EEG og ERP

Question 1

Hva er EEG?

Answer 1

• Elektroencefalografi (EEG) er en ikke-invasiv psykofysiologisk målemetode som forsøker å studere mental aktivitet og kognitive prosesser ved å måle elektrisk aktivitet i hjernen.
• Aktiviteten blir registrert av elektroder på overflaten av hodeskallen (mV/ms). Disse blir plassert på en spesifikk måte i henhold til bestemte anatomiske punkt.

Question 2

system for plassering av elektroder

Answer 2

• standardisert system for plassering av elektroder kalt “det internasjonale 10-20-systemet.”
• det refererer til avstanden mellom elektrodene, som da er 10/20% av avstanden mellom de bestemte referansepunktene på hodet, fra nasion til inion, fra pre-aurikulær point til pre-aurikulær point

Question 2

navngiving av elektroder

Answer 2

• forbokstav til hjerneregion: FP: frontalpol, F: frontal, T: temporal, P: parietal, O: occipital, C: central
• tall indikerer avstand fra midtlinjen, oddetall for venstre hjernehalvdel, partall for høyre
• ## der elektrodene blir plassert tettere, kan bokstavene bli kombinert for mer nøyaktighet, f.eks. CP1

Question 2

nasion, inion, pre-aurikulær point

Answer 2

• Nasion til inion: nasion (husk:nese) er foran, inion er bak
• pre-aurikulær point: ved hvert øre

Question 2

Hva måler EEG?

Answer 2

• EEG registrerer postsynaptisk aktivitet i en bestemt celletype i cerebral cortex: pyramidalceller
• pyramidalceller er input-outputceller i hjernebarken med multipolar form, de er de primære eksitasjonsenhetene i hjernebarken.

Question 3

dipol-modellene

Answer 3

??
- dipol er et system som består av to poler med motsatt elektrisk ladning
- EEG-signalet oppstår som resultat av den elektriske strømmen som kommer av postsynaptiske potensialer
- eksitatorisk nevrotrsnsmitter binder seg til de apikale dendrittene på pyramidalcellene
- cellen blir da depolarisert, som vil si at området utenfor blir negativt
- så strømmer de positive ionene gjennom de basale dendrittene, som gjør området utenfor positivt igjen
- det motsatte skjer ved binding av inhibitoriske nevrotransmittere, eller hvis signalet starter i soma i stedet for dendrittene.
- siden pyramidalcellene alltid er likt orientert (med de apikale dendrittene), dannes en felles elektrisk dipol når cellene blir aktivert (positivt eller negativt) på samme måte.

Question 4

pyramidalceller

Answer 4

• de har en apikal-dendritt, dvs. at dendrittene alltid er vendt opp mot hjernebarken
• så har de to basale dendritter
• en stor cellekropp

Question 5

når registreres EEG-signaler?

Answer 5

Når dipolsignalene blir summert, danner de stort nok elektrisk signal til å trenge gjennom skallen slik at EEG-elektrodene registrerer dem.

Question 6

er elektrisk aktivitet et tegn på nevral aktivitet?

Answer 6

EEG baserer seg på at antakelsen om at de elektriske signalene som fanges opp på hudoverflaten av hodet, gjenspeiler underliggende nevronal aktivitet.

Question 7

hva fanger EEG opp?

Answer 7

• noe av den nevrale/elektriske aktiviteten EEG fanget opp, er spontan og ikke relatert til sensoriske/motoriske output/input-signaler.
• noe av aktiviteten er derimot relatert til disse signalene altså er de relatert til spesifikke hendelser (stimuli eller responser)
• Disse kalles ERP event related potentials.

Question 8

spatial/temporal resolusjon

Answer 8

• EEG har god temporal resolusjon: de elektriske signalene (PSP) i hjernen beveger seg med høy hastighet. Derfor skjer ledningen nesten øyeblikkelig, og det er tilnærmet ingen tidsforskjell mellom PSP i nevronene og registrering av den tilsvarende aktiviteten i EEG
• Derimot har EEG dårlig spatial resolusjon: spenningen sprer seg utover større områder på overflaten av skallen, derfor registreres gjerne samme spenning i flere elektroder, og det blir vanskelig å registrere fra hvilke områder i hjernen den spesifikke elektriske aktiviteten kommer fra.

Question 9

artefakter i EEG-registrering

Answer 9

• elektrisk aktivitet fra ikke-nevrale kilder
• kan ha biologiske (muskulære, kardiovaskulære) og tekniske (kabelbevegelser, elektrisitet utenfra) kilder
• øyebevegelser er en stor kilde til artefakter og forstyrrer signalet.
• derfor brukes vanligivs EOG i tillegg, for å subtrahere signaler fra øyebevegelser, fra de andre signalene (EOG måler elektriske dipoler og ikke muskelbevegelser)
• ## elektriske artefakter (line noise) kan komme av datamaskin, eller elektriske nettverk i nærheten. karakteristisk frekvens på 50 Hz

Question 10

hvordan unngå artefakter?

Answer 10

• bruke EOG
• unngå å bevege kabler under registrering
• ## skjerme for alle kilder til elektrisitet

Question 11

analyse av EEG-aktivitet: frekvensbånd

Answer 11

• frekvensområder, klassifisert på bakgrunn av aktiviseringsmønster og frekvens
• deltabølger: 1-3 Hz, indikerer lav hjerneaktivitet/dyp søvn
• thetabølge: 3-8 Hz, fortsatt lav aktivitet, lett søvn/dyp avslapning, aktivitet i PFC
• Alfabølger: 8-12 Hz, store bølger, avlsappethet og søvnighet, aktivitet i bakre deler av hjernen, overgang søvn-våkenhet
• Betabølger 12-30 Hz, ofte karakteristisk for våkenhet, ofte aktiv v. informasjonsprosessering
• gammabølger, 30-100 Hz, assosiert med høy/kompleks kognitiv aktivitet, kommer fra korte feedback loops i hjernebarken (rask signalutveksling mellom nevroner) = synkronisert nevral aktivitet

Question 12

analyse av EEG-aktivitet: aktiviseringsmønster

Answer 12

• svingningsmønster i EEG-singnalet
• gir info om type mental aktivitet og prosessering som foregår
• aktiviseringsmønster med lave svinginger indikerer lite aktivitet, høye svingninger indikerer høy aktvitet

Question 13

hvordan identifisere frekvensbånd?

Answer 13

• kan sees visuelt, men vanlig å bruke analyseprogrammer som fourier i forskningssammenheng, som bryter ned bølgene til sett med sinusbølger

Question 13

ERP definisjon

Answer 13

• event-related potential: elektrofysisk respons i hjernen, oppstår tidsmessig relatert til en motorisk, kognitiv eller sensorisk hendelse
• ## representeres som spenningsendring over tid: Mv pr. Ms.

Question 14

eksogen ERP

Answer 14

• respons på fