Waarom EEG gebruiken voor onderzoek?

Stel je voor dat je een korte video hebt gemaakt en je wilt uitzoeken welke delen van de video mensen boeiend vonden. Normaal gesproken zou je het ze gewoon vragen. Misschien zou je een enquête gebruiken. Maar het meest voorkomende antwoord zou kunnen zijn: “Ik weet het niet precies” of “Ik kan het me niet herinneren”. Onderzoek doen naar menselijke perceptie met alleen subjectieve metingen kan vol onzekerheden zitten, die metingen van neurofysiologische reacties mogelijk kunnen helpen overwinnen. EEG-apparaten zijn uniek gepositioneerd als een gemakkelijk toegankelijk, kosteneffectief hulpmiddel dat onderzoek naar menselijke perceptie kan verbeteren. Daardoor wordt het snel een belangrijk hulpmiddel in de psychologie, neuromarketing en BCI.

Wat is EEG?

Elektro-encefalografie (EEG) is de meting van elektrische activiteit die wordt opgewekt door hersencellen, die neuronen worden genoemd. Het is een veilige en niet-invasieve methode waarbij elektroden op de hoofdhuid worden geplaatst. EEG-apparaten die hiervoor worden gebruikt kunnen variëren van commerciële apparaten met één kanaal tot medische systemen met 256 kanalen. Je kunt meer details lezen over wat EEG is en verschillende EEG-apparaten hier.

Wat zijn de voordelen van EEG?

Hoge temporele resolutie

Door de hoge temporele resolutie kan EEG prebewuste processen in kaart brengen.

De grootste kracht van EEG ten opzichte van andere neuroimagingmethoden is de temporele resolutie, d.w.z. het vermogen om snelle hersenreacties te meten in het bereik van milliseconden. Andere hersenbeeldvormingsmethoden zoals fMRI (functionele magnetische resonantiebeeldvorming), vereisen een seconde of meer na het aanbieden van de stimulus van interesse. Verder vertrouwen gedragstaken die zijn ontworpen om onzekerheden in subjectieve reacties te vermijden doorgaans op reactietijden en knopdrukreacties. Deze kunnen tot een seconde duren, wat erg traag is als je bedenkt dat de hersenen veel complexe neurofysiologische processen kunnen produceren op een milliseconde-tijdschaal. Daardoor kan EEG, dankzij de hoge temporele resolutie, prebewuste processen indexeren die anders onopgemerkt zouden blijven met alleen zelfrapportage en responsgebaseerde taken.

Betaalbaarheid en mobiliteit

Sportwetenschap: Paxton Lynch ondergaat de druktest met de Emotiv Insight EEG-headset.

EEG-apparaten zijn kosteneffectief en draadloos geworden, waardoor onderzoekers onderzoek in het veld kunnen uitvoeren in plaats van deelnemers naar het lab te brengen. Hoewel zowel EEG als MEG (magneto-encefalografie) een hoge temporele resolutie hebben, is EEG het toegankelijkere onderzoeksmiddel doordat het goedkoop en mobiel is, wat het mogelijk maakt menselijk gedrag te bestuderen in gecontroleerde of natuurlijke omgevingen. Alternatieve neuroimagingmethoden (bijv. MEG, MRI en PET) vereisen hoge onderhoudskosten en deelnemers moeten naar een ziekenhuis- of laboratoriumomgeving worden gebracht om deze studies uit te voeren. In scherp contrast hiermee kan bijna elke omgeving worden omgevormd tot een EEG-"lab". (Zie review van Park et al.1 over hoe mobiel EEG in het veld kan worden gebruikt om sportprestaties te verbeteren)

Studies in-house of op afstand

EEG hoeft niet noodzakelijk laboratoriumgebaseerd te zijn met één enkel apparaat. Met de vooruitgang in betaalbare, commerciële EEG-apparaten kunnen thuisgebruikers EEG bij zichzelf registreren. Het EmotivLABS-platform stelt onderzoekers in staat hun experimenten online uit te voeren met EMOTIV-headsets, die zijn gevalideerd ten opzichte van onderzoeksapparatuur²ʹ³. Lees over onze online pilot-EEG-studie hier of over een van onze samenwerkingen waarbij EMOTIV-gebruikers deelnamen aan een thuisstudie om presentatiesoftware te beoordelen hier.

Wat kunnen we meten met EEG?

Meestal gebruiken onderzoekers ofwel de spanningsamplitudes op interessante tijdspunten na het begin van een stimulus (d.w.z. event-related potentials, of ERP’s) of de hoeveelheid oscillaties (van hersengolven) in de EEG per seconde (d.w.z. tijd-frequentieanalyse).

Deze twee domeinen stellen ons in staat verschillende onderzoeksvragen met betrekking tot gedrag te beantwoorden. Verder kunnen we, met de vooruitgang van geavanceerde machinelearningalgoritmen, beginnen met het decoderen van mentale toestanden als reactie op stimuli van interesse. Met de ontwikkeling van voor aandacht gevalideerde algoritmen kunnen we nu bijvoorbeeld eenvoudig vragen beantwoorden zoals “Welk deel van mijn video trok meer aandacht”.

Aandachtspunten om te overwegen

Het is belangrijk om te onthouden dat we met EEG niet precies gedachten kunnen lezen. Daarom moeten de stimuli die worden vergeleken idealiter op elk aspect overeenkomen, behalve de variabele van interesse zelf. Een goed ontworpen experimentele taak is dus de hoeksteen van goed EEG-onderzoek. Ten tweede kunnen EEG-apparaten interferentie van elektrische apparatuur oppikken en EEG’s kunnen ook gevoelig zijn voor beweging, wat ongewenste artefacten in de registratie kan introduceren. Daardoor weerspiegelen ruwe EEG’s reacties van de hele hersenen die moeten worden opgeschoond en verwerkt voordat er conclusies kunnen worden getrokken over de perceptie van de stimuli.

Daarnaast registreert de hersenactiviteit bij een enkele elektrode activiteit van de hele hersenen en de locatie geeft niet direct precies de bron van de activiteit aan (bijv. een verhoogde activiteit bij een frontale elektrode betekent niet dat de frontale kwab deze respons heeft gegenereerd). Methoden zoals bronreconstructie⁴ van EEG-respons kunnen hiervoor worden gebruikt om de bron op hoofdhuidniveau te bepalen. Om diepere bronnen met meer zekerheid te bepalen, kunnen neuroimagingmethoden zoals MEG of fMRI gekoppeld aan EEG worden overwogen.

EEG in huidig onderzoek

EEG wordt momenteel op uiteenlopende manieren gebruikt en helpt onderzoekers niet alleen in de psychologie en medische velden, maar ook in brain-computerinterfaces, neurofeedback en in het begrijpen van consumentengedrag in vakgebieden zoals neuromarketing.

Medische of klinische neurowetenschap

EEG wordt overwegend gebruikt in medische velden om diagnose en behandeling te verbeteren. Zo is het meest voorkomende gebruik van EEG bij de diagnose van epilepsie en het detecteren van aanvallen⁵ en in slaapstudies om slaapafwijkingen op te sporen⁶. In de psychiatrie en klinische neurowetenschap wordt EEG momenteel gebruikt om objectieve markers van stoornissen te identificeren die anders afhankelijk zijn van subjectieve klinische beoordelingen. Technieken zoals kwantitatieve EEG (qEEG), waarbij de hoeveelheid oscillaties wordt berekend en over de hoofdhuid in kaart wordt gebracht, worden gebruikt om veranderingen in de hersenen veroorzaakt door verschillende psychiatrische stoornissen te karakteriseren⁷. Machine learning toegepast op de classificatie van gezonde versus verstoorde hersenen effent ook de weg voor objectievere methoden van diagnose⁸ˈ⁹.

Neuromarketing

Zeker, het begrijpen van consumentengedrag staat centraal in Neuromarketing. Het meest voorkomende gebruik van EEG in dit veld is het bepalen van minder opvallende en boeiende aspecten van advertenties¹⁰, producten of diensten met als doel deze te verbeteren.

EMOTIV x Neuromarketing - De toekomst van consumentengedrag in L’Oreal’s Luxury Lab.

EEG-oscillaties worden ook gebruikt om vast te stellen of er onbewuste merk-/productherinnering is¹¹. Andere toepassingen omvatten neuropricing, waarbij gedragstaken met EEG worden gebruikt om optimale prijsstrategieën voor producten te vinden¹².

EMOTIV x Neuromarketing - Hoe de hersenen reageren op verschillende prijsvoorstellen.

Algemeen neurowetenschappelijk onderzoek

Dit type onderzoek omvat het begrijpen van hoe de hersenen functioneren (bijv. hoe onze hersenen visuele of auditieve stimuli verwerken) en hoe verschillende delen van de hersenen met elkaar communiceren. Het omvat ook het begrijpen van de relatie tussen de hersenen en stoornissen (bijv. autismespectrumstoornis of schizofrenie). Dit omvat meerdere velden, waaronder sociale, affectieve, computationele en cognitieve domeinen.

Brain computer interfaces(BCI)

BCI-onderzoek is gericht op het vertalen van mentale commando’s naar een externe actie, door EEG te integreren met computerapparaten. Het gebruiken van mentale commando’s om een tekstdocument te typen, een rolstoel te besturen en zelfs prothetische ledematen te bewegen, zijn enkele van de huidige ontwikkelingen in BCI die worden gebruikt om de levenskwaliteit van mensen met een beperking te verbeteren¹³.

Brain computer interfaces (BCI) - De verbluffende creaties van John, een 8-jarige jongen met cerebrale parese, op brainpaintbyjohn op Instagram

Een andere revolutie vindt plaats in de muziekindustrie, waar muzikanten/zangers hun gedachten gebruiken om muziek te creëren (zie ons gerelateerde bericht hier)

Brain computer interfaces (BCI) - EMOTIV’s EPOC-headset & de iconische TONTO-synthesizer zijn de perfecte match.

Over het algemeen biedt het gebruik van EEG de belofte om onder het oppervlakteniveau van begrip van menselijk gedrag te gaan. De kosteneffectiviteit en hoge toegankelijkheid maken het een nuttig hulpmiddel in meerdere disciplines, waarbij processen variërend van het verbeteren van gebruikerservaringen tot het bevorderen van therapieën mogelijk worden door dieper te gaan dan eenvoudige subjectieve zelfrapportages en menselijk gedrag objectief te decoderen met behulp van EEG.

Brain computer interfaces (BCI) - EMOTIV x Rodrigo Hubner Mendes, rijdt in een F1-auto met mentale commando’s

Artikel door
Roshini Randeniya, Research Officer, EMOTIV Research Pty. Ltd

Referenties

1. Park, J. L., Fairweather, M. M. & Donaldson, D. I. Pleidooi voor mobiele cognitie: EEG en sportprestaties. Neurosci. Biobehav. Rev. 52, 117–130 (2015).

2. Kotowski, K., Stapor, K., Leski, J. & Kotas, M. Validatie van Emotiv EPOC+ voor het extraheren van ERP-correlaten van emotionele gezichtsverwerking. Biocybern. Biomed. Eng. 38, 773–781 (2018).

3. Badcock, N. A. et al. Validatie van het Emotiv EPOC EEG-systeem voor onderzoekskwaliteit auditieve event-related potentials bij kinderen. PeerJ 3, e907 (2015).

4. Michel, C. M. et al. EEG-bronbeeldvorming. Clin. Neurophysiol. 115, 2195–2222 (2004).

5. Noachtar, S. & Rémi, J. De rol van EEG bij epilepsie: een kritische review. Epilepsy Behav. 15, 22–33 (2009).

6. Aldrich, M. S. & Jahnke, B. Diagnostische waarde van video‐EEG-polysomnografie. Neurology 41, 1060–1060 (1991).

7. Prichep, L. S. & John, E. R. QEEG-profielen van psychiatrische stoornissen. Brain Topogr. 4, 249–257 (1992).

8. Khodayari-Rostamabad, A., Reilly, J. P., Hasey, G. M., de Bruin, H. & MacCrimmon, D. J. Een machinelearningbenadering met EEG-gegevens om respons op SSRI-behandeling voor depressieve stoornis te voorspellen. Clin. Neurophysiol. 124, 1975–1985 (2013).

9. Čukić, M., López, V. & Pavón, J. Classificatie van depressie via rusttoestand-elektro-encefalogram als een nieuwe praktijk in de psychiatrie: review. J. Med. Internet Res. 22, e19548 (2020).

10. Ohme, R., Reykowska, D., Wiener, D. & Choromanska, A. Analyse van neurofysiologische reacties op advertentiestimuli door middel van EEG- en galvanische huidresponsmetingen. J. Neurosci. Psychol. Econ. 2, 21–31 (2009).

11. Shaari, A., Syafiq, M., Mikami, O. & M.A, M. K. Toepassing van elektro-encefalografie (EEG) in neuromarketing - het onderbewuste verkennen ELECTROENCEPHALOGRAPHY (EEG) APPLICATION IN NEUROMARKETING-EXPLORING THE SUBCONSCIOUS MIND. 14, (2020). (Neuromarketing)

12. Nigdelis, V. & Tsolaki, M. Neuropricing: perspectieven op hersenreacties op prijsblootstelling. Hell. J. Nucl. Med. 20, 196–203 (2017).

13. Abiri, R., Borhani, S., Jiang, Y. & Zhao, X. Decod