Rejestracja aktywności mózgowej

Transkrypt

1 Rejestracja aktywności mózgowej Dr hab. Izabela Rejer Wydział Informatyki Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

2 Plan wykładu 1. Układ Wyznaczenie miejsc aplikacji elektrod 3. Zasady aplikacji elektrod 4. Wzmacniacz EEG 5. Wzmacniacze wydziałowe 6. Inne metody rejestracji aktywności mózgu

3 System zasady F1, Cz, P3 Oznaczenie literowe - informacja o płacie F frontal (czołowy) P parietal (ciemieniowy) O occipital (potyliczny) T temporal (skroniowy) Fp pre-fontal (przed-czołowy) C linia centralna Oznaczenie liczbowe informacja o półkuli i odległości od linii środkowej 2, 4, 6. (numery parzyste) półkula prawa 1, 3, 5... (numery nieparzyste) półkula lewa z linia środkowa

4 System płaty czołowe 3 nad linią centralną 3 płaty ciemieniowe 4 temporal lobes 2 płaty potyliczne Fpz + Oz

5 Układ elektrod

6 Układ elektrod 128 elektrod odl. około 2.5cm

7 Punkty charakterystyczne Ogólna procedura pomiaru: Wyznaczenie punktów charakterystycznych Pomiar odległości między nimi. Podział odległości na 10% i 20% odcinki (wyznaczające położenia elektrod podstawowych). Dodatkowe pomiary (położenie elektrod pozostałych). Punkty charakterystyczne Nasin - punkt między czołem i nosem. Inion miejsce w którym kończy się kość czaszki. Punkt przeduszny - punkt zawieszenia dolnej szczęki.

8 Odl. Nz-Iz Cz* Odl. ucho-ucho Cz Fpz Oz* T3 T4 Odl. Fpz-T4-Oz-T3 36cm 50% (18cm) 38cm 50% (19zm) 10% (3,6cm) od Nz 90% (32,4cm) od Nz 10% (3,8cm) od LPP (przez Cz) 10% (3,8cm) od PPP (przez Cz) 56cm Oz 50% (28cm) od Fpz Fz* 30% (10,8cm) od Nz Pz* 30% (10,8cm) od Iz O1, O2 5% (2,8cm) od Oz Fp1, Fp2 5% (2,8cm) od Fpz F7, F8 15% (8,4cm) od Fpz T5, T6 15% (8,4cm) od Oz

9 Odl. F7-F8 Fz F3*, F4* F3 F4 Odl. T5-T6 Pz P3*, P4* P3 P4 Odl. T3-Cz C3*, C4* 32cm 50% (16cm) od F7 25% (8cm) od F7 20% Nz-Iz (7,2cm) od Fp1 20% Nz-Iz (7,2cm) od Fp2 32cm 50% (16cm) od T5 25% (8cm) od T5 20% Nz-Iz (7,2cm) od O1 20% Nz-Iz (7,2cm) od O2 15cm 50% T3-Cz (7,5cm) Odl. Fp1-O1 i Fp2-O2 28cm i 28cm C3 C4 50% Fp1-O1 (14cm) od Fp1 50% Fp2-O2 (14cm) od Fp2

10 Czepek EEG

11 Rodzaje elektrod (przeznaczenie) Wodne Żelowe Suche.. Aktywne Pasywne

12 Impedancja Opór między skórą a elektrodą Zrogowaciały naskórek pokryty tłuszczem - opór rzędu 1MΩ Tłumienie sygnału EEG Opór właściwy < 5kΩ Opory na wszystkich elektrodach powinny być zbliżone. Przetarcie miejsc aplikacji elektrod: szorstki gazik odtłuszczający alkohol

13 Aplikacja elektrod Odsunięcie włosów Przetarcie skóry Napełnienie elektrody żelem lub klejem Ewentualnie przyklejenie elektrody Po zakończeniu aplikacji wszystkich elektrod Podłączenie elektrod do wzmacniacza EEG

14 Elektroencefalograf Parametry: Fs (Hz) rozdzielczość (B)

15

16 Elektroda uziemiająca (GND) Napięcia mierzymy względem punktu odniesienia. W przypadku urządzeń elektrycznych punktem odniesienia jest ziemia (umowny potencjał 0V). W przypadku pomiaru aktywności elektrycznej mózgu pomiar względem ziemi nie ma sensu! Punkt odniesienia powinien znajdować się na ciele człowieka. Standardowo jest to punkt głowie (np. między Fp1 i Fp2; między Fz i Cz, na płatkach uszu).

17 Kanał EEG Elektroda GND pozwala na wyznaczenie napięcia na każdej z elektrod. Potencjał rejestrowany przez elektrodę uziemiającą jest odejmowany od potencjałów rejestrowanych przez elektrody sygnałowe i referencyjne. Napięcia podawane są na wejścia wzmacniacza różnicowego (U S -U R ). Wzmocniona różnica dwóch napięć stanowi sygnał rejestrowany w danym kanale EEG.

