur Gehirnaktivität während des REM-Schlafs.
Wie im Abschnitt über die Arten von Gehirnwellen, die das EEG misst, eingeführt, offenbaren die Studien von EEG-Aufzeichnungen eine Reihe von Frequenzen, die in Gehirnsignalen enthalten sind. Diese Frequenzen spiegeln unterschiedliche Aufmerksamkeits- und kognitive Zustände wider. Beispielsweise haben Forscher Gamma-Band-Aktivitäten überwacht (die häufig mit bewusster Aufmerksamkeit assoziiert wird), während sie die neurologischen Reaktionen während der Meditation (EEG-Meditation) untersuchten.
Gamma-Band-Aktivität wird mit maximaler geistiger oder körperlicher Leistung assoziiert. Experimente, bei denen ein Proband, der ein EEG-Gerät trägt, tiefe Meditation praktiziert, führten zu Theorien, dass Gamma-Wellen mit bewussten Erfahrungen oder transzendentalen geistigen Zuständen assoziiert sind. Es besteht jedoch kein Konsens unter akademischen Forschern darüber, welche kognitiven Funktionen mit Gamma-Band-Aktivität assoziiert sind.
Forscher benötigen eine Möglichkeit, all die Fülle von Gehirndaten, die sie sammeln, zu verarbeiten und zu handhaben – und häufig auch mit verschiedenen Institutionen zu teilen. „Neuroinformatik“ ist das Forschungsfeld, das computational tools und mathematische Modelle für Neuro-Wissenschaftsdaten bereitstellt. Neuroinformatik zielt darauf ab, Technologien zu schaffen, die Datenbanken organisieren, Daten teilen und Daten modellieren. Es betrifft eine Vielzahl von Daten, da „Neuroscience“ allgemein als die wissenschaftliche Studie des Nervensystems definiert wird. Eine der Unterdisziplinen der Neurowissenschaften umfasst die kognitive Psychologie, die neuroimaging-methoden wie EEG verwendet, um zu analysieren, welche Teile des Gehirns und Nervensystems welchen kognitiven Prozessen zugrunde liegen.
Marktforschung: Verwendung von EEG-Headsets, um emotionale und kognitive Zustände zu verstehen
EEG-Testprozess
Vorbereitung auf ein EEG-Verfahren
Die folgenden Abschnitte zu EEG-Überwachung, Interpretation und Ergebnissen enthalten Informationen für Publikum, das EEG-Tests in einer Gesundheitsversorgungsausstellung durchläuft. Der beste Weg, sich auf einen Test vorzubereiten, ist immer, die Testanleiter nach spezifischen Vorbereitungshinweisen zu fragen. Die Anweisungen zur Vorbereitung können je nach Anwendungsfall variieren – beispielsweise erfordern EEG-Aufzeichnungen für Verbraucherforschung, akademische Forschung oder für Leistung und Wohlbefinden, dass die Probanden aktiv sind, anstatt im Liegen zu sein.
Unternehmen wie EMOTIV haben bahnbrechende Fortschritte in der EEG-Technologie gemacht, die es sind, Tests schneller durchzuführen, zu verarbeiten und zu interpretieren, sowie sie bequemer zu machen. EMOTIVs mobile und drahtlose EEG-Headsets können in weniger als fünf Minuten eingerichtet werden, und sie ermöglichen es dem Teilnehmer, sich frei zu bewegen, anstatt ihn in eine Testeinrichtung zu beschränken.
Vor einem EEG-Test informieren Sie den Fachmann, der den Test durchführt – egal, ob es ein Arzt, Arbeitgeber oder Forscher ist – über alle regelmäßigen Medikamente, die Sie einnehmen. Es wird empfohlen, dass Sie Ihr Haar in der Nacht vor dem Verfahren waschen und es frei von Produkten lassen. Vermeiden Sie es, mindestens 8 Stunden vor dem Test Koffein zu trinken oder zu essen. Wenn Sie während des EEG-Verfahrens schlafen müssen, erhalten Sie möglicherweise von Ihnen den Hinweis, Ihren Schlaf in der Nacht zuvor zu begrenzen, um sicherzustellen, dass Ihr Gehirn während des Tests richtig entspannen kann.
EEG-Überwachung
Sie werden während eines EEG-Verfahrens keine Schmerzen oder Unannehmlichkeiten fühlen. Bei einem klinischen EEG-Verfahren liegen Sie auf einem Bett oder einem Liegestuhl und werden angewiesen, die Augen zu schließen. Ein EEG-Techniker misst Ihren Kopf und markiert, wo die Elektroden angebracht werden sollen.
Wenn der Test beginnt, registrieren die Elektroden Ihre Gehirnwellen und senden die Aktivität an eine Aufzeichnungsmaschine. Das EEG-Gerät wandelt die Daten dann in ein Wellenmuster zur Interpretation um. Nachdem die Aufnahme abgeschlossen ist, entfernt der Techniker die Elektroden von Ihrer Kopfhaut.
Routine-EEG-Tests in wissenschaftlichen oder klinischen Einstellungen dauern 30-60 Minuten, einschließlich etwa 20 Minuten Vorbereitungszeit. EEG-Tests, die für Verbraucher, individuelle Leistung und Arbeitsplatzforschung durchgeführt werden, können kürzer oder länger dauern, je nach den Testzwecken. EMOTIVs drahtlose EEG-Headsets unterstützen eine schnellere Einrichtung für diese Anwendungsfälle (weniger als fünf Minuten).
Es ist keine Erholungszeit erforderlich nach dem Verfahren. Wenn Sie ein Medikament eingenommen haben, das Schläfrigkeit verursacht hat, um während des Tests zu schlafen, kann der Testleiter empfehlen, bis zur Abklingen der Wirkungen am Standort zu warten oder dass jemand Sie nach Hause bringt.
Die Nebenwirkungen von EEG-Tests sind selten. Die Elektroden erzeugen keine Empfindungen; sie zeichnen nur die Gehirnaktivität auf. Personen mit Epilepsie können von Reizen wie flackernden Lichtern während des Verfahrens einen Anfall erleiden. Ein Anfall während eines EEG-Tests ist nichts, wovor man sich fürchten muss – er kann Ärzten tatsächlich helfen, die Art der Epilepsie zu diagnostizieren und die Behandlung entsprechend anzupassen.
EEG-Interpretation und Ergebnisse des Verfahrens
Wenn Ihnen aus klinischen Gründen ein EEG-Test empfohlen wurde, werden Ihre Testergebnisse von einem Arzt interpretiert, der auf das Nervensystem spezialisiert ist. Der Neurologe untersucht die Aufzeichnung auf normale und abnormale Gehirnmuster. Gehirnwellenmuster sind sehr erkennbar an den Eigenschaften ihrer Wellenformen. Beispielsweise zeigt ein Burst-Suppressionsmuster, das oft bei Patienten mit inaktiven Gehirnbereichen wie Koma oder Allgemeinanästhesie beobachtet wird, kurze Spitzen (der Burst), die sich mit Perioden der Flachheit (der Suppression) abwechseln.
Verschiedene Arten von Epilepsie werden durch unterschiedliche EEG-Muster charakterisiert. Ein Spike-Wellen-Muster — ein generalisiertes, symmetrisches EEG-Muster — wird oft während eines Absence-Anfalls beobachtet, bei dem eine Person einen kurzen Verlust des Bewusstseins erlebt. Ein partieller fokaler Anfall, bei dem die Anfallaktivität nur einen Bereich des Gehirns betrifft, ist durch ein niedriges, schnelles Rhythmusmuster gekennzeichnet, das im EEG-Datenkanal erscheint, der mit diesem Bereich verbunden ist.
