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EEG-Definition

EEG steht für „Elektroenzephalografie“, ein elektrophysiologisches Verfahren zur Aufzeichnung der elektrischen Aktivität des Gehirns. Das EEG misst Veränderungen der vom Gehirn erzeugten elektrischen Aktivität. Spannungsänderungen entstehen durch Ionenströme innerhalb und zwischen bestimmten Gehirnzellen, den sogenannten Neuronen.

Was ist ein EEG?

Eine EEG-Untersuchung bewertet die elektrische Aktivität des Gehirns. EEG-Scans werden durchgeführt, indem EEG-Sensoren – kleine Metallscheiben, auch EEG-Elektroden genannt – 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 hervorragende Methode zur Untersuchung kognitiver Prozesse. Sie kann Ärzten helfen, eine medizinische Diagnose zu stellen, Forschern helfen, die Gehirnprozesse zu verstehen, die dem menschlichen Verhalten zugrunde liegen, und Einzelpersonen helfen, ihre Produktivität und ihr Wohlbefinden zu verbessern.

Wie funktioniert ein EEG?

Die Milliarden von Zellen in Ihrem Gehirn erzeugen sehr kleine elektrische Signale, die nichtlineare Muster bilden, die als Gehirnwellen bezeichnet werden. Ein EEG-Gerät misst während einer EEG-Untersuchung die elektrische Aktivität in der Großhirnrinde, der äußeren Schicht des Gehirns. EEG-Sensoren werden auf dem Kopf eines Teilnehmers platziert, und die Elektroden erfassen dann nicht-invasiv die Gehirnwellen der Testperson.

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 und dann an einen Computer oder die Cloud gesendet, um die Daten zu verarbeiten. Die verstärkten Signale, die wellenförmigen Linien ähneln, können auf einem Computer, einem mobilen Gerät oder in einer Cloud-Datenbank aufgezeichnet werden.

Cloud-Computing-Software gilt als entscheidende Innovation bei der EEG-Datenverarbeitung, da sie eine Echtzeitanalyse von Aufzeichnungen in großem Maßstab ermöglicht – in den Anfängen der EEG-Messung wurden Wellen einfach auf Millimeterpapier aufgezeichnet. In der akademischen und kommerziellen Forschung stellen EEG-Systeme die Daten typischerweise als Zeitreihe oder als kontinuierlichen Spannungsverlauf dar.

Auf Millimeterpapier aufgezeichnete EEG-Wellen

Digital aufgezeichnete EEG-Wellen

EEG-Wellen in moderner Gehirn-Visualisierungssoftware

Um die elektrische Aktivität des Gehirns abzubilden, ist es besser, EEG-Messungen von Signalen über viele verschiedene kortikale Strukturen zu erhalten, die über die gesamte Oberfläche des Gehirns verteilt sind.

EEG-Wellen in der Zeitreihengrafik moderner Gehirn-Visualisierungssoftware

Arten von Gehirnwellen, die das EEG misst

Die Elektroden eines EEG-Geräts erfassen elektrische Aktivität, die sich in verschiedenen EEG-Frequenzen ausdrückt. Mithilfe eines Algorithmus namens Schnelle Fourier-Transformation (FFT) können diese rohen EEG-Signale als unterschiedliche Wellen mit verschiedenen Frequenzen identifiziert werden. Die Frequenz, die sich auf die Geschwindigkeit der elektrischen Schwingungen bezieht, wird in Zyklen pro Sekunde gemessen – ein Hertz (Hz) entspricht einem Zyklus pro Sekunde. Gehirnwellen werden nach ihrer Frequenz in vier Haupttypen eingeteilt: Beta, Alpha, Theta und Delta.

In den folgenden Absätzen werden einige der Funktionen besprochen, die mit den vier Hauptgehirnfrequenzen verbunden sind. Es wurde lediglich festgestellt, dass diese Funktionen mit verschiedenen Gehirnfrequenzen zusammenhängen – es gibt keine eindeutige lineare Entsprechung zwischen einem Frequenzband und einer bestimmten Funktion des Gehirns.

Betawellen (Frequenzbereich von 14 Hz bis ca. 30 Hz)

Betawellen stehen am engsten mit dem Bewusstsein oder einem wachen, aufmerksamen und alarmierten Zustand in Verbindung. Betawellen mit geringer Amplitude werden mit aktiver Konzentration oder einem unruhigen oder ängstlichen Geisteszustand in Verbindung gebracht. Betawellen hängen auch mit motorischen Entscheidungen zusammen (Unterdrückung von Bewegungen und sensorisches Feedback von Bewegungen). Bei Messung mit einem EEG-Gerät werden die Signale oft als EEG-Betawellen bezeichnet.

