***Haftungsausschluss - Emotiv-Produkte sind nur 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 ausgelegt oder bestimmt, zur Diagnose oder Behandlung von Krankheiten verwendet zu werden.

EEG-Definition

EEG steht für „Elektroenzephalographie“, ein elektrophysiologisches Verfahren zur Aufzeichnung der elektrischen Aktivität des Gehirns. EEG misst Veränderungen der elektrischen Aktivität, die vom Gehirn erzeugt werden. Spannungsänderungen entstehen durch ionische Ströme 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 Metallscheiben, auch EEG-Elektroden genannt — auf Ihrer Kopfhaut angebracht werden. Diese Elektroden erfassen und zeichnen die elektrische Aktivität in Ihrem Gehirn auf. Die erfassten 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 ein hervorragender Weg, kognitive Prozesse zu untersuchen. Sie kann Ärzten helfen, eine medizinische Diagnose zu stellen, Forschern die Gehirnprozesse zu verstehen, die dem menschlichen Verhalten zugrunde liegen, und Einzelpersonen, 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 Gehirnwellen genannt 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 angebracht, dann erfassen die Elektroden die Gehirnwellen des Probanden nicht-invasiv.

EEG-Sensoren können bis zu mehrere Tausend Momentaufnahmen 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 Mobilgerät oder in einer Cloud-Datenbank aufgezeichnet werden.

Cloud-Computing-Software gilt als eine entscheidende Innovation in der EEG-Datenverarbeitung, da sie eine Echtzeitanalyse von Aufzeichnungen im großen Maßstab ermöglicht — in den frühen Tagen der EEG-Messung wurden Wellen einfach auf Millimeterpapier aufgezeichnet. EEG-Systeme zeigen die Daten in der akademischen und kommerziellen Forschung typischerweise als Zeitreihe oder als kontinuierlichen Fluss von Spannungen.

EEG-Wellen auf Millimeterpapier aufgezeichnet

EEG-Wellen digital aufgezeichnet

EEG-Wellen in moderner Software zur Gehirnvisualisierung

Um die elektrische Aktivität des Gehirns zu kartieren, ist es besser, EEG-Messungen aus Signalen über viele verschiedene kortikale Strukturen zu erhalten, die rund um die Oberfläche des Gehirns verteilt sind.

EEG-Wellen in einem modernen Zeitreihendiagramm zur Gehirnvisualisierung

Arten von Gehirnwellen, die EEG misst

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

Die folgenden Absätze erörtern einige der Funktionen, die mit den vier wichtigsten Gehirnfrequenzen verbunden sind. Diese Funktionen wurden lediglich als mit unterschiedlichen Gehirnfrequenzen verbunden festgestellt — es gibt keine lineare 1-zu-1-Entsprechung zwischen einem Frequenzband und einer bestimmten Funktion des Gehirns.

Beta-Wellen (Frequenzbereich von 14 Hz bis etwa 30 Hz)

Beta-Wellen werden am ehesten mit Bewusstheit bzw. einem wachen, aufmerksamen und alerten Zustand assoziiert. Beta-Wellen mit niedriger Amplitude werden mit aktiver Konzentration oder mit einem beschäftigten bzw. angespannten Geisteszustand in Verbindung gebracht. Beta-Wellen werden auch mit motorischen Entscheidungen assoziiert (Unterdrückung von Bewegung und sensorisches Feedback von Bewegung). 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 in Verbindung gebracht. Alpha-Wellen können in den okzipitalen und posterioren Regionen des Gehirns gefunden werden. Alpha-Wellen können durch das Schließen der Augen und Entspannen ausgelöst werden, und sie sind bei intensiven kognitiven Prozessen wie Denken, Kopfrechnen und Problemlösen selten vorhanden. Bei den meisten Erwachsenen liegen Alpha-Wellen frequenzmäßig 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 in einem Frequenzbereich zwischen 4 und 7 Hz wird als Theta-Aktivität bezeichnet. Theta-Rhythmus, der bei EEG-Messungen erkannt wird, tritt oft bei jungen Erwachsenen auf, insbesondere über den Temporallappenregionen und während einer Hyperventilation. Bei älteren Menschen ist Theta-Aktivität mit einer Amplitude von mehr als etwa 30 Millivolt (mV) seltener zu sehen, außer während Schläfrigkeit. Wenn sie mit einem EEG-Gerät gemessen werden, werden diese oft als EEG-Theta-Wellen bezeichnet.