Der Neurologe sendet dann die EEG-Messung zurück an den Arzt, der den Test angeordnet hat. Ihr Arzt kann einen Termin vereinbaren, um die EEG-Bilder zu überprüfen und die Ergebnisse mit Ihnen zu besprechen. Je nach Ihrer Erkrankung können Sie möglicherweise einen Dienst namens EEG-Neurofeedback oder Biofeedback als Follow-up empfohlen bekommen. Beispielsweise könnten Personen, die daran interessiert sind, die mit Fokus verbundenen Gehirnwellenmuster zu stärken, an neurofeedback Therapie für ADHS teilnehmen.
Biofeedbacktherapie hilft Probanden, unwillkürliche Körperprozesse zu kontrollieren. Ein Proband, der beispielsweise hohen Blutdruck hat, kann seine körperlichen Messungen auf einem Monitor sehen, der Daten von den auf seiner Haut befestigten Elektroden erhält. Die Überwachung dieser Aktivität hilft, Entspannungs- und mentale Übungen zu lernen, die Symptome lindern können.
Ähnlich nutzt Neurofeedback EEG, um das Gehirn besser funktionieren zu lassen. Während dieses Trainings ist der Patient an ein EEG-Gerät angeschlossen und sieht seine Gehirnaktivität in Aktion. Das ähnelt oft einer Art Videospiel, bei dem der Patient das Spiel mit seinem Gehirn „spielt“, um seine Gehirnaktivität zu steuern. Der Patient versucht, die Gehirnfrequenzen, die mit Gehirndysfunktionen verbunden sind, zu verbessern, genau wie ein Athlet an einem schwachen Muskel arbeitet. EEG-Neurofeedback wird oft für Erkrankungen wie Epilepsie, bipolare Störungen, ADHS und Autismus empfohlen. Obwohl es bei diesen Störungen helfen kann, kann es sie nicht heilen.
Verschiedene Arten von EEG-Geräten
EEG-Maschinen kommen in Form von einigen verschiedenen tragbaren EEG-Geräten. Auf der höchsten Ebene besteht der Unterschied zwischen klinischen EEG-Geräten (die in einem gesundheitlichen und wissenschaftlichen Forschungsumfeld verwendet werden) und Verbraucher-EEG-Geräten (die in der Verbraucherforschung, akademischen Forschung und für Leistung und Wellness verwendet werden). Mit klinischen Geräten können die Teilnehmer sich nicht bewegen, während sie das Gerät tragen, und die Daten müssen in einer kontrollierten und geschützten Umgebung gesammelt werden, um eine Verzerrung des Signals zu vermeiden. Verbraucher-EEG-Geräte wie EMOTIVs drahtlose Headsets ermöglichen es Benutzern, ihre Gehirnaktivität überall zu überwachen.
Die Variation zwischen verschiedenen Arten tragbarer EEG-Geräte ist erforderlich, um die Anforderungen der Fachleute, die EEG-Systeme verwenden, und die Umgebung, in der die Daten gesammelt werden, zu unterstützen. Beispielsweise benötigen Neurologen und Neurowissenschaftler oft eine höhere Dichte von Sensoren, um ihre Datenanalyse durchzuführen, als es ein Verbraucherforscher vielleicht benötigt. Neben der Platzierung der EEG-Elektroden gibt es einige andere bemerkenswerte Variationen zwischen EEG-Systemen zu berücksichtigen.
EEG-Kappen VS. EEG-Headsets
Was ist der Unterschied zwischen einer EEG-Kappe und einem EEG-Headset? Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden gebräuchlichsten Arten tragbarer EEG-Geräte liegt in der Anzahl der Elektroden. Headsets weisen normalerweise zwischen 5 und 20 Elektroden auf. Kappen können mehr Sensoren unterstützen, da sie eine größere Oberfläche für die Elektrodenplatzierung haben. EEG-Kappen, wie das EMOTIV EPOC FLEX bieten bewegliche Sensoren für flexible Positionierung. Die Sensoranordnung in den EMOTIV INSIGHT und EPOC X Headsets ist festgelegt.
EPOC Flex
Gel- oder Salzsensoren
EPOC+ und EPOC X
Salzsensoren
Nasse VS. Trockene EEG-Elektroden
EEG-Geräte verwenden hauptsächlich entweder nasse oder trockene Elektroden. Es gibt eine neu entwickelte Form von Elektroden namens „Tattoo-Elektroden“, die wie ein temporäres Tattoo aufgedruckt werden. Nasse Elektroden ermöglichen eine bessere Datenakuratheit, da sie ein Haftgel verwenden, um besseren Kontakt mit der Kopfhaut zu gewährleisten. Nasse Elektroden werden überwiegend in klinischen und Forschungsumgebungen verwendet. Trockene Elektroden benötigen kein Haftgel. EEG-Geräte mit trockenen Elektroden werden häufig in EEG-Verbraucherforschung verwendet, da sie schnellere Einrichtungszeiten ermöglichen. Forscher vergleichen ständig die Vor- und Nachteile von nassen und trockenen EEG-Elektroden.
Verdrahtete VS. Drahtlose EEG-Geräte
In der frühen Zeit von EEG mussten Patienten in einer klinischen Umgebung an das EEG-Gerät angeschlossen werden. Jetzt sind drahtlose EEG-Tests möglich, da EEG-Signale digitalisiert und an die Aufzeichnungsmaschine wie ein Smartphone, ein Computer oder die Cloud gesendet werden können. Tests können in einer Vielzahl von Umgebungen mit tragbaren EEGs durchgeführt werden. Sie können ein Experiment durchführen, bei dem die Probanden tragbare EEG-Headsets tragen und durch einen Park gehen, wobei die Bewegung des Probanden nur durch den Datenübertragungsbereich eingeschränkt wird. Wenn Sie die Testumgebung steuern müssen, um Reize wie flackernde Lichter zu verwalten, können Sie sich für eine klinische Umgebung entscheiden – in diesem Fall gibt es keine Einschränkungen bei der Verwendung einer drahtgebundenen EEG-Maschine.
Drahtgebundene EEG-Headsets
Kabelverbindung
Drahtloses Emotiv EEG-Headset
Bluetooth-Drahtlos-Technologie
EEG-Messung vs. andere Gehirnmessverfahren
Der Vorteil der EEG-Messung ist, dass sie die am wenigsten invasive Messung der Gehirnaktivität darstellt, die uns zur Verfügung steht, und eine Vielzahl von quantitativen Informationen während relevanter kognitiver Prozesse liefert. Andere Methoden zur Untersuchung der Gehirnfunktion umfassen:
Funktions-Magnetresonanz-Tomographie (fMRI)
Magnetenzephalographie (MEG)
Nukleare Magnetresonanz-Spektroskopie (NMR oder MRS)
Elektrokortikographie
Einphotonen-Emissions-Computertomographie (SPECT)
Positronen-Emissions-Tomographie (PET)
Nahinfrarotspektroskopie (NIRS)
Ereignisbezogene optische Signalübertragung (EROS)
Vorteile von EEG
Trotz der relativ geringen räumlichen Sensitivität von EEG bietet es eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber einigen der zuvor aufgeführten Bildgebungsverfahren und Techniken der Gehirnforschung:
EEG hat eine sehr hohe zeitliche Auflösung im Vergleich zu fMRI. Es kann die schnellen Reaktionen des Gehirns erfassen, die in Millisekunden ablaufen, sodass es genau synchronisieren kann, was im Gehirn und in der Umgebung geschieht. EEG wird in klinischen und Forschungsumgebungen mit Abtastraten zwischen 250 und 2000 Hz aufgezeichnet. Modernere EEG-Datenerfassungssysteme können bei Bedarf sogar mit Abtastraten von über 20.000 Hz aufzeichnen.
Deutlich geringere Hardwarekosten und Gesamtkosten des Eigentums.
EEG-Daten werden nicht-invasiv erfasst, im Gegensatz zur Elektrokortikographie, bei der eine Neurochirurgie erforderlich ist, um Elektroden direkt auf der Oberfläche des Gehirns zu platzieren.
Mobile EEG-Sensoren können an mehr Orten verwendet werden als fMRI, SPECT, PET, MRS oder MEG, da diese Techniken schwer, teuer und unbeweglich sind.
EEG ist lautlos, um die Reaktionen auf auditive Reize zu studieren.
Im Vergleich zu fMRI und MRI gibt es keine physische Gefahr bei einer EEG-Maschine. fMRI und MRI sind leistungsstarke Magneten, die die Verwendung bei Patienten mit metallischen Implantaten wie Herzschrittmachern verhindern.
fMRI, PET, MRS und SPECT können Klaustrophobie verstärken, die die Testergebnisse verfälschen kann. EEG induziert keine Klaustrophobie, da die Probanden nicht in einem kleinen Raum eingeschlossen sind.
EEG-Verbraucherscans erlauben mehr Bewegung der Probanden während der Tests, im Gegensatz zu den meisten anderen Neuroimaging-Techniken.
EEG beinhaltet keine Exposition gegenüber Radioliganden, im Gegensatz zur Positronen-Emissions-Tomographie, oder zu hochintensiven (>1 Tesla) magnetischen Feldern.
EEG beinhaltet keine Exposition gegenüber hochintensiven (>1 Tesla) magnetischen Feldern.
Im Vergleich zu Verhaltenstests kann EEG verdeckte Verarbeitung (Verarbeitung, die keine Antwort erfordert) erkennen. Diese Technologie wird auch bei Probanden verwendet, die keine motorische Antwort erzeugen können.
EEG hat eine niedrige Einstiegshürde für Verbraucher, sodass es ein leistungsstarkes Werkzeug zur Verfolgung und Aufzeichnung von Gehirnaktivität während verschiedener Aktivitäten des täglichen Lebens ist, was eine nahezu unbegrenzte Anzahl von Anwendungen ermöglicht.
EEG-Schlafanalysen können signifikante Aspekte des Zeitpunkts der Gehirnentwicklung anzeigen, einschließlich der Bewertung der Gehirnreifung bei Jugendlichen.
Es gibt ein besseres Verständnis darüber, welches Signal mit EEG genau gemessen wird, im Vergleich zu den BOLD (Blood-oxygen-level-dependent)-Imaging, die im fMRI verwendet werden.
EEG-Spiele
EEG-Technologie wurde angepasst, um sowohl für medizinische als auch für Unterhaltungszwecke in der Spielwelt verwendet zu werden. Unternehmen nutzen EEG, um Interaktionen mit Videospielen in VR, AR und BCI zu ermöglichen. EEG-Maschinen erfassen das Signal und die Algorithmen in der Software interpretieren Ihre Gehirnwellen, um Ihren Avatar auf dem Bildschirm zu steuern.
EMOTIVs EPOC-Headset ist die erste hochpräzise Gehirn-Computer-Schnittstelle (BCI) , die bewusste und unbewusste Gedanken und Emotionen überwachen und interpretieren kann. Die BCI kann die komplexen Gehirnwellen von 30 verschiedenen Ausdrücken, Emotionen und Aktionen erkennen. Diese Erkennung erfolgt mithilfe von maschinellem Lernen. Maschinelles Lernen-Algorithmen wurden trainiert, um die Gehirnmuster zu erkennen, die auftreten, während der Teilnehmer die verschiedenen Ausdrücke, Emotionen und Aktionen verarbeitet.
Wenn die Algorithmen eine EEG-Gehirnwelle in ihrem Datensatz erfassen, kann die BCI das Muster mit einem physischen oder digitalen Befehl verknüpfen. Beispielsweise wird das Denken an ein Schlüsselwort wie „schieben!“ dazu führen, dass Ihr Avatar einen Gegenstand aus seinem Weg schiebt.
TechCrunch TV: Geistgesteuerte Geräte und mehr mit EEG
EEG-Anwendungsfälle
Es gibt viele moderne Anwendungen für die EEG-Messung. Einige bemerkenswerte EEG-Anwendungsfälle umfassen:
Neurowissenschaft
Programme zur Gehirnausbildung
Neuromarketing
Schlafstudien
Gehirn-Computer-Schnittstelle (BCI)
Kognitive Leistung
Selbstquantifizierung
Emotionale Zustände
Therapie für ADHS
Neurologische Störungen
Gehirnwellenentrainment
Kognitive Verhaltenstherapie
Neuroinformatik
Gehirnwellen-Spiele
AR & VR-Zusatz
Dysphagie und Demenz
Schlaganfallrehabilitation
Tests des Arbeitsgedächtnisses (N-back)
Hinweis: Dies ist nur eine allgemeine Information über EEG. EMOTIV-Produkte sind ausschließlich für Forschungsanwendungen und den persönlichen Gebrauch bestimmt. Unsere Produkte werden nicht als Medizinprodukte verkauft wie in der EU-Richtlinie 93/42/EEC definiert. Unsere Produkte sind nicht dafür entworfen oder bestimmt, um Diagnosen zu stellen oder Krankheiten zu behandeln.
***Haftungsausschluss - EMOTIV-Produkte sind ausschließlich für Forschungsanwendungen und den persönlichen Gebrauch bestimmt. Unsere Produkte werden nicht als Medizinprodukte verkauft wie in der EU-Richtlinie 93/42/EEC definiert. Unsere Produkte sind nicht dafür entworfen oder bestimmt, um Diagnosen zu stellen oder Krankheiten zu behandeln.
EEG-Definition
EEG steht für „Elektroenzephalographie“, ein elektrophysiologischer Prozess, um die elektrische Aktivität des Gehirns aufzuzeichnen. EEG misst Veränderungen in der elektrischen Aktivität, die vom Gehirn erzeugt werden. Spannungsschwankungen stammen von ionischen Strömen innerhalb und zwischen einigen Gehirnzellen, die Neuronen genannt werden.
Was ist ein EEG?
Ein EEG-Test bewertet die elektrische Aktivität des Gehirns. EEG-Scans werden durchgeführt, indem EEG-Sensoren – kleine Metallplatten, die auch EEG-Elektroden genannt werden – auf Ihrer Kopfhaut platziert werden. Diese Elektroden erfassen und zeichnen die elektrische Aktivität in Ihrem Gehirn auf. Die gesammelten EEG-Signale werden verstärkt, digitalisiert und dann zur Speicherung und Datenverarbeitung an einen Computer oder ein mobiles Gerät gesendet.
Die Analyse von EEG-Daten ist eine außergewöhnliche Methode, um kognitive Prozesse zu studieren. Sie kann Ärzten helfen, eine medizinische Diagnose zu stellen, Forschern zu verstehen, welche Gehirnprozesse dem menschlichen Verhalten zugrunde liegen, und Einzelpersonen dabei helfen, ihre Produktivität und ihr Wohlbefinden zu verbessern.
Wie funktioniert ein EEG?