Alphawellen (Frequenzbereich von 7 Hz bis 13 Hz)

Alphawellen werden oft mit einem entspannten, ruhigen und klaren Geisteszustand in Verbindung gebracht. Alphawellen finden sich in den okzipitalen und posterioren Regionen des Gehirns. Alphawellen können durch Schließen der Augen und Entspannen induziert werden und sind bei intensiven kognitiven Prozessen wie Denken, Kopfrechnen und Problemlösen selten vorhanden. Bei den meisten Erwachsenen liegen die Alphawellen im Frequenzbereich von 9 bis 11 Hz. Bei Messung mit einem EEG-Gerät werden diese oft als EEG-Alphawellen bezeichnet.

Thetawellen (Frequenzbereich von 4 Hz bis 7 Hz)

Die Gehirnaktivität in einem Frequenzbereich zwischen 4 und 7 Hz wird als Theta-Aktivität bezeichnet. Ein bei der EEG-Messung festgestellter Theta-Rhythmus findet sich häufig bei jungen Erwachsenen, insbesondere über den Schläfenregionen und während einer Hyperventilation. Bei älteren Menschen ist eine Theta-Aktivität mit einer Amplitude von mehr als etwa 30 Millivolt (mV) weniger häufig zu sehen, außer bei Schläfrigkeit. Bei Messung mit einem EEG-Gerät werden diese oft als EEG-Thetawellen bezeichnet.

Deltawellen (Frequenzbereich bis zu 4 Hz)

Eine Delta-Aktivität findet sich vorwiegend bei Säuglingen. Deltawellen werden bei älteren Personen mit tiefen Schlafphasen in Verbindung gebracht. Deltawellen wurden interiktual (zwischen Anfällen) bei Patienten mit Absencen dokumentiert, die mit kurzen, plötzlichen Aufmerksamkeitsausfällen einhergehen.

Deltawellen zeichnen sich durch niederfrequente (ca. 3 Hz) Wellen mit hoher Amplitude aus. Delta-Rhythmen können im Wachzustand vorhanden sein – sie reagieren auf das Öffnen der Augen und können auch durch Hyperventilation verstärkt werden. Bei Messung mit einem EEG-Gerät werden diese oft als EEG-Deltawellen bezeichnet.

EEG-Wellen nutzen, um zu verstehen, wie das Gehirn funktioniert

Was zeigt ein EEG?

Ihr Gehirn nimmt ständig Informationen auf und verarbeitet sie, selbst wenn Sie schlafen. All diese Aktivitäten erzeugen elektrische Signale, die von EEG-Sensoren erfasst werden. Dadurch können Veränderungen der Gehirnaktivität erfasst werden, selbst wenn keine sichtbare Verhaltensreaktion wie eine Bewegung oder ein Gesichtsausdruck vorliegt.

Ein EEG überwacht Veränderungen der Elektrizität, die Ihr Gehirn erzeugt, nicht jedoch Gedanken oder Gefühle. Es leitet keinen Strom in Ihr Gehirn.

Die Erfassung der Aktivität in den wichtigsten kortikalen Bereichen des Gehirns ist entscheidend für den Erhalt qualitativ hochwertiger EEG-Daten. Die Ergebnisse können als Indikator dienen, um durch externe Reize beeinflusste emotionale Zustände zu bewerten.

Eine kurze Geschichte des EEG

Die Erforschung des Phänomens 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.

Im Jahr 1890 platzierte Adolf Beck Elektroden direkt auf der Oberfläche des Gehirns eines Hundes und eines Kaninchens, um sie auf sensorische Stimulation zu testen. Seine Beobachtung fluktuierender elektrischer Gehirnaktivität führte zur Entdeckung von Gehirnwellen und machte das EEG zu einem wissenschaftlichen Fachgebiet.

Dem deutschen Physiologen und Psychiater Hans Berger wird die erste Aufzeichnung menschlicher EEG-Gehirnwellen im Jahr 1924 zugeschrieben. Berger erfand das Elektroenzephalogramm, ein Gerät zur Aufzeichnung von EEG-Signalen. In seinem Buch „The Origins of EEG“ beschrieb der Autor David Millet die Erfindung als „eine der überraschendsten, bemerkenswertesten und folgenreichsten Entwicklungen in der Geschichte der klinischen Neurologie“.

Die erste menschliche EEG-Aufzeichnung wurde 1924 von Hans Berger durchgeführt. Das obere Signal ist das EEG und das untere ist ein 10-Hz-Zeitsignal.

Hans Berger, der erste Mensch, der EEG-Gehirnwellen bei Menschen aufzeichnete.

Das Gebiet der klinischen Elektroenzephalografie begann im Jahr 1935. Es ging aus den Forschungen der Neurowissenschaftler Frederic Gibbs, Hallowell Davis und William Lennox im Zusammenhang mit epileptiformen Spikes, interiktalen Spike-Wellen und den drei Zyklen klinischer Absencen im EEG hervor. Gibbs und der Wissenschaftler Herbert Jasper kamen zu dem Schluss, dass interiktale Spikes ein eindeutiges Kennzeichen für Epilepsie sind. Das erste EEG-Labor wurde 1936 im Massachusetts General Hospital eröffnet.

Im Jahr 1947 wurde die American EEG Society, heute bekannt als The American Clinical Neurophysiology Society, gegründet und der erste Internationale EEG-Kongress fand statt.

In den 1950er Jahren entwickelte William Grey Walter die EEG-Topografie, eine Ergänzung zum EEG, die die Abbildung der elektrischen Aktivität auf der Gehirnoberfläche ermöglichte. Diese Methode war in den 1980er Jahren populär, wurde in der Mainstream-Neurologie jedoch nie etabliert.

Stevo Bozinovski, Liljana Bozinovska und Mihail Sestakov waren 1988 die ersten Wissenschaftler, denen die Steuerung eines physischen Objekts mithilfe eines EEG-Geräts gelang. Im Jahr 2011 hielt das EEG Einzug in den Verbrauchermarkt, als die Technologie-Unternehmer Tan Le und Dr. Geoff Mackellar das Unternehmen EMOTIV gründeten.

EEG-Technologien 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 entschlüsseln. BCI zielt darauf ab, die kognitive Leistungsfähigkeit zu verfolgen und sowohl virtuelle als auch physische Objekte durch maschinelles Lernen trainierter mentaler Befehle zu steuern.

Im Jahr 2017 war der querschnittsgelähmte Rennfahrer Rodrigo Hübner Mendes der erste Mensch überhaupt, der dank eines EMOTIV EEG-Headsets ein Formel-1-Auto ausschließlich mit seinen Gehirnwellen steuerte.

Wofür wird ein EEG verwendet?

Leistung und Wohlbefinden

Sportler, Biohacker und alle interessierten Verbraucher können das EEG nutzen, um ihre Gehirnaktivität auf dieselbe Weise zu „verfolgen“, wie sie beispielsweise ihre tägliche Schrittzahl erfassen. Das EEG kann kognitive Funktionen messen – wie Aufmerksamkeit und Ablenkung, Stress und kognitive Belastung (die Gesamtkapazität des Gehirns für mentale Aktivität, die das Arbeitsgedächtnis in jedem Moment beansprucht). Diese Ergebnisse können wertvolle Erkenntnisse darüber liefern, wie das Gehirn auf Ereignisse im täglichen Leben reagiert. EEG-Daten liefern Feedback, das genutzt werden kann, um wissenschaftlich fundierte Strategien zur Stressbewältigung, zur Steigerung der Konzentration oder zur Verbesserung der Meditation zu entwickeln.

Verbraucherforschung

EEG-Daten können ein leistungsstarkes Suchwerkzeug für Erkenntnisse über Verbraucher sein. Gehirnreaktionen liefern ein beispielloses Feedback der Verbraucher – insofern das EEG verwendet wird, um die Lücke zwischen dem zu messen, worauf Verbraucher wirklich achten, und dem, was sie laut eigenen Berichten als ansprechend oder bemerkenswert empfinden. Die Kombination des EEG mit anderen biometrischen Sensoren wie Eye-Tracking, Gesichtsausdrucksanalyse und Herzfrequenzmessungen kann Unternehmen ein umfassendes Verständnis des Kundenverhaltens vermitteln. Der Einsatz von Neurotechnologien wie dem EEG zur Untersuchung von Verbraucherreaktionen wird als Neuromarketing bezeichnet.

Gesundheitswesen

Da EEG-Untersuchungen die Gehirnaktivität während eines kontrollierten Verfahrens zeigen, können die Ergebnisse Informationen enthalten, die zur Diagnose verschiedener Gehirnerkrankungen verwendet werden können. Abnormale EEG-Daten zeigen sich durch unregelmäßige Gehirnwellen. Abnormale EEG-Daten können auf Anzeichen von Gehirnfunktionsstörungen, Schädel-Hirn-Traumata, Schlafstörungen, Gedächtnisproblemen, Gehirntumoren, Schlaganfällen, Demenz, Krampfanfällen wie Epilepsie und verschiedenen anderen Erkrankungen hinweisen. Je nach geplanter Diagnose kombinieren Ärzte das EEG manchmal mit kognitiven Tests, einer Überwachung der Gehirnaktivität und bildgebenden Verfahren in den Neurowissenschaften.

Krampfdiagnostik

EEG-Untersuchungen werden häufig für Patienten empfohlen, bei denen Krampfaktivitäten auftreten. In diesen Fällen können Ärzte ein ambulantes EEG durchführen. Ein ambulantes EEG zeichnet kontinuierlich über einen Zeitraum von bis zu 72 Stunden auf, während ein herkömmliches EEG 1 bis 2 Stunden dauert. Der Patient kann sich mit einem EEG-headset in seinem eigenen Zuhause frei bewegen. Eine Verlängerung der Aufzeichnung erhöht die Wahrscheinlichkeit, abnormale Gehirnaktivitäten zu erfassen. Aus diesem Grund werden ambulante EEGs häufig zur Diagnose von Epilepsie (EEG-Epilepsie), Krampfleiden oder Schlafstörungen eingesetzt.