18 Montaż bipolarny i monopolarny

19 Montaż monopolarny Montaż monopolarny z absolutną referencją można programowo zmienić na dowolny inny montaż (monopolarny i bipolarny). 4 kanały: C3, C4, F3 i F4 + elektroda ref. A1* Napięcia na elektr. sygnałowych: C3*, C4*, F3* i F4* C3=C3*-A1* C4=C4*-A1* F3=F3* -A1* F4=F4*-A1* Zmieniamy referencję z A1* na C3* (poprzez odniesienie poszczególnych kanałów do kanału C3) np.: C4=C4-C3=C4*-A1*-(C3*-A1*)=C4*-C3* Przejście na montaż bipolarny identycznie

20 Elektroda referencyjna Jako referencji absolutnej używa się takiej elektrody, która nie ma wartości w danym badaniu. Często umieszcza się ją w okolicy uszu lub na nosie. Blisko czy daleko elektrod sygnałowych? Po tej samej, czy przeciwnej stronie głowy? Najczęstsze standardowe pozycje elektrody referencyjnej: A1; A2; uśrednione A1 i A2; C3.

21 Urządzenia EEG DigiTrack (Elmiko) EPOC (Emotiv) Discovery (BrainMaster)

22 DigiTrack 4 +2 kanały (K1-K4 gniazda sygnałowe, KR gniazdo referencyjne, KG gniazdo uziemiające), Częstotliwość próbkowania 250Hz, Program DigiTrack, Wymagany klucz sprzętowy.

23 EPOC (1) 14+2 kanały, Bezprzewodowy mobilny, Częstotliwość próbkowania 128Hz (EPOC) lub 256Hz (EPOC+), Niezmienny układ kanałów.

24 EPOC (2) Kanały: AF3, F7, F3, FC5, T7, P7, O1, O2, P8, T8, FC6, F4, F8, AF4 CMS/DRL referencja i uziemienie (umieszczone w P3/P4)

25 Discovery kanały Jest najbardziej zaawansowany (liczba kanałów, elastyczność, tryb on-line). Częstotliwość próbkowania - 256Hz Referencja absolutna w położeniu A1. Elektroda uziemiająca - GND. Przy OpenVibe min. 3 elektrody: A1, GND i np. C3. Przy BrainMaster min. 4 elektrody: A1, A2, GND i np. C3. W aplikacji BrainMaster stosowana jest referencja uśrednionych uszu (LE = (A1+A2)/2).

26 Metody rejestracji aktywności mózgu Techniki elektrofizjologiczne: rejestracja aktywności pojedynczych neuronów elektroencefalografia (EEG) elektrokortykografia (ECoG) Techniki megnetofizjologiczne: magnetoencefalografia (MEG) Techniki pośredniego badania aktywności neuronów: pozytronowa tomografia emisyjna (PET) funkcjonalne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (frmi) fnri lub fnirs (functional near-infrared spectroscopy)

27 Techniki elektrofizjologiczne Rejestracja aktywności pojedynczych neuronów do mózgu wprowadzane są elektrody igłowe, których końce umieszcza się wewnątrz badanej komórki nerwowej, zalety: wysoka precyzja, wady: problem reprezentatywności, inwazyjność. Elektroencefalografia (EEG) polega na odczycie sygnałów rejestrowanych przez grupę elektrod umieszczonych na powierzchni czaszki. mierzy wypadkowe pole elektryczne, generowane przez neurony znajdujące się stosunkowo blisko elektrody.

28 Techniki elektro- i magnetofizjologiczne Elektrokortykografia (ECoG) odmiana EEG, w której elektrody umieszczane są na korze mózgowej. Magnetoencefalografia (MEG) rejestruje pole magnetyczne towarzyszące zmiennemu polu elektrycznemu generowanemu w mózgu, indukcja pola magnetycznego mózgu jest rzędu T rejestracja wymaga skomplikowanej i drogiej aparatury, pomiar pola magnetycznego zestaw czujników zbliżanych do powierzchni czaszki (czujnik jest cewką, w której pole magnetyczne indukuje prąd elektryczny).

29 Magnetoencefalografia

30 Pozytronowa tomografia emisyjna PET polega na mierzeniu lokalnego poziomu metabolizmu neuronów, wstrzykiwana jest substancja promieniotwórcza, podczas rozpadu substancji promieniotwórczej emitowane jest promieniowanie gamma, wada: niska rozdzielczość czasowa (zmiany metabolizmu w stosunku do zmian aktywności neuronalnej są powolne).

31 Funkcjonalny rezonans magnetyczny (fmri) najczęściej wykorzystywane jest jądro wodoru, sygnał radiowy jest wysyłany w reakcji na impuls elektromagnetyczny, statyczne MRI - mierzy rozkład gęstości atomów wodoru, funkcjonalny MRI - bada rozkład natlenionej krwi w mózgu, której jest więcej w pobliżu aktywnych ośrodków mózgowych.

32 Funkcjonalna spektroskopia podczerwieni (fnirs) fnirs Functional Near-Infrared Spectroscopy technika nieinwazyjna, bezpieczna, przenośna i nisko-nakładowa, polega na mierzeniu zmian w świetle bliskim podczerwieni, które są wywoływane przepływem krwi w przedniej części mózgu; monitorowanie stopnia natlenienia krwi - pomiar zmian w koncentracji oxy- i deoxyhemoglobiny (różne widma w zakresie nm).

33 Dziękuję za uwagę