Die Milliarden Zellen in Ihrem Gehirn erzeugen sehr kleine elektrische Signale, die nichtlineare Muster bilden, die als Gehirnwellen bezeichnet werden. Ein EEG-Gerät misst die elektrische Aktivität in der Großhirnrinde, der äußeren Schicht des Gehirns, während eines EEG-Tests. EEG-Sensoren werden auf dem Kopf eines Teilnehmers platziert, dann erfassen die Elektroden nicht-invasiv die Gehirnwellen des Subjekts.
EEG-Sensoren können bis zu mehrere Tausend Schnappschüsse der im Gehirn erzeugten elektrischen Aktivität innerhalb einer einzigen Sekunde aufzeichnen. Die aufgezeichneten Gehirnwellen werden an Verstärker gesendet und dann an einen Computer oder die Cloud, um die Daten zu verarbeiten. Die verstärkten Signale, die wellenförmigen Linien ähneln, können auf einem Computer, mobilen Gerät oder in einer Cloud-Datenbank aufgezeichnet werden.
Cloud-Computing-Software gilt als eine entscheidende Innovation in der EEG-Datenverarbeitung, da sie eine Echtzeitanalyse der Aufzeichnungen in großem Umfang ermöglicht – in den frühen Tagen der EEG-Messungen wurden die Wellen einfach auf einem Graphpapier aufgezeichnet. EEG-Systeme, sowohl in der akademischen als auch in der kommerziellen Forschung, zeigen die Daten typischerweise als Zeitreihe oder als kontinuierlichen Fluss von Spannungen an.
EEG-Wellen, die auf Graphpapier aufgezeichnet wurden
EEG-Wellen, die digital aufgezeichnet wurden
EEG-Wellen in moderner Gehirnvisualisierungssoftware
Um die elektrische Aktivität des Gehirns abzubilden, ist es besser, EEG-Messungen von Signalen aus vielen verschiedenen kortikalen Strukturen zu erhalten, die sich rund um die Oberfläche des Gehirns befinden.
EEG-Wellen in modernem Gehirnvisualisierung-Zeitgraph
Arten von Gehirnwellen, die EEG misst
Die Elektroden eines EEG-Geräts erfassen die elektrische Aktivität, die in verschiedenen EEG-Frequenzen ausgedrückt wird. Durch die Verwendung eines Algorithmus, der als Fast Fourier Transform (FFT) bezeichnet wird, können diese Roh-EEG-Signale als unterschiedliche Wellen mit verschiedenen Frequenzen identifiziert werden. Frequenz, die sich auf die Geschwindigkeit der elektrischen Oszillationen bezieht, wird in Zyklen pro Sekunde gemessen — ein Hertz (Hz) entspricht einem Zyklus pro Sekunde. Gehirnwellen werden nach Frequenz in vier Haupttypen kategorisiert: Beta, Alpha, Theta und Delta.
Die folgenden Absätze erörtern einige der Funktionen, die mit den vier Hauptgehirnfrequenzen assoziiert sind. Diese Funktionen wurden einfach als assoziiert mit unterschiedlichen Gehirnfrequenzen festgestellt – es gibt keine Eins-zu-eins-lineare Entsprechung zwischen einem Frequenzband und einer bestimmten Funktion des Gehirns.
Beta-Wellen (Frequenzbereich von 14 Hz bis etwa 30 Hz)
Beta-Wellen sind am engsten mit Bewusstsein oder einem wachen, aufmerksamen und alerta Zustand assoziiert. Niedrigamplitudige Beta-Wellen sind mit aktiver Konzentration oder mit einem beschäftigten oder ängstlichen Geisteszustand assoziiert. Beta-Wellen sind auch mit motorischen Entscheidungen (Suppression der Bewegung und sensorisches Feedback von Bewegung) verbunden. Wenn sie mit einem EEG-Gerät gemessen werden, werden die Signale oft als EEG-Beta-Wellen bezeichnet.
Alpha-Wellen (Frequenzbereich von 7 Hz bis 13 Hz)
Alpha-Wellen werden oft mit einem entspannten, ruhigen und klaren Geisteszustand assoziiert. Alpha-Wellen können in den okzipitalen und hinteren Bereichen des Gehirns gefunden werden. Alpha-Wellen können induziert werden, indem man die Augen schließt und sich entspannt, und sie sind selten während intensiver kognitiver Prozesse wie Denken, mentaler Berechnung und Problemlösung vorhanden. Bei den meisten Erwachsenen liegt der Frequenzbereich von Alpha-Wellen zwischen 9 und 11 Hz. Wenn sie mit einem EEG-Gerät gemessen werden, werden diese oft als EEG-Alpha-Wellen bezeichnet.
Theta-Wellen (Frequenzbereich von 4 Hz bis 7 Hz)
Gehirnaktivität innerhalb eines Frequenzbereichs, der zwischen 4 und 7 Hz liegt, wird als Theta-Aktivität bezeichnet. Das im EEG gemessene Theta-Rhythmus wird oft bei jungen Erwachsenen gefunden, insbesondere über den temporalen Regionen und während der Hyperventilation. Bei älteren Individuen wird Theta-Aktivität mit einer Amplitude von mehr als etwa 30 Millivolt (mV) seltener beobachtet, außer während der Schläfrigkeit. Wenn sie mit einem EEG-Gerät gemessen werden, werden diese oft als EEG-Theta-Wellen bezeichnet.
Delta-Wellen (Frequenzbereich bis 4 Hz)
Delta-Aktivität wird überwiegend bei Säuglingen gefunden. Delta-Wellen sind mit tiefen Schlafphasen bei älteren Probanden assoziiert. Delta-Wellen wurden interiktal (zwischen Anfällen) bei Patienten mit Absence-Anfällen dokumentiert, die kurze, plötzliche Aufmerksamkeitsausfälle beinhalten.
Delta-Wellen sind durch niederfrequente (etwa 3 Hz), hochamplitudige Wellen gekennzeichnet. Delta-Rhythmen können auch im Wachzustand vorhanden sein – sie reagieren auf das Öffnen der Augen und können auch durch Hyperventilation verstärkt werden. Wenn sie mit einem EEG-Gerät gemessen werden, werden diese oft als EEG-Delta-Wellen bezeichnet.
EEG-Wellen zur Verständnis der Funktionsweise des Gehirns nutzen
Was zeigt ein EEG?
Ihr Gehirn nimmt ständig Informationen auf und verarbeitet sie, selbst wenn Sie schlafen. All diese Aktivität erzeugt elektrische Signale, die die EEG-Sensoren erfassen. Dadurch können Veränderungen in der Gehirnaktivität erfasst werden, selbst wenn keine sichtbare Verhaltensreaktion erfolgt, wie eine Bewegung oder ein Gesichtsausdruck.
Ein EEG-Überwachungsgerät erfasst die elektrische Aktivität, die Ihr Gehirn erzeugt, jedoch keine Gedanken oder Gefühle. Es sendet keine elektrische Energie in Ihr Gehirn.
Die Erfassung der Aktivität in den Hauptkortizes des Gehirns ist entscheidend, um qualitativ hochwertige EEG-Daten zu erhalten. Die Ergebnisse können als Proxys dienen, um emotionale Zustände zu bewerten, die durch externe Reize beeinflusst werden.
Eine kurze Geschichte des EEG
Die Forschung zu den Phänomenen der elektrischen Aktivität im Gehirn wurde bereits 1875 an Tieren durchgeführt, als der Arzt Richard Caton seine Ergebnisse aus Experimenten an Kaninchen und Affen im British Medical Journal veröffentlichte.
1890 platzierte Adolf Beck Elektroden direkt auf der Oberfläche von Hund- und Kaninchengehirnen, um Tests auf sensorische Stimulation durchzuführen. Seine Beobachtung von schwankender elektrischer Gehirnaktivität führte zur Entdeckung der Gehirnwellen und machte EEG zu einem wissenschaftlichen Feld.
Der deutsche Physiologe und Psychiater Hans Berger wird die Aufzeichnung der ersten menschlichen EEG-Gehirnwellen im Jahr 1924 zugeschrieben. Berger erfand das Elektroenzephalogramm, ein Gerät, das EEG-Signale aufzeichnet. In seinem Buch „Die Ursprünge des EEG“ beschrieb der Autor David Millet die Erfindung als „eine der überraschendsten, bemerkenswertesten und bedeutendsten Entwicklungen in der Geschichte der klinischen Neurologie.“
Die erste menschliche EEG-Aufzeichnung wurde 1924 von Hans Berger erhalten. Das obere Signal ist EEG und das untere ist ein 10 Hz Zeitgeber-Signal.
Hans Berger, die erste Person, die EEG-Gehirnwellen bei Menschen aufgezeichnet hat.
Das Feld der klinischen Elektroenzephalographie begann 1935. Es entstand aus der Forschung des Neurowissenschaftlers Frederic Gibbs, Hallowell Davis und William Lennox über epileptiforme Spikes, interiktale Spike-Wellen und die drei Zyklen klinischer Absence-EEG-Anfälle. Gibbs und der Wissenschaftler Herbert Jasper kamen zu dem Schluss, dass interiktale Spikes ein charakteristisches Zeichen von Epilepsie sind. Das erste EEG-Labor wurde 1936 am Massachusetts General Hospital eröffnet.
1947 wurde die American EEG Society, die heute als The American Clinical Neurophysiology Society bekannt ist, gegründet und der erste Internationale EEG-Kongress fand statt.
In den 1950er Jahren entwickelte William Grey Walter die EEG-Topographie, eine Ergänzung zum EEG, die das Mapping der elektrischen Aktivität über die Oberfläche des Gehirns ermöglichte. Dies war in den 1980er Jahren beliebt, wurde jedoch nie in der universitären Neurologie übernommen.
Stevo Bozinovski, Liljana Bozinovska und Mihail Sestakov waren die ersten Wissenschaftler, die 1988 die Kontrolle eines physischen Objekts mittels eines EEG-Geräts erreichten. 2011 trat EEG in den Konsummarkt ein, als die Technologiemitgründer Tan Le und Dr. Geoff Mackellar die Firma EMOTIV gründeten.
EEG-Technologie wie Headsets und Kappen sind Komponenten von BCI (Brain-Computer Interface). BCI wird auch als HMI (Human Machine Interface), MMI (Mind Machine Interface), BMI (Brain Machine Interface) und DNI (Direct Neural Interface) bezeichnet – DNI kann Signale aus dem Gehirn und anderen Teilen des Nervensystems decodieren. BCI zielt darauf ab, die kognitive Leistung zu verfolgen und sowohl virtuelle als auch physische Objekte durch maschinelles Lernen von trainierten mentalen Befehlen zu steuern.
2017 wurde der querschnittgelähmte Rennfahrer Rodrigo Hübner Mendes die erste Person, die ein Formel-1-Auto ausschließlich mit seinen Gehirnwellen steuerte, dank eines EMOTIV EEG-Headsets.
Wofür wird EEG verwendet?
Leistung und Wellness
Sportler, Biohacker und alle interessierten Verbraucher können EEG verwenden, um ihre Gehirnaktivität so zu „verfolgen“, wie sie es möglicherweise mit der Anzahl der Schritte tun, die sie an einem Tag zurücklegen. EEG kann kognitive Funktionen messen – wie Aufmerksamkeit und Ablenkung, Stress und kognitive Belastung (die gesamte Kapazität des Gehirns für geistige Aktivität, die bei jedem Moment auf das Arbeitsgedächtnis auferlegt wird). Diese Ergebnisse können wertvolle Einblicke darüber geben, wie das Gehirn auf Ereignisse im täglichen Leben reagiert. EEG-Daten bieten Feedback, das verwendet werden kann, um wissenschaftlich fundierte Strategien zur Stressreduzierung, zur Verbesserung der Konzentration oder zur Verbesserung der Meditation zu entwickeln.
Verbraucherforschung
EEG-Daten können ein leistungsstarkes Suchwerkzeug für Verbraucheranalysen sein. Die Hirnreaktionen bieten beispielloses Feedback der Verbraucher — denn EEG wird verwendet, um die Lücke zwischen dem, was Verbraucher wirklich beachten, und dem, was sie selbstberichtend mögen oder bemerken, zu messen. Die Kombination von EEG mit anderen biometrischen Sensoren wie Augenverfolgung, Gesichtsausdrucksanalyse und Herzfrequenzmessungen kann ein vollständiges Verständnis des Kundenverhaltens für die Unternehmen bieten. Die Verwendung von Neuro-Technologien wie EEG zur Untersuchung von Verbraucherreaktionen wird als Neuromarketing bezeichnet.
Gesundheitswesen
Da EEG-Tests die Gehirnaktivität während eines kontrollierten Verfahrens anzeigen, können die Ergebnisse Informationen enthalten, die zur Diagnose verschiedener Gehirnerkrankungen verwendet werden. Abnormale EEG-Daten werden durch unregelmäßige Gehirnwellen angezeigt. Abnormale EEG-Daten können Anzeichen für Gehirndysfunktionen, Kopftraumata, Schlafstörungen, Gedächtnisprobleme, Gehirntumoren, Schlaganfälle, Demenz, Anfallserkrankungen wie Epilepsie und verschiedene andere Zustände anzeigen. Abhängig von der beabsichtigten Diagnose kombinieren Ärzte manchmal EEG mit kognitiven Tests, Gehirnaktivitätsüberwachung und Neuroimaging-Techniken
Krampfdianose
EEG-Tests werden oft Patienten empfohlen, die an krampfanfallaktiven Aktivitäten leiden. In diesen Fällen kann der Arzt ein ambulantes EEG durchführen. Ein ambulantes EEG zeichnet bis zu 72 Stunden kontinuierlich auf, während traditionelle EEGs 1-2 Stunden dauern. Der Patient darf sich in seinem eigenen Zuhause bewegen und trägt ein EEG-Headset. Die Verlängerung der Aufzeichnung erhöht die Wahrscheinlichkeit, abnormale Gehirnaktivitäten aufzunehmen. Aus diesem Grund werden ambulante EEGs oft zur Diagnose von Epilepsie (EEG-Epilepsie), Anfallserkrankungen oder Schlafstörungen verwendet.
Schlafstudie für Schlafstörungen
Ein EEG-Schlafstudie oder „Polysomnographie“-Test misst die Körperaktivität zusätzlich zu einer Gehirnscan. Ein EEG-Technologe überwacht Herzfrequenz, Atmung und Sauerstoffniveaus in Ihrem Blut während eines Übernachtverfahrens. Polysomnographie wird hauptsächlich in der medizinischen Forschung und als diagnostischer Test für Schlafstörungen verwendet.
Quantitative Neurowissenschaft
Da EEG die elektrische Aktivität in der äußeren Schicht des Gehirns (der Großhirnrinde) misst, kann es Gehirnwellen von Ihrer Kopfhaut erfassen. Durch die Kombination von EEG-Gehirntests mit Daten aus anderen Gehirnüberwachungstechniken können Forscher neue Erkenntnisse über die komplexen Interaktionen gewinnen, die in unseren Gehirnen – sowie in unseren Körpern – stattfinden.
Genau das zielt quantitative Elektroenzephalographie (qEEG) an. Quantitative EEG zeichnet Ihre Gehirnwellen genau so auf wie ein traditionelles EEG. Mithilfe von maschinellem Lernen vergleicht qEEG Ihre Gehirnwellen mit den Gehirnwellen von Personen im gleichen Geschlecht und Altersbereich, jedoch für Personen, die keine Gehirndysfunktionen aufweisen. Der qEEG-Prozess erstellt eine „Karte“ Ihres Gehirns durch den quantitativen Vergleich. Dieser Prozess ist in der Unterdisziplin der Neurowissenschaften, die als computational neuroscience bezeichnet wird, üblich.
Die Platzierung der EEG-Elektroden ist ein kritischer Teil eines erfolgreichen qEEG. Traditionelle EEG-Leitungen folgen dem 10-20-System, einem international anerkannten Standard für die Anbringung der Elektroden, die an Ihrer Kopfhaut befestigt werden. „10-20“ bezieht sich auf den Abstand zwischen EEG-Leitungen, der 10 % oder 20 % der gesamten Entfernung des Schädels beträgt.
Die Anzahl der Elektroden auf einem Gerät kann variieren – einige EEG-Aufzeichnungssysteme können bis zu 256 Elektroden haben. Aufzeichnungen von qEEG verwenden eine 19-Sensor-Kappe, um Daten aus allen 19 Bereichen Ihrer Kopfhaut zu sammeln. Da EEG-Leitungen Signale von der Stelle, an der sie platziert sind, verstärken, identifizieren die durch qEEG gewonnenen Gehirnmappings auf der Ebene des Gehirns die Ursache der beobachteten Dysfunktion auf verhaltens- und/oder kognitiver Ebene.
Akademische Forschung
Abnormale EEG-Ergebnisse sind nicht die einzigen wertvollen Informationen, die aus einem EEG-Testresultat abgeleitet werden. Viele Forscher verwenden normales EEG in ihrer Forschung, einschließlich einer bahnbrechenden Studie von 1957 zur Gehirnaktivität während des REM-Schlafs.
Wie im Abschnitt über die Arten von Gehirnwellen, die das EEG misst, eingeführt, offenbaren die Studien von EEG-Aufzeichnungen eine Reihe von Frequenzen, die in Gehirnsignalen enthalten sind. Diese Frequenzen spiegeln unterschiedliche Aufmerksamkeits- und kognitive Zustände wider. Beispielsweise haben Forscher Gamma-Band-Aktivitäten überwacht (die häufig mit bewusster Aufmerksamkeit assoziiert wird), während sie die neurologischen Reaktionen während der Meditation (EEG-Meditation) untersuchten.
Gamma-Band-Aktivität wird mit maximaler geistiger oder körperlicher Leistung assoziiert. Experimente, bei denen ein Proband, der ein EEG-Gerät trägt, tiefe Meditation praktiziert, führten zu Theorien, dass Gamma-Wellen mit bewussten Erfahrungen oder transzendentalen geistigen Zuständen assoziiert sind. Es besteht jedoch kein Konsens unter akademischen Forschern darüber, welche kognitiven Funktionen mit Gamma-Band-Aktivität assoziiert sind.
Forscher benötigen eine Möglichkeit, all die Fülle von Gehirndaten, die sie sammeln, zu verarbeiten und zu handhaben – und häufig auch mit verschiedenen Institutionen zu teilen. „Neuroinformatik“ ist das Forschungsfeld, das computational tools und mathematische Modelle für Neuro-Wissenschaftsdaten bereitstellt. Neuroinformatik zielt darauf ab, Technologien zu schaffen, die Datenbanken organisieren, Daten teilen und Daten modellieren. Es betrifft eine Vielzahl von Daten, da „Neuroscience“ allgemein als die wissenschaftliche Studie des Nervensystems definiert wird. Eine der Unterdisziplinen der Neurowissenschaften umfasst die kognitive Psychologie, die neuroimaging-methoden wie EEG verwendet, um zu analysieren, welche Teile des Gehirns und Nervensystems welchen kognitiven Prozessen zugrunde liegen.
Marktforschung: Verwendung von EEG-Headsets, um emotionale und kognitive Zustände zu verstehen
EEG-Testprozess
Vorbereitung auf ein EEG-Verfahren
Die folgenden Abschnitte zu EEG-Überwachung, Interpretation und Ergebnissen enthalten Informationen für Publikum, das EEG-Tests in einer Gesundheitsversorgungsausstellung durchläuft. Der beste Weg, sich auf einen Test vorzubereiten, ist immer, die Testanleiter nach spezifischen Vorbereitungshinweisen zu fragen. Die Anweisungen zur Vorbereitung können je nach Anwendungsfall variieren – beispielsweise erfordern EEG-Aufzeichnungen für Verbraucherforschung, akademische Forschung oder für Leistung und Wohlbefinden, dass die Probanden aktiv sind, anstatt im Liegen zu sein.
Unternehmen wie EMOTIV haben bahnbrechende Fortschritte in der EEG-Technologie gemacht, die es sind, Tests schneller durchzuführen, zu verarbeiten und zu interpretieren, sowie sie bequemer zu machen. EMOTIVs mobile und drahtlose EEG-Headsets können in weniger als fünf Minuten eingerichtet werden, und sie ermöglichen es dem Teilnehmer, sich frei zu bewegen, anstatt ihn in eine Testeinrichtung zu beschränken.
Vor einem EEG-Test informieren Sie den Fachmann, der den Test durchführt – egal, ob es ein Arzt, Arbeitgeber oder Forscher ist – über alle regelmäßigen Medikamente, die Sie einnehmen. Es wird empfohlen, dass Sie Ihr Haar in der Nacht vor dem Verfahren waschen und es frei von Produkten lassen. Vermeiden Sie es, mindestens 8 Stunden vor dem Test Koffein zu trinken oder zu essen. Wenn Sie während des EEG-Verfahrens schlafen müssen, erhalten Sie möglicherweise von Ihnen den Hinweis, Ihren Schlaf in der Nacht zuvor zu begrenzen, um sicherzustellen, dass Ihr Gehirn während des Tests richtig entspannen kann.
EEG-Überwachung
Sie werden während eines EEG-Verfahrens keine Schmerzen oder Unannehmlichkeiten fühlen. Bei einem klinischen EEG-Verfahren liegen Sie auf einem Bett oder einem Liegestuhl und werden angewiesen, die Augen zu schließen. Ein EEG-Techniker misst Ihren Kopf und markiert, wo die Elektroden angebracht werden sollen.
Wenn der Test beginnt, registrieren die Elektroden Ihre Gehirnwellen und senden die Aktivität an eine Aufzeichnungsmaschine. Das EEG-Gerät wandelt die Daten dann in ein Wellenmuster zur Interpretation um. Nachdem die Aufnahme abgeschlossen ist, entfernt der Techniker die Elektroden von Ihrer Kopfhaut.
Routine-EEG-Tests in wissenschaftlichen oder klinischen Einstellungen dauern 30-60 Minuten, einschließlich etwa 20 Minuten Vorbereitungszeit. EEG-Tests, die für Verbraucher, individuelle Leistung und Arbeitsplatzforschung durchgeführt werden, können kürzer oder länger dauern, je nach den Testzwecken. EMOTIVs drahtlose EEG-Headsets unterstützen eine schnellere Einrichtung für diese Anwendungsfälle (weniger als fünf Minuten).
Es ist keine Erholungszeit erforderlich nach dem Verfahren. Wenn Sie ein Medikament eingenommen haben, das Schläfrigkeit verursacht hat, um während des Tests zu schlafen, kann der Testleiter empfehlen, bis zur Abklingen der Wirkungen am Standort zu warten oder dass jemand Sie nach Hause bringt.
Die Nebenwirkungen von EEG-Tests sind selten. Die Elektroden erzeugen keine Empfindungen; sie zeichnen nur die Gehirnaktivität auf. Personen mit Epilepsie können von Reizen wie flackernden Lichtern während des Verfahrens einen Anfall erleiden. Ein Anfall während eines EEG-Tests ist nichts, wovor man sich fürchten muss – er kann Ärzten tatsächlich helfen, die Art der Epilepsie zu diagnostizieren und die Behandlung entsprechend anzupassen.
EEG-Interpretation und Ergebnisse des Verfahrens
Wenn Ihnen aus klinischen Gründen ein EEG-Test empfohlen wurde, werden Ihre Testergebnisse von einem Arzt interpretiert, der auf das Nervensystem spezialisiert ist. Der Neurologe untersucht die Aufzeichnung auf normale und abnormale Gehirnmuster. Gehirnwellenmuster sind sehr erkennbar an den Eigenschaften ihrer Wellenformen. Beispielsweise zeigt ein Burst-Suppressionsmuster, das oft bei Patienten mit inaktiven Gehirnbereichen wie Koma oder Allgemeinanästhesie beobachtet wird, kurze Spitzen (der Burst), die sich mit Perioden der Flachheit (der Suppression) abwechseln.
Verschiedene Arten von Epilepsie werden durch unterschiedliche EEG-Muster charakterisiert. Ein Spike-Wellen-Muster — ein generalisiertes, symmetrisches EEG-Muster — wird oft während eines Absence-Anfalls beobachtet, bei dem eine Person einen kurzen Verlust des Bewusstseins erlebt. Ein partieller fokaler Anfall, bei dem die Anfallaktivität nur einen Bereich des Gehirns betrifft, ist durch ein niedriges, schnelles Rhythmusmuster gekennzeichnet, das im EEG-Datenkanal erscheint, der mit diesem Bereich verbunden ist.
Der Neurologe sendet dann die EEG-Messung zurück an den Arzt, der den Test angeordnet hat. Ihr Arzt kann einen Termin vereinbaren, um die EEG-Bilder zu überprüfen und die Ergebnisse mit Ihnen zu besprechen. Je nach Ihrer Erkrankung können Sie möglicherweise einen Dienst namens EEG-Neurofeedback oder Biofeedback als Follow-up empfohlen bekommen. Beispielsweise könnten Personen, die daran interessiert sind, die mit Fokus verbundenen Gehirnwellenmuster zu stärken, an neurofeedback Therapie für ADHS teilnehmen.
Biofeedbacktherapie hilft Probanden, unwillkürliche Körperprozesse zu kontrollieren. Ein Proband, der beispielsweise hohen Blutdruck hat, kann seine körperlichen Messungen auf einem Monitor sehen, der Daten von den auf seiner Haut befestigten Elektroden erhält. Die Überwachung dieser Aktivität hilft, Entspannungs- und mentale Übungen zu lernen, die Symptome lindern können.
Ähnlich nutzt Neurofeedback EEG, um das Gehirn besser funktionieren zu lassen. Während dieses Trainings ist der Patient an ein EEG-Gerät angeschlossen und sieht seine Gehirnaktivität in Aktion. Das ähnelt oft einer Art Videospiel, bei dem der Patient das Spiel mit seinem Gehirn „spielt“, um seine Gehirnaktivität zu steuern. Der Patient versucht, die Gehirnfrequenzen, die mit Gehirndysfunktionen verbunden sind, zu verbessern, genau wie ein Athlet an einem schwachen Muskel arbeitet. EEG-Neurofeedback wird oft für Erkrankungen wie Epilepsie, bipolare Störungen, ADHS und Autismus empfohlen. Obwohl es bei diesen Störungen helfen kann, kann es sie nicht heilen.
Verschiedene Arten von EEG-Geräten
EEG-Maschinen kommen in Form von einigen verschiedenen tragbaren EEG-Geräten. Auf der höchsten Ebene besteht der Unterschied zwischen klinischen EEG-Geräten (die in einem gesundheitlichen und wissenschaftlichen Forschungsumfeld verwendet werden) und Verbraucher-EEG-Geräten (die in der Verbraucherforschung, akademischen Forschung und für Leistung und Wellness verwendet werden). Mit klinischen Geräten können die Teilnehmer sich nicht bewegen, während sie das Gerät tragen, und die Daten müssen in einer kontrollierten und geschützten Umgebung gesammelt werden, um eine Verzerrung des Signals zu vermeiden. Verbraucher-EEG-Geräte wie EMOTIVs drahtlose Headsets ermöglichen es Benutzern, ihre Gehirnaktivität überall zu überwachen.
Die Variation zwischen verschiedenen Arten tragbarer EEG-Geräte ist erforderlich, um die Anforderungen der Fachleute, die EEG-Systeme verwenden, und die Umgebung, in der die Daten gesammelt werden, zu unterstützen. Beispielsweise benötigen Neurologen und Neurowissenschaftler oft eine höhere Dichte von Sensoren, um ihre Datenanalyse durchzuführen, als es ein Verbraucherforscher vielleicht benötigt. Neben der Platzierung der EEG-Elektroden gibt es einige andere bemerkenswerte Variationen zwischen EEG-Systemen zu berücksichtigen.
EEG-Kappen VS. EEG-Headsets
Was ist der Unterschied zwischen einer EEG-Kappe und einem EEG-Headset? Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden gebräuchlichsten Arten tragbarer EEG-Geräte liegt in der Anzahl der Elektroden. Headsets weisen normalerweise zwischen 5 und 20 Elektroden auf. Kappen können mehr Sensoren unterstützen, da sie eine größere Oberfläche für die Elektrodenplatzierung haben. EEG-Kappen, wie das EMOTIV EPOC FLEX bieten bewegliche Sensoren für flexible Positionierung. Die Sensoranordnung in den EMOTIV INSIGHT und EPOC X Headsets ist festgelegt.
EPOC Flex
Gel- oder Salzsensoren
EPOC+ und EPOC X
Salzsensoren
Nasse VS. Trockene EEG-Elektroden
EEG-Geräte verwenden hauptsächlich entweder nasse oder trockene Elektroden. Es gibt eine neu entwickelte Form von Elektroden namens „Tattoo-Elektroden“, die wie ein temporäres Tattoo aufgedruckt werden. Nasse Elektroden ermöglichen eine bessere Datenakuratheit, da sie ein Haftgel verwenden, um besseren Kontakt mit der Kopfhaut zu gewährleisten. Nasse Elektroden werden überwiegend in klinischen und Forschungsumgebungen verwendet. Trockene Elektroden benötigen kein Haftgel. EEG-Geräte mit trockenen Elektroden werden häufig in EEG-Verbraucherforschung verwendet, da sie schnellere Einrichtungszeiten ermöglichen. Forscher vergleichen ständig die Vor- und Nachteile von nassen und trockenen EEG-Elektroden.
Verdrahtete VS. Drahtlose EEG-Geräte
In der frühen Zeit von EEG mussten Patienten in einer klinischen Umgebung an das EEG-Gerät angeschlossen werden. Jetzt sind drahtlose EEG-Tests möglich, da EEG-Signale digitalisiert und an die Aufzeichnungsmaschine wie ein Smartphone, ein Computer oder die Cloud gesendet werden können. Tests können in einer Vielzahl von Umgebungen mit tragbaren EEGs durchgeführt werden. Sie können ein Experiment durchführen, bei dem die Probanden tragbare EEG-Headsets tragen und durch einen Park gehen, wobei die Bewegung des Probanden nur durch den Datenübertragungsbereich eingeschränkt wird. Wenn Sie die Testumgebung steuern müssen, um Reize wie flackernde Lichter zu verwalten, können Sie sich für eine klinische Umgebung entscheiden – in diesem Fall gibt es keine Einschränkungen bei der Verwendung einer drahtgebundenen EEG-Maschine.
Drahtgebundene EEG-Headsets
Kabelverbindung
Drahtloses Emotiv EEG-Headset
Bluetooth-Drahtlos-Technologie
EEG-Messung vs. andere Gehirnmessverfahren
Der Vorteil der EEG-Messung ist, dass sie die am wenigsten invasive Messung der Gehirnaktivität darstellt, die uns zur Verfügung steht, und eine Vielzahl von quantitativen Informationen während relevanter kognitiver Prozesse liefert. Andere Methoden zur Untersuchung der Gehirnfunktion umfassen:
Funktions-Magnetresonanz-Tomographie (fMRI)
Magnetenzephalographie (MEG)
Nukleare Magnetresonanz-Spektroskopie (NMR oder MRS)
Elektrokortikographie
Einphotonen-Emissions-Computertomographie (SPECT)
Positronen-Emissions-Tomographie (PET)
Nahinfrarotspektroskopie (NIRS)
Ereignisbezogene optische Signalübertragung (EROS)
Vorteile von EEG
Trotz der relativ geringen räumlichen Sensitivität von EEG bietet es eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber einigen der zuvor aufgeführten Bildgebungsverfahren und Techniken der Gehirnforschung:
EEG hat eine sehr hohe zeitliche Auflösung im Vergleich zu fMRI. Es kann die schnellen Reaktionen des Gehirns erfassen, die in Millisekunden ablaufen, sodass es genau synchronisieren kann, was im Gehirn und in der Umgebung geschieht. EEG wird in klinischen und Forschungsumgebungen mit Abtastraten zwischen 250 und 2000 Hz aufgezeichnet. Modernere EEG-Datenerfassungssysteme können bei Bedarf sogar mit Abtastraten von über 20.000 Hz aufzeichnen.
Deutlich geringere Hardwarekosten und Gesamtkosten des Eigentums.
EEG-Daten werden nicht-invasiv erfasst, im Gegensatz zur Elektrokortikographie, bei der eine Neurochirurgie erforderlich ist, um Elektroden direkt auf der Oberfläche des Gehirns zu platzieren.
Mobile EEG-Sensoren können an mehr Orten verwendet werden als fMRI, SPECT, PET, MRS oder MEG, da diese Techniken schwer, teuer und unbeweglich sind.
EEG ist lautlos, um die Reaktionen auf auditive Reize zu studieren.
Im Vergleich zu fMRI und MRI gibt es keine physische Gefahr bei einer EEG-Maschine. fMRI und MRI sind leistungsstarke Magneten, die die Verwendung bei Patienten mit metallischen Implantaten wie Herzschrittmachern verhindern.
fMRI, PET, MRS und SPECT können Klaustrophobie verstärken, die die Testergebnisse verfälschen kann. EEG induziert keine Klaustrophobie, da die Probanden nicht in einem kleinen Raum eingeschlossen sind.
EEG-Verbraucherscans erlauben mehr Bewegung der Probanden während der Tests, im Gegensatz zu den meisten anderen Neuroimaging-Techniken.
EEG beinhaltet keine Exposition gegenüber Radioliganden, im Gegensatz zur Positronen-Emissions-Tomographie, oder zu hochintensiven (>1 Tesla) magnetischen Feldern.
EEG beinhaltet keine Exposition gegenüber hochintensiven (>1 Tesla) magnetischen Feldern.
Im Vergleich zu Verhaltenstests kann EEG verdeckte Verarbeitung (Verarbeitung, die keine Antwort erfordert) erkennen. Diese Technologie wird auch bei Probanden verwendet, die keine motorische Antwort erzeugen können.
EEG hat eine niedrige Einstiegshürde für Verbraucher, sodass es ein leistungsstarkes Werkzeug zur Verfolgung und Aufzeichnung von Gehirnaktivität während verschiedener Aktivitäten des täglichen Lebens ist, was eine nahezu unbegrenzte Anzahl von Anwendungen ermöglicht.
EEG-Schlafanalysen können signifikante Aspekte des Zeitpunkts der Gehirnentwicklung anzeigen, einschließlich der Bewertung der Gehirnreifung bei Jugendlichen.
Es gibt ein besseres Verständnis darüber, welches Signal mit EEG genau gemessen wird, im Vergleich zu den BOLD (Blood-oxygen-level-dependent)-Imaging, die im fMRI verwendet werden.
EEG-Spiele
EEG-Technologie wurde angepasst, um sowohl für medizinische als auch für Unterhaltungszwecke in der Spielwelt verwendet zu werden. Unternehmen nutzen EEG, um Interaktionen mit Videospielen in VR, AR und BCI zu ermöglichen. EEG-Maschinen erfassen das Signal und die Algorithmen in der Software interpretieren Ihre Gehirnwellen, um Ihren Avatar auf dem Bildschirm zu steuern.
EMOTIVs EPOC-Headset ist die erste hochpräzise Gehirn-Computer-Schnittstelle (BCI) , die bewusste und unbewusste Gedanken und Emotionen überwachen und interpretieren kann. Die BCI kann die komplexen Gehirnwellen von 30 verschiedenen Ausdrücken, Emotionen und Aktionen erkennen. Diese Erkennung erfolgt mithilfe von maschinellem Lernen. Maschinelles Lernen-Algorithmen wurden trainiert, um die Gehirnmuster zu erkennen, die auftreten, während der Teilnehmer die verschiedenen Ausdrücke, Emotionen und Aktionen verarbeitet.
Wenn die Algorithmen eine EEG-Gehirnwelle in ihrem Datensatz erfassen, kann die BCI das Muster mit einem physischen oder digitalen Befehl verknüpfen. Beispielsweise wird das Denken an ein Schlüsselwort wie „schieben!“ dazu führen, dass Ihr Avatar einen Gegenstand aus seinem Weg schiebt.
TechCrunch TV: Geistgesteuerte Geräte und mehr mit EEG
EEG-Anwendungsfälle
Es gibt viele moderne Anwendungen für die EEG-Messung. Einige bemerkenswerte EEG-Anwendungsfälle umfassen:
Neurowissenschaft
Programme zur Gehirnausbildung
Neuromarketing
Schlafstudien
Gehirn-Computer-Schnittstelle (BCI)
Kognitive Leistung
Selbstquantifizierung
Emotionale Zustände
Therapie für ADHS
Neurologische Störungen
Gehirnwellenentrainment
Kognitive Verhaltenstherapie
Neuroinformatik
Gehirnwellen-Spiele
AR & VR-Zusatz
Dysphagie und Demenz
Schlaganfallrehabilitation
Tests des Arbeitsgedächtnisses (N-back)
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