Schlaflabortest für Schlafstörungen

Ein EEG-Schlaflabortest oder eine „Polysomnographie“ misst neben einem Gehirn-Scan auch die Körperaktivität. Ein EEG-Techniker überwacht während eines nächtlichen Verfahrens Ihre Herzfrequenz, Ihre Atmung und den Sauerstoffgehalt in Ihrem Blut. Die Polysomnographie wird hauptsächlich in der medizinischen Forschung und als Diagnosetest bei Schlafstörungen eingesetzt.

Quantitative Neurowissenschaft

Da das 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 Verfahren zur Gehirnüberwachung können Forscher neue Einblicke in die komplexen Interaktionen gewinnen, die in unserem Gehirn – und in unserem Körper – stattfinden.

Genau das soll mit der quantitativen Elektroenzephalographie (qEEG) erreicht werden. Das qEEG zeichnet Ihre Gehirnwellen genau wie ein herkömmliches EEG auf. qEEG vergleicht mithilfe von maschinellem Lernen Ihre Gehirnwellen mit den Gehirnwellen von Personen des gleichen Geschlechts und Alters, bei denen jedoch keine Gehirnfunktionsstörung vorliegt. Der qEEG-Prozess erstellt durch den quantitativen Vergleich eine „Karte“ Ihres Gehirns. Dieses Verfahren ist in der Teildisziplin der Neurowissenschaften namens Computational Neuroscience üblich.

Die Platzierung der EEG-Elektroden ist ein entscheidender Bestandteil eines erfolgreichen qEEGs. Herkömmliche EEG-Ableitungspositionen folgen dem 10-20-System, einem international anerkannten Standard für das Anbringen von Elektroden auf der Kopfhaut. „10-20“ bezieht sich darauf, dass der Abstand zwischen den EEG-Ableitungen 10 % oder 20 % des Gesamtabstands des Schädels beträgt.

Die Anzahl der Elektroden auf einem Gerät kann variieren – manche EEG-Aufzeichnungssysteme können bis zu 256 Elektroden haben. qEEG-Aufzeichnungen nutzen eine Kappe mit 19 Sensoren, um Daten aus allen 19 Bereichen Ihrer Kopfhaut zu sammeln. Da EEG-Ableitungen Signale an der Stelle verstärken, an der sie platziert sind, können durch die qEEG-Gehirnkartierung die Ursachen für Funktionsstörungen auf Gehirnebene identifiziert werden, die auf Verhaltens- und/oder kognitiver Ebene beobachtet werden.

Akademische Forschung

Abnorme EEG-Ergebnisse sind nicht die einzigen wertvollen Informationen, die aus einem EEG-Untersuchungsergebnis gewonnen werden können. Viele Forscher nutzen normales EEG für ihre Forschungen, darunter auch eine bahnbrechende Studie aus dem Jahr 1957 über die Gehirnaktivität während des REM-Schlafs.

Wie im Abschnitt über die Arten der vom EEG gemessenen Gehirnwellen beschrieben, zeigt die Untersuchung von EEG-Aufzeichnungen eine Reihe von Frequenzen, die in Gehirnsignalen enthalten sind. Diese Frequenzen spiegeln unterschiedliche Aufmerksamkeits- und Kognitionszustände wider. So haben Forscher beispielsweise die Aktivität im Gammaband (die häufig mit bewusster Aufmerksamkeit in Verbindung gebracht wird) überwacht, während sie die neurologischen Reaktionen während der Meditation (EEG-Meditation) untersuchten.

Die Aktivität im Gammaband wird mit geistigen oder körperlichen Höchstleistungen in Verbindung gebracht. Experimente, bei denen eine Testperson, die ein EEG-Gerät trug, tiefe Meditation praktizierte, führten zu Theorien, wonach Gammawellen mit bewussten Erfahrungen oder transzendentalen Geisteszuständen in Verbindung stehen. In der akademischen Forschung herrscht jedoch keine Einigkeit darüber, mit welchen kognitiven Funktionen die Gammaband-Aktivität genau zusammenhängt.

Forscher benötigen eine Methode, um die gesamte gesammelte Fülle an Gehirndaten zu verarbeiten, zu verwalten und sie sogar mit verschiedenen Institutionen zu teilen. „Neuroinformatik“ ist der Forschungsbereich, der Computerwerkzeuge und mathematische Modelle für neurowissenschaftliche Daten bereitstellt. Die Neuroinformatik zielt darauf ab, Technologien für die Organisation von Datenbanken, den Datenaustausch und die Datenmodellierung zu entwickeln. Sie betrifft eine Vielzahl unterschiedlicher Daten, da „Neurowissenschaft“ im weitesten Sinne als die wissenschaftliche Untersuchung des Nervensystems definiert ist. Zu den Teildisziplinen der Neurowissenschaften gehört die kognitive Psychologie, die bildgebende Verfahren wie das EEG nutzt, um zu analysieren, welche Teile des Gehirns und des Nervensystems welchen kognitiven Prozessen zugrunde liegen.

Marktforschung: Die Verwendung von EEG-Headsets zum Verständnis des emotionalen und kognitiven Zustands

EEG-Testverfahren

Vorbereitung auf eine EEG-Untersuchung

Die folgenden Abschnitte zur EEG-Überwachung, -Interpretation und -Ergebnissen enthalten Informationen für Personen, die sich den EEG-Tests in einer medizinischen Einrichtung unterziehen. Die beste Methode, sich auf eine Untersuchung vorzubereiten, besteht immer darin, das Testpersonal nach spezifischen Anweisungen zur Vorbereitung zu fragen. Die Anweisungen zur Vorbereitung können sich je nach Anwendungsfall unterscheiden – bei EEG-Aufzeichnungen für die Verbraucherforschung, die akademische Forschung oder für Leistung und Wohlbefinden müssen die Teilnehmer beispielsweise aktiv sein, anstatt zu liegen.

Unternehmen wie EMOTIV haben wegweisende Fortschritte in der EEG-Technologie erzielt, die die Durchführung, Verarbeitung und Interpretation von Tests schneller und bequemer machen. Die mobilen und kabellosen EEG-Headsets von EMOTIV können in weniger als fünf Minuten eingerichtet werden und ermöglichen dem Teilnehmer, sich frei zu bewegen, anstatt ihn an eine Testeinrichtung zu binden.

Informieren Sie die Person, die den Test durchführt – sei es ein Arzt, ein Arbeitgeber oder ein Forscher – im Vorfeld eines EEG-Tests über alle regelmäßig von Ihnen eingenommenen Medikamente. Es wird empfohlen, sich die Haare am Abend vor dem Eingriff zu waschen und sie frei von jeglichen Produkten zu lassen. Trinken oder essen Sie mindestens 8 Stunden vor dem Test kein Koffein. Wenn Sie während der EEG-Untersuchung schlafen müssen, werden Sie möglicherweise angewiesen, Ihren Schlaf in der Nacht davor einzuschränken, um sicherzustellen, dass sich Ihr Gehirn während des Tests richtig entspannen kann.

EEG-Überwachung

Während einer EEG-Untersuchung werden Sie weder Schmerzen noch Unbehagen verspüren. Bei einer klinischen EEG-Untersuchung liegen Sie auf einem Bett oder einem Liegestuhl und werden angewiesen, Ihre Augen zu schließen. Ein EEG-Techniker misst Ihren Kopf und markiert die Stellen, an denen die Ableitungen angebracht werden sollen.

Wenn die Untersuchung beginnt, zeichnen die Elektroden Ihre Gehirnwellen auf und senden die Aktivität an ein Aufzeichnungsgerät. Das EEG-Gerät wandelt die Daten dann zur Interpretation in ein Wellenmuster um. Nach Abschluss der Aufzeichnung entfernt der Techniker die Elektroden von Ihrer Kopfhaut.

Routinemäßige EEG-Tests im wissenschaftlichen oder klinischen Bereich dauern 30 bis 60 Minuten, einschließlich einer anfänglichen Einrichtungszeit von etwa 20 Minuten. EEG-Tests, die für Verbraucher-, individuelle Leistungs- und Arbeitsplatzforschung durchgeführt werden, können je nach Zweck der Untersuchung kürzer oder länger dauern. Die kabellosen EEG-Headsets von EMOTIV ermöglichen eine schnellere Einrichtung für diese Anwendungsfälle (weniger als fünf Minuten).

Nach einer Untersuchung sollte keine Erholungszeit erforderlich sein. Wenn Sie zur Erleichterung des Einschlafens während des Tests ein Medikament eingenommen haben, das Schläfrigkeit verursacht, empfiehlt der Testleiter möglicherweise, in der Einrichtung zu warten, bis die Wirkung nachgelassen hat, oder sich von jemandem nach Hause fahren zu lassen.

Nebenwirkungen von EEG-Tests sind selten. Die Elektroden erzeugen keinerlei Empfindungen, sie zeichnen lediglich die Gehirnaktivität auf. Bei Personen mit Epilepsie kann es durch Reize wie Blitzlicht während der Untersuchung zu einem Krampfanfall kommen. Ein Krampfanfall während eines EEG-Tests ist kein Grund zur Sorge – er kann Ärzten sogar dabei helfen, die Art der Epilepsie zu diagnostizieren und die Behandlung entsprechend anzupassen.

EEG-Interpretation und Untersuchungsergebnisse

Wenn Ihnen ein EEG-Test aus klinischen Gründen empfohlen wurde, werden Ihre Untersuchungsergebnisse von einem Arzt interpretiert, der auf das Nervensystem spezialisiert ist. Der Neurologe wird die Aufzeichnung auf normale und abnormale Gehirnmuster hin untersuchen. Gehirnwellenmuster sind an den Merkmalen ihrer Wellenform sehr gut zu erkennen. So zeigt beispielsweise ein Burst-Suppression-Muster, das häufig bei Patienten mit inaktivem Gehirnzustand (wie im Koma oder unter Vollnarkose) beobachtet wird, kurze Spikes (der Burst), die sich mit Phasen der Flachheit (die Suppression) abwechseln.

Verschiedene Arten von Epilepsie sind durch unterschiedliche EEG-Muster gekennzeichnet. Ein Spike-Wave-Muster – ein generalisiertes, symmetrisches EEG-Muster – wird häufig während einer Absence beobachtet, bei der eine Person einen kurzen Bewusstseinsverlust erleidet. Ein partiell fokaler Anfall, bei dem die Anfallsaktivität nur einen Bereich des Gehirns betrifft, ist durch ein schnelles Rhythmusmuster mit niedriger Spannung gekennzeichnet, das in dem diesem Bereich zugeordneten EEG-Datenkanal erscheint.

Der Neurologe schickt die EEG-Messung dann an den Arzt zurück, der die Untersuchung angeordnet hat. Ihr Arzt wird eventuell einen Termin vereinbaren, um die EEG-Bilder zu überprüfen und die Ergebnisse mit Ihnen zu besprechen. Je nach Ihrem Zustand kann Ihnen als Folgemaßnahme ein Verfahren namens EEG-Neurofeedback oder Biofeedback empfohlen werden. Beispielsweise können Personen, die Gehirnwellenmuster im Zusammenhang mit Kognition stärken möchten, eine Neurofeedback-Therapie bei ADHS in Anspruch nehmen.

Eine Biofeedback-Therapie hilft Patienten, unwillkürliche Körperprozesse zu steuern. Ein Patient mit beispielsweise hohem Blutdruck kann seine Körperwerte auf einem Monitor ablesen, der Daten von Elektroden auf seiner Haut empfängt. Die Überwachung dieser Aktivität hilft dabei, Entspannungs- und Mentalübungen zu erlernen, die die Symptome lindern können.

In ähnlicher Weise nutzt Neurofeedback das EEG, um das Gehirn zu trainieren, besser zu funktionieren. Während dieses Trainings ist der Patient an ein EEG-Gerät angeschlossen und sieht seine Gehirnaktivität in Aktion. Dies 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 im Zusammenhang mit Gehirnfunktionsstörungen zu verbessern, so wie ein Sportler an einem schwachen Muskel arbeitet. Das EEG-Neurofeedback wird häufig bei Erkrankungen wie Epilepsie, bipolarer Störung, ADHS und Autismus empfohlen. Es kann diese Störungen zwar lindern, sie jedoch nicht heilen.

Verschiedene Arten von EEG-Geräten

EEG-Geräte sind in verschiedenen Varianten tragbarer EEG-Geräte erhältlich. Auf der höchsten Ebene besteht der Unterschied zwischen klinischen EEG-Geräten (die im Gesundheitswesen und in der wissenschaftlichen Forschung eingesetzt werden) und EEG-Geräten für Verbraucher (die in der Verbraucherforschung, der akademischen Forschung sowie für Leistung und Wohlbefinden eingesetzt werden). Bei klinischen Geräten können sich die Teilnehmer während des Tragens des Geräts nicht bewegen, und die Daten müssen in einer kontrollierten und abgeschirmten Umgebung gesammelt werden, um eine Verfälschung des Signals zu vermeiden. Consumer-EEG-Geräte wie die kabellosen Headsets von EMOTIV ermöglichen es Benutzern, die Gehirnaktivität überall zu überwachen.

Die Unterschiede zwischen den verschiedenen Arten von tragbaren EEG-Geräten sind notwendig, um die Anforderungen der Fachleute, die EEG-Systeme nutzen, und die Bedingungen, unter denen die Daten erfasst werden, zu unterstützen. Neurologen und Neurowissenschaftler benötigen beispielsweise für ihre Datenanalyse häufig eine höhere Dichte an Sensoren als ein Verbraucherforscher. Neben der Platzierung der EEG-Elektroden gibt es noch einige andere bemerkenswerte Unterschiede zwischen den EEG-Systemen, die es zu berücksichtigen gilt.

EEG-Kappen vs. EEG-Headsets

Was ist der Unterschied zwischen einer EEG-Kappe und einem EEG-Headset? Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden gängigsten Arten tragbarer EEG-Geräte liegt in der Anzahl der Elektroden. Headsets verfügen in der Regel über 5 bis 20 Elektroden. Kappen können mehr Sensoren unterstützen, da sie eine größere Oberfläche für die Platzierung der Elektroden bieten. EEG-Kappen wie die EMOTIV EPOC Flex bieten bewegliche Sensoren für eine flexible Positionierung. Die Sensorkonfiguration bei den Headsets EMOTIV Insight und Epoc X ist fest vorgegeben.

Epoc Flex

Gel- oder Kochsalzlösungssensoren

EPOC+ und Epoc X

Kochsalzlösungssensoren

Nasse vs. trockene EEG-Elektroden

EEG-Geräte verwenden hauptsächlich entweder nasse oder trockene Elektroden. Es gibt eine neu entwickelte Form von Elektroden, die sogenannten „Tattoo-Elektroden“. Dabei handelt es sich um gedruckte Elektroden, die wie ein temporäres Tattoo aufgeklebt werden. Nasse Elektroden ermöglichen eine bessere Datengenauigkeit, da sie ein leitfähiges Gel für einen besseren Kontakt mit der Kopfhaut verwenden. Nasse Elektroden werden meist im klinischen Bereich und in der Forschung eingesetzt. Trockene Elektroden benötigen kein klebriges Gel. EEG-Geräte mit trockenen Elektroden werden häufig in der Verbraucherforschung eingesetzt, da sie eine schnellere Einrichtungszeit ermöglichen. Forscher vergleichen laufend die Vor- und Nachteile von nassen und trockenen EEG-Elektroden.

Kabelgebundene vs. kabellose EEG-Geräte

In der Anfangszeit der EEG mussten die Patienten in einer klinischen Umgebung an das EEG-Gerät angeschlossen werden. Heutzutage sind kabellose EEG-Untersuchungen möglich, da EEG-Signale digitalisiert und an ein Aufzeichnungsgerät wie ein Smartphone, einen Computer oder die Cloud gesendet werden können. Untersuchungen können mithilfe tragbarer EEGs in einer Vielzahl von Umgebungen durchgeführt werden. Sie können ein Experiment durchführen, bei dem die Testpersonen kabellose EEG-Headsets tragen und durch einen Park spazieren, wobei die Bewegung Ihrer Testperson nur durch die Reichweite der Datenübertragung eingeschränkt wird. Wenn Sie die Testumgebung kontrollieren müssen, um Reize wie Blitzlichter einzusetzen, können Sie sich für eine klinische Umgebung entscheiden – in diesem Fall gibt es keine Einschränkungen für die Verwendung eines kabelgebundenen EEG-Geräts.

Kabelgebundene EEG-Headsets

Kabelverbindung

Kabelloses Emotiv EEG-Headset

Bluetooth-Drahtlostechnologie

EEG-Messung vs. andere Gehirnmessverfahren

Der Vorteil der EEG-Messung besteht darin, dass sie die am wenigsten invasive Messmethode für die Gehirnaktivität ist, die uns zur Verfügung steht, und viele quantitative Informationen während relevanter kognitiver Prozesse liefert. Andere Methoden zur Untersuchung der Gehirnfunktion sind:

• Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT)

• Magnetenzephalographie (MEG)

• Magnetresonanzspektroskopie (NMR oder MRS)

• Elektrokortikographie

• Single-Photon-Emissionscomputertomographie (SPECT)

• Positronen-Emissions-Tomographie (PET)

• Nahes Infrarot-Spektroskopie (NIRS)

• Ereigniskorreliertes optisches Signal (EROS)

Vorteile des EEG

Trotz der relativ geringen räumlichen Sensitivität des EEG bietet es mehrere Vorteile gegenüber einigen der zuvor aufgeführten Verfahren der bildgebenden Hirnforschung und Hirnforschung:

• Das EEG hat im Vergleich zur fMRT eine sehr hohe zeitliche Auflösung. Es kann die schnellen Reaktionen des Gehirns erfassen, die im Millisekundenbereich ablaufen, was eine präzise Synchronisierung der Vorgänge im Gehirn mit den Vorgängen in der Umgebung ermöglicht. Im klinischen und wissenschaftlichen Bereich wird das EEG mit Abtastraten zwischen 250 und 2000 Hz aufgezeichnet. Modernere EEG-Datenerfassungssysteme können auf Wunsch mit Abtastraten von über 20.000 Hz aufzeichnen.

• Deutlich geringere Hardwarekosten und Gesamtbetriebskosten (TCO).

• EEG-Daten werden im Gegensatz zur Elektrokortikographie nicht-invasiv erfasst, wofür ein neurochirurgischer Eingriff erforderlich ist, um Elektroden direkt auf der Gehirnoberfläche zu platzieren.

• Mobile EEG-Sensoren können an mehr Orten eingesetzt werden als fMRT, SPECT, PET, MRS oder MEG, da diese Verfahren auf schwere, kostspielige und unbewegliche Geräte angewiesen sind.

• Das EEG ist geräuschlos, was die Untersuchung von Reaktionen auf akustische Reize ermöglicht.

• Im Vergleich zu fMRT und MRT besteht bei einem EEG-Gerät keine physische Gefahr. Bei fMRT und MRT handelt es sich um starke Magnete, die eine Anwendung bei Patienten mit metallischen Geräten wie Herzschrittmachern ausschließen.

• fMRT, PET, MRS und SPECT können Platzangst verstärken, was Testergebnisse verfälschen kann. Das EEG löst keine Platzangst aus, da die Teilnehmer nicht in einem engen Raum fixiert sind.

• Consumer-EEG-Scans ermöglichen im Gegensatz zu den meisten anderen bildgebenden Verfahren mehr Bewegungsfreiheit der Testpersonen während der Untersuchung.

• Im Gegensatz zur Positronen-Emissions-Tomographie erfordert das EEG keine Belastung durch Radioliganden und auch keine starken Magnetfelder wie bei der MRT oder fMRT.

• Das EEG ist mit keiner Exposition gegenüber hochintensiven (>1 Tesla) Magnetfeldern verbunden.

• Im Vergleich zu Verhaltensprüfverfahren kann das EEG verdeckte Verarbeitungsprozesse erfassen (Prozesse, die keine Reaktion erfordern). Diese Technologie wird auch bei Testpersonen eingesetzt, die keine motorische Reaktion zeigen können.

• Das EEG hat eine niedrige Einstiegshürde für die Verbrauchernutzung, so dass es ein leistungsstarkes Werkzeug zur Verfolgung und Aufzeichnung der Gehirnaktivität während verschiedener Aktivitäten des täglichen Lebens ist, was eine fast unbegrenzte Anzahl von Anwendungen ermöglicht.

• Die EEG-Schlafanalyse kann wichtige Erkenntnisse über den zeitlichen Verlauf der Gehirnentwicklung liefern, einschließlich der Bewertung der Gehirnreifung bei Jugendlichen.

• Im Vergleich zur BOLD-Bildgebung (Blood-oxygen-level-dependent), die bei der fMRT eingesetzt wird, lässt sich genauer nachvollziehen, welches Signal mit dem EEG gemessen wird.

EEG-Spielfunktionen

Die EEG-Technologie wurde sowohl für medizinische als auch für Unterhaltungszwecke an die Spielewelt angepasst. Unternehmen nutzen das EEG, um Möglichkeiten zur Interaktion mit Videospielen in VR, AR und BCI bereitzustellen. EEG-Geräte erfassen das Signal und die Algorithmen in der Software interpretieren Ihre Gehirnwellen, um Ihren Avatar auf dem Bildschirm zu steuern.

Das EPOC-Headset von EMOTIV ist das erste hochauflösende Brain-Computer-Interface (BCI), das bewusste und unbewusste Gedanken und Emotionen überwachen und interpretieren kann. Das BCI kann die komplexen Gehirnwellen von 30 verschiedenen Gesichtsausdrücken, Emotionen und Handlungen erfassen. Diese Erfassung wird durch maschinelles Lernen erreicht. Die Algorithmen des maschinellen Lernens wurden trainiert, um die Gehirnmuster zu erkennen, die auftreten, während der Teilnehmer die verschiedenen Ausdrücke, Emotionen und Handlungen verarbeitet.

Wenn die Algorithmen eine EEG-Gehirnwelle in ihrem Datensatz erfassen, kann das BCI das Muster mit einem physischen oder digitalen Befehl verknüpfen. Wenn Sie beispielsweise an ein Auslösewort wie „Anschieben!“ denken, schiebt Ihr Avatar ein Objekt aus dem Weg.

TechCrunch TV: Gedankensteuerung von Geräten und mehr mittels EEG

EEG-Anwendungsfälle

Es gibt viele moderne Anwendungen für die EEG-Messung. Einige bemerkenswerte EEG-Anwendungsfälle sind:

• Neurowissenschaft

• Gehirn-Lernprogramme

• Neuromarketing

• Schlaflaboruntersuchungen

• Brain-Computer-Interface (BCI)

• Kognitive Leistungsfähigkeit

• Selbst-Quantifizierung

• Emotionale Zustände

• ADHS-Therapie

• Neurologische Störungen

• Brainwave-Entrainment (Gehirnwellen-Mitnahme)

• Kognitive Verhaltenstherapie

• Neuroinformatik

• Gehirnwellen-Spiele

• AR- und VR-Erweiterung

• Dysphagie und Demenz

• Schlaganfall-Rehabilitation

• Arbeitsgedächtnistests (N-back)

Hinweis: Dies sind lediglich allgemeine Informationen zum EEG. EMOTIV-Produkte sind ausschließlich für Forschungsanwendungen und den persönlichen Gebrauch bestimmt. Unsere Produkte werden nicht als Medizinprodukte im Sinne der EU-Richtlinie 93/42/EWG verkauft. Unsere Produkte sind nicht für die Diagnose oder Behandlung von Krankheiten konzipiert oder bestimmt.