Delta-Wellen (Frequenzbereich bis zu 4 Hz)

Delta-Aktivität findet sich überwiegend bei Säuglingen. Delta-Wellen werden bei älteren Personen mit tiefen Schlafstadien assoziiert. Delta-Wellen wurden interiktal (zwischen Anfällen) bei Patienten mit Absencen dokumentiert, die kurze, plötzliche Aufmerksamkeitsaussetzer umfassen.

Delta-Wellen sind durch niederfrequente (etwa 3 Hz), hochamplitudige Wellen gekennzeichnet. Delta-Rhythmen können während des Wachzustands vorhanden sein — sie reagieren auf das Öffnen der Augen und können ebenfalls durch Hyperventilation verstärkt werden. Wenn sie mit einem EEG-Gerät gemessen werden, werden diese oft als EEG-Delta-Wellen bezeichnet.

Mithilfe von EEG-Wellen verstehen, wie das Gehirn funktioniert

Was zeigt ein EEG?

Ihr Gehirn nimmt ständig Informationen auf und verarbeitet sie, selbst wenn Sie schlafen. All diese Aktivität erzeugt elektrische Signale, die EEG-Sensoren erfassen. Dadurch können Veränderungen der Gehirnaktivität erfasst werden, selbst wenn es keine sichtbare Verhaltensreaktion gibt, wie etwa eine Bewegung oder einen Gesichtsausdruck.

Ein EEG-Monitor misst Veränderungen der Elektrizität, die Ihr Gehirn erzeugt, nicht jedoch Gedanken oder Gefühle. Er sendet keinerlei Elektrizität in Ihr Gehirn.

Die Erfassung von Aktivität über die Hauptkortizes des Gehirns hinweg ist entscheidend, um hochwertige EEG-Daten zu erhalten. Ergebnisse können als Proxy dienen, um emotionale Zustände zu bewerten, die von äußeren Reizen beeinflusst werden.

Eine kurze Geschichte des EEG

Die Forschung zu den Phänomenen der elektrischen Aktivität im Gehirn wurde schon 1875 an Tieren durchgeführt, als der Arzt Richard Caton seine Ergebnisse aus Experimenten an Kaninchen und Affen im British Medical Journal veröffentlichte.

1890 brachte Adolf Beck Elektroden direkt auf der Oberfläche eines Hunde- und eines Kaninchenhirns an, um sensorische Stimulation zu testen. Seine Beobachtung schwankender elektrischer Gehirnaktivität führte zur Entdeckung von Gehirnwellen und dazu, dass EEG zu einem wissenschaftlichen Feld wurde.

Dem deutschen Physiologen und Psychiater Hans Berger wird zugeschrieben, 1924 die ersten menschlichen EEG-Gehirnwellen aufgezeichnet zu haben. 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 folgenreichsten Entwicklungen in der Geschichte der klinischen Neurologie“.

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

Hans Berger, die erste Person, die EEG-Gehirnwellen beim Menschen aufgezeichnet hat.

Das Feld der klinischen Elektroenzephalographie begann 1935. Es ging aus der Forschung der Neurowissenschaftler Frederic Gibbs, Hallowell Davis und William Lennox zu epileptiformen Spikes, interiktalen Spike-Wave-Mustern und den drei Zyklen klinischer Absenz-EEG-Anfälle hervor. Gibbs und der Wissenschaftler Herbert Jasper kamen zu dem Schluss, dass interiktale Spikes eine eindeutige Kennzeichnung von Epilepsie sind. Das erste EEG-Labor wurde 1936 am Massachusetts General Hospital eröffnet.

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-Topographie, eine Ergänzung zum EEG, die die Kartierung elektrischer Aktivität über die Oberfläche des Gehirns ermöglichte. Diese war in den 1980er Jahren beliebt, wurde jedoch nie in die Mainstream-Neurologie übernommen.

Stevo Bozinovski, Liljana Bozinovska und Mihail Sestakov waren 1988 die ersten Wissenschaftler, denen es gelang, mithilfe eines EEG-Geräts die Kontrolle über ein physisches Objekt zu erlangen. 2011 hielt das EEG Einzug in den Verbrauchermarkt, als die Technologieunternehmer Tan Le und Dr. Geoff Mackellar das Unternehmen Emotiv gründeten.

EEG-Technologie wie Headsets und Kappen sind Bestandteile 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 neuronalen Systems dekodieren. BCI zielt darauf ab, die kognitive Leistung zu verfolgen und sowohl virtuelle als auch physische Objekte durch maschinelles Lernen trainierter mentaler Befehle zu steuern.

Im Jahr 2017 wurde der querschnittsgelähmte Rennfahrer Rodrigo Hübner Mendes dank eines Emotiv EEG-Headsets zur ersten Person überhaupt, die ein Formel-1-Auto nur mit seinen Gehirnwellen fuhr.

Wofür wird EEG verwendet?

Leistung und Wohlbefinden

Athleten, Biohacker und jeder interessierte Verbraucher können EEG nutzen, um ihre Gehirnaktivität zu „tracken“, so wie sie vielleicht die Anzahl der Schritte verfolgen, die sie an einem Tag machen. EEG kann kognitive Funktionen messen — etwa Aufmerksamkeit und Ablenkung, Stress und kognitive Belastung (die gesamte Kapazität des Gehirns für mentale Aktivität, die dem Arbeitsgedächtnis in einem bestimmten Moment auferlegt wird). Diese Erkenntnisse können wertvolle Einblicke darüber geben, wie das Gehirn auf Ereignisse des täglichen Lebens reagiert. EEG-Daten liefern Feedback, das genutzt werden kann, um wissenschaftlich fundierte Strategien zur Stressreduktion, zur Verbesserung der Konzentration oder zur Vertiefung der Meditation zu entwickeln.

Verbrauchsforschung

EEG-Daten können ein leistungsstarkes Such-Tool für Verbrauchererkenntnisse sein. Gehirnreaktionen liefern beispielloses Verbraucher-Feedback — denn EEG wird genutzt, um die Lücke zwischen dem zu messen, worauf Verbraucher tatsächlich achten, und dem, was sie selbst als gefallen oder bemerkt angeben. Die Kombination von EEG mit anderen biometrischen Sensoren wie Eye-Tracking, Analyse von Gesichtsausdrücken und Herzfrequenzmessungen kann den Unternehmen ein vollständiges Verständnis des Kundenverhaltens vermitteln. Die Verwendung von Neurotechnologien wie EEG zur Untersuchung von Verbraucherreaktionen wird Neuromarketing genannt.

Gesundheitswesen

Da EEG-Tests die Gehirnaktivität während eines kontrollierten Verfahrens zeigen, können die Ergebnisse Informationen enthalten, die zur Diagnose verschiedener Hirnkrankheiten verwendet werden. Abnormale EEG-Daten werden durch unregelmäßige Gehirnwellen dargestellt. Abnormale EEG-Daten können Anzeichen für Hirnfunktionsstörungen, Kopfverletzungen, Schlafstörungen, Gedächtnisprobleme, Hirntumoren, Schlaganfall, Demenz, Anfallsleiden wie Epilepsie und verschiedene andere Erkrankungen anzeigen. Je nach beabsichtigter Diagnose kombinieren Ärzte manchmal EEG mit kognitiven Tests, Überwachung der Gehirnaktivität und neurobildgebenden Verfahren

Anfallsdiagnose

EEG-Tests werden Patienten häufig empfohlen, die unter Anfallsaktivität leiden. In diesen Fällen können Ärzte ein ambulantes EEG durchführen. Ein ambulantes EEG zeichnet kontinuierlich bis zu 72 Stunden auf, während ein traditionelles EEG 1-2 Stunden dauert. Der Patient darf sich im eigenen Zuhause mit einem EEG-Headset frei bewegen. Eine längere Aufzeichnung erhöht die Wahrscheinlichkeit, abnormale Gehirnaktivität aufzuzeichnen. Aus diesem Grund werden ambulante EEGs häufig zur Diagnose von Epilepsie (EEG-Epilepsie), Anfallsleiden oder Schlafstörungen eingesetzt.

Schlafstudie bei Schlafstörungen

Eine EEG-Schlafstudie oder ein „Polysomnographie“-Test misst zusätzlich zur Durchführung eines Gehirnscans die Körperaktivität. Ein EEG-Techniker überwacht während eines nächtlichen Verfahrens Herzfrequenz, Atmung und Sauerstoffgehalt in Ihrem Blut. 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 Methoden der Gehirnüberwachung können Forscher neue Einblicke in die komplexen Wechselwirkungen gewinnen, die in unserem Gehirn — ebenso wie in unserem Körper — stattfinden.

Genau das will die quantitative Elektroenzephalographie (qEEG) erreichen. Quantitatives EEG zeichnet Ihre Gehirnwellen ebenso auf wie ein traditionelles EEG. Mithilfe von maschinellem Lernen vergleicht qEEG Ihre Gehirnwellen mit den Gehirnwellen von Personen desselben Geschlechts und Alters, jedoch von Personen, die keine Hirnfunktionsstörung haben. Der qEEG-Prozess erstellt durch den quantitativen Vergleich eine „Karte“ Ihres Gehirns. Dieser Prozess ist in der Teil-Disziplin der Neurowissenschaft namens computational neuroscience verbreitet.

Die Platzierung der EEG-Elektroden ist ein entscheidender Teil eines erfolgreichen qEEG. Traditionelle EEG-Elektrodenplatzierungen folgen dem 10-20-System, einem international anerkannten Standard für das Anbringen der an Ihrer Kopfhaut befestigten Elektroden. „10-20“ bezieht sich auf den Abstand zwischen EEG-Ableitungen, der 10 % oder 20 % des gesamten Abstands des Schädels beträgt.

Die Anzahl der Elektroden an einem Gerät kann variieren — einige EEG-Aufzeichnungssysteme können bis zu 256 Elektroden haben. Aufzeichnungen von qEEG verwenden eine Kappe mit 19 Sensoren, um Daten aus allen 19 Bereichen Ihrer Kopfhaut zu sammeln. Da EEG-Ableitungen Signale von dem Ort verstärken, an dem sie platziert sind, helfen qEEG-Gehirnkarten dabei, auf Gehirnebene die Ursache einer auf Verhaltens- und/oder kognitiver Ebene beobachteten Funktionsstörung zu identifizieren.

Akademische Forschung

Abnormale EEG-Ergebnisse sind nicht die einzigen wertvollen Informationen, die aus einem EEG-Testergebnis gewonnen werden. Viele Forscher verwenden in ihrer Arbeit normales EEG, darunter eine bahnbrechende Studie aus dem Jahr 1957 zur Gehirnaktivität während des REM-Schlafs.

Wie im Abschnitt über die Arten von Gehirnwellen, die EEG misst, eingeführt, zeigt das Studium von EEG-Aufzeichnungen ein Spektrum von Frequenzen, die in Gehirnsignalen enthalten sind. Diese Frequenzen spiegeln unterschiedliche Aufmerksamkeits- und kognitive Zustände wider. So haben Forscher beispielsweise Gamma-Band-Aktivität überwacht, die oft mit bewusster Aufmerksamkeit verbunden ist, während sie die neurologischen Reaktionen während der Meditation untersucht haben (EEG-Meditation).

Gamma-Band-Aktivität ist mit Spitzenleistungen geistiger oder körperlicher Art verbunden. Experimente, bei denen eine Person mit einem EEG-Gerät tiefe Meditation praktiziert, führten zu Theorien, dass Gamma-Wellen mit bewussten Erfahrungen oder transzendentalen mentalen Zuständen assoziiert sind. Unter akademischen Forschern besteht jedoch kein Konsens darüber, mit welchen kognitiven Funktionen die Gamma-Band-Aktivität verbunden ist.

Forscher brauchen eine Möglichkeit, die Fülle an Gehirndaten, die sie sammeln, zu verarbeiten und zu handhaben — und sie sogar mit verschiedenen Institutionen zu teilen. „Neuroinformatik“ ist das Forschungsfeld, das rechnerische Werkzeuge und mathematische Modelle für neurowissenschaftliche Daten bereitstellt. Neuroinformatik zielt darauf ab, Technologien für die Organisation von Datenbanken, den Datenaustausch und die Datenmodellierung zu schaffen. Sie bezieht sich auf eine vielfältige Menge an Daten, da „Neurowissenschaft“ weit gefasst als die wissenschaftliche Untersuchung des Nervensystems definiert ist. Zu den Teilgebieten der Neurowissenschaft gehört die kognitive Psychologie, die neurobildgebende Verfahren wie EEG verwendet, um zu analysieren, welche Teile des Gehirns und des Nervensystems welchen kognitiven Prozessen zugrunde liegen.

Marktforschung: Einsatz von EEG-Headsets zum Verständnis des emotionalen & kognitiven Zustands

EEG-Testverfahren

Vorbereitung auf eine EEG-Untersuchung

Die folgenden Abschnitte zu EEG-Überwachung, Interpretation und Ergebnissen enthalten Informationen für Zielgruppen, die EEG-Tests in einem medizinischen Umfeld durchführen. Der beste Weg, sich auf einen Test vorzubereiten, besteht immer darin, die Testdurchführenden nach spezifischen Vorbereitungshinweisen zu fragen. Anweisungen zur Vorbereitung können je nach Anwendungsfall variieren — zum Beispiel kann bei EEG-Aufzeichnungen für Verbrauchsforschung, akademische Forschung oder Leistung und Wohlbefinden erforderlich sein, dass die Probanden aktiv sind, statt zu liegen.

Unternehmen wie Emotiv haben Fortschritte in der EEG-Technologie vorangetrieben, die das Durchführen, Verarbeiten und Interpretieren von Tests schneller und bequemer machen. Die mobilen und drahtlosen EEG-Headsets von Emotiv können in weniger als fünf Minuten eingerichtet werden, und sie ermöglichen es dem Teilnehmer, sich frei zu bewegen, statt ihn auf eine Testeinrichtung zu beschränken.

Teilen Sie der Fachperson, die den Test durchführt — egal ob das ein Arzt, Arbeitgeber oder Forscher ist — vor dem EEG-Test mit, welche regelmäßigen Medikamente Sie einnehmen. Es wird empfohlen, Ihre Haare am Abend vor dem Eingriff zu waschen und frei von Produkten zu lassen. Vermeiden Sie mindestens 8 Stunden vor dem Test das Trinken oder Essen von Koffein. Wenn Sie während des EEG-Verfahrens schlafen müssen, kann Ihnen empfohlen werden, Ihren Schlaf in der Nacht zuvor einzuschränken, damit sich Ihr Gehirn während des Tests richtig entspannen kann.

EEG-Überwachung

Während eines EEG-Verfahrens werden Sie keine Schmerzen oder Beschwerden verspüren. Bei einem klinischen EEG-Verfahren liegen Sie auf einem Bett oder einem Liegesessel und werden angewiesen, die Augen zu schließen. Ein EEG-Techniker misst Ihren Kopf und markiert, wo die Ableitungen angebracht werden sollen.

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

Routine-EEG-Tests in wissenschaftlichen oder klinischen Umgebungen dauern 30-60 Minuten, einschließlich etwa 20 Minuten für die anfängliche Einrichtung. EEG-Tests, die für Verbraucher-, Einzel-Performance- und Arbeitsplatzforschung durchgeführt werden, können je nach Testzweck kürzer oder länger sein. Die drahtlosen EEG-Headsets von Emotiv ermöglichen für diese Anwendungsfälle eine schnellere Einrichtung (weniger als fünf Minuten).

Nach dem Eingriff sollte keine Erholungszeit erforderlich sein. Wenn Sie ein Medikament eingenommen haben, das Schläfrigkeit verursacht hat, um während des Tests zu schlafen, kann der Testleiter empfehlen, an der Einrichtung zu warten, bis die Wirkung nachgelassen hat, oder dass Sie sich nach Hause fahren lassen.

Nebenwirkungen von EEG-Tests sind selten. Die Elektroden erzeugen keine Empfindungen; sie zeichnen nur die Gehirnaktivität auf. Personen mit Epilepsie können durch Reize wie blinkende Lichter während des Eingriffs einen Anfall erleiden. Ein Anfall während eines EEG-Tests ist nichts, wovor man Angst haben müsste — er kann Ärzten tatsächlich helfen, die Art der Epilepsie zu diagnostizieren und entsprechend die Behandlung anzupassen.

EEG-Interpretation und Untersuchungsergebnisse

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 wird die Aufzeichnung auf normale und abnormale Gehirnmuster untersuchen. Gehirnwellenmuster sind an den Eigenschaften ihrer Wellenformen sehr gut erkennbar. Ein Burst-Suppression-Muster, das häufig bei Patienten mit inaktiven Gehirnzuständen wie Koma oder Vollnarkose beobachtet wird, zeigt kurze Spitzen (den Burst), die sich mit Phasen der Flachheit (der Suppression) abwechseln.

Verschiedene Arten von Epilepsie sind durch unterschiedliche EEG-Muster gekennzeichnet. Ein Spike-Wave-Muster — ein generalisiertes, symmetrisches EEG-Muster — wird häufig während eines Absence-Anfalls beobachtet, bei dem eine Person einen kurzen Bewusstseinsverlust erlebt. Ein partieller fokaler Anfall, bei dem die Anfallsaktivität nur einen Bereich des Gehirns betrifft, ist durch ein nieder-voltamiges, schnelles Rhythmusmuster gekennzeichnet, das in dem EEG-Datenkanal erscheint, der mit diesem Bereich verbunden ist.

Der Neurologe sendet die EEG-Messung dann an den Arzt zurück, der den Test angeordnet hat. Ihr Arzt kann einen Termin ansetzen, um die EEG-Bilder zu überprüfen und die Ergebnisse mit Ihnen zu besprechen. Je nach Ihrem Zustand kann Ihnen als Folgemaßnahme ein Dienst namens EEG-Neurofeedback oder Biofeedback empfohlen werden. So können beispielsweise Personen, die Gehirnwellenmuster stärken möchten, die mit Fokus verbunden sind, eine Neurofeedback- Therapie bei ADHS in Anspruch nehmen.

Biofeedback-Therapie hilft Probanden, unwillkürliche körperliche Prozesse zu kontrollieren. Eine Person, die beispielsweise unter hohem Blutdruck leidet, kann ihre Körpermesswerte auf einem Monitor sehen, der Daten von Elektroden auf ihrer Haut empfängt. Die Überwachung dieser Aktivität hilft dabei, Entspannungs- und mentale Übungen zu lehren, die Symptome lindern können.

In ähnlicher Weise nutzt Neurofeedback 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 mit seinem Gehirn das Spiel „spielt“, um seine Gehirnaktivität zu steuern. Der Patient versucht, die Gehirnfrequenzen zu verbessern, die mit einer Hirnfunktionsstörung verbunden sind, so wie ein Athlet an einem schwachen Muskel arbeitet. EEG-Neurofeedback wird häufig bei Erkrankungen wie Epilepsie, bipolarer Störung, ADHS und Autismus empfohlen. Es kann diese Störungen zwar unterstützen, aber nicht heilen.

Verschiedene Arten von EEG-Geräten

EEG-Geräte gibt es in Form mehrerer unterschiedlicher tragbarer EEG-Geräte. Auf höchster Ebene besteht der Unterschied zwischen klinischen EEG-Geräten (verwendet in medizinischen und wissenschaftlichen Forschungseinrichtungen) und Consumer-EEG-Geräten (verwendet in Verbrauchsforschung, akademischer Forschung sowie Leistung und Wohlbefinden). Bei klinischen Geräten dürfen sich die Teilnehmer während des Tragens nicht bewegen, und die Daten müssen in einer kontrollierten und abgeschirmten Umgebung erfasst werden, um eine Verfälschung des Signals zu vermeiden. Consumer-EEG-Geräte wie die drahtlosen Headsets von Emotiv ermöglichen es Benutzern, Gehirnaktivität überall zu überwachen.

Die Unterschiede zwischen verschiedenen Arten tragbarer EEG-Geräte sind notwendig, um die Anforderungen der Fachleute zu erfüllen, die EEG-Systeme verwenden, und der Umgebungen, in denen Daten erfasst werden. Beispielsweise benötigen Neurologen und Neurowissenschaftler oft eine höhere Sensor-Dichte für ihre Datenanalyse als ein Verbraucherforscher. Zusätzlich zur Platzierung der EEG-Elektroden gibt es einige weitere bemerkenswerte Unterschiede 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 gängigsten Arten tragbarer EEG-Geräte liegt in der Anzahl der Elektroden. Headsets haben normalerweise 5-20 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 in den Emotiv INSIGHT und Epoc X Headsets ist fest.

EPOC Flex

Gel- oder Saline-Sensoren

EPOC+ und EPOC X

Saline-Sensoren

Nasse vs. trockene EEG-Elektroden

EEG-Geräte verwenden hauptsächlich entweder nasse oder trockene Elektroden. Es gibt eine neu entwickelte Form von Elektroden, sogenannte „Tattoo-Elektroden“, bei denen es sich um gedruckte Elektroden handelt, die wie ein temporäres Tattoo angebracht werden. Nasse Elektroden ermöglichen eine höhere Datengenauigkeit, da sie ein Klebegel für besseren Kontakt mit der Kopfhaut verwenden. Nasse Elektroden werden hauptsächlich in klinischen und Forschungseinstellungen eingesetzt. Trockene Elektroden benötigen kein Klebegel. EEG-Geräte mit trockenen Elektroden werden häufig in der EEG-Verbrauchsforschung verwendet, da sie eine schnellere Einrichtungszeit ermöglichen. Forscher vergleichen fortlaufend die Vor- und Nachteile von nassen und trockenen EEG-Elektroden.

Kabelgebundene vs. drahtlose EEG-Geräte

In den frühen Tagen des EEG mussten Patienten in einer klinischen Umgebung an das EEG-Gerät angeschlossen werden. Heute sind drahtlose EEG-Tests möglich, da EEG-Signale digitalisiert und an das Aufzeichnungsgerät wie ein Smartphone, einen 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 Probanden drahtlose EEG-Headsets tragen und durch einen Park gehen, und die Bewegung Ihres Probanden wird nur durch die Reichweite der Datenübertragung begrenzt. Wenn Sie die Testumgebung kontrollieren müssen, um Reize wie blinkende Lichter zu präsentieren, können Sie sich für eine klinische Umgebung entscheiden — in diesem Fall gibt es keine Einschränkungen bei der Verwendung eines kabelgebundenen EEG-Geräts.

Kabelgebundene EEG-Headsets

Kabelverbindung

Drahtloses Emotiv-EEG-Headset

Drahtlose Bluetooth-Technologie

EEG-Messung vs. andere Gehirnmessverfahren

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

• Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT)

• Magnetoenzephalographie (MEG)

• Kernspinresonanzspektroskopie (NMR oder MRS)

• Elektrokortikographie

• Einzelphotonen-Emissionscomputertomographie (SPECT)

• Positronen-Emissions-Tomographie (PET)

• Nahinfrarotspektroskopie (NIRS)

• ereigniskorrelierte optische Signale (EROS)

Vorteile von EEG

Trotz der relativ geringen räumlichen Empfindlichkeit von EEG bietet es im Vergleich zu einigen der zuvor genannten Verfahren zur Gehirnbildgebung und Gehirnforschung mehrere Vorteile:

• EEG hat im Vergleich zu fMRT eine sehr hohe zeitliche Auflösung. Es kann die schnellen Reaktionen des Gehirns erfassen, die im Millisekundentakt ablaufen, wodurch sich genau synchronisieren lässt, was im Gehirn und in der Umgebung passiert. EEG wird in klinischen und Forschungseinrichtungen mit Abtastraten zwischen 250 und 2000 Hz aufgezeichnet. Modernere EEG-Datenerfassungssysteme können bei Bedarf mit Abtastraten über 20.000 Hz aufzeichnen.

• Deutlich geringere Hardwarekosten und geringere Gesamtbetriebskosten (TCO).

• EEG-Daten werden nicht-invasiv erfasst, im Gegensatz zur Elektrokortikographie, die eine Neurochirurgie erfordert, um Elektroden direkt auf der Oberfläche des Gehirns zu platzieren.

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

• EEG ist geräuschlos, damit die Reaktionen auf auditive Reize untersucht werden können.

• Im Vergleich zu fMRT und MRT besteht bei einem EEG-Gerät keine physische Gefahr. fMRT und MRT sind starke Magnete, die den Einsatz bei Patienten mit metallischen Hilfsmitteln wie Herzschrittmachern verhindern.

• fMRT, PET, MRS und SPECT können Klaustrophobie verstärken, was die Testergebnisse verfälschen kann. EEG löst keine Klaustrophobie aus, da die Probanden nicht auf einen kleinen Raum beschränkt sind.

• Consumer-EEG-Scans erlauben während der Testung mehr Bewegung der Probanden als die meisten anderen neurobildgebenden Verfahren.

• EEG beinhaltet keine Exposition gegenüber Radioliganden, anders als die Positronen-Emissions-Tomographie, oder gegenüber hochstarken Magnetfeldern wie bei MRT oder fMRT.

• EEG beinhaltet keine Exposition gegenüber hochintensiven (>1 Tesla) Magnetfeldern.

• Im Vergleich zu Verhaltensprüfungsmethoden kann EEG verdeckte Verarbeitung erkennen (Verarbeitung, die keine Reaktion erfordert). Diese Technologie wird auch bei Probanden eingesetzt, die keine motorische Reaktion ausführen können.

• EEG hat für den Verbrauchereinsatz eine niedrige Einstiegshürde und ist daher ein leistungsstarkes Werkzeug, um Gehirnaktivität bei unterschiedlichen Aktivitäten des täglichen Lebens zu verfolgen und aufzuzeichnen, was nahezu unbegrenzte Anwendungsmöglichkeiten eröffnet.

• EEG-Schlafanalysen können wichtige Aspekte des Timings der Gehirnentwicklung aufzeigen, einschließlich der Bewertung der Reifung des jugendlichen Gehirns.

• Im Vergleich zur BOLD-(Blood-oxygen-level-dependent)-Bildgebung, die in fMRT verwendet wird, besteht ein besseres Verständnis darüber, welches Signal mit EEG genau gemessen wird.

EEG-Spiele

EEG-Technologie wurde sowohl für medizinische als auch für Unterhaltungszwecke an die Spielewelt angepasst. Unternehmen nutzen EEG, um Möglichkeiten zur Interaktion mit Videospielen in VR, AR und BCI bereitzustellen. EEG-Geräte erkennen 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 Brain-Computer-Interface-(BCI)-Schnittstelle, die bewusste und unbewusste Gedanken und Emotionen überwachen und interpretieren kann. Das BCI kann die komplexen Gehirnwellen von 30 verschiedenen Ausdrücken, Emotionen und Aktionen erkennen. Diese Erkennung wird durch maschinelles Lernen erreicht. Die Algorithmen des maschinellen Lernens wurden darauf trainiert, die Gehirnmuster zu erkennen, die auftreten, während der Teilnehmer die verschiedenen Ausdrücke, Emotionen und Aktionen verarbeitet.

Wenn die Algorithmen in ihrem Datensatz eine EEG-Gehirnwelle erkennen, kann das BCI das Muster mit einem physischen oder digitalen Befehl verknüpfen. Wenn Sie zum Beispiel an ein Triggerwort wie „push!“ denken, wird Ihr Avatar ein Objekt aus seinem Weg schieben.

TechCrunch TV: gedankengesteuerte Geräte und mehr mit EEG

EEG-Anwendungsfälle

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

• Neurowissenschaft

• Programme zur Hirnerziehung

• Neuromarketing

• Schlafstudien

• Brain-Computer Interface (BCI)

• Kognitive Leistung

• Selbstquantifizierung

• Emotionale Zustände

• ADHS-Therapie

• Neurologische Störungen

• Gehirnwellen-Entrainment

• Kognitive Verhaltenstherapie

• Neuroinformatik

• Gehirnwellen-Gaming

• AR- & VR-Unterstützung

• Dysphagie und Demenz

• Schlaganfall-Rehabilitation

• Arbeitsgedächtnistests (N-back)

Hinweis: Dies sind nur allgemeine Informationen über EEG. Emotiv-Produkte sind nur 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 ausgelegt oder bestimmt, zur Diagnose oder Behandlung von Krankheiten verwendet zu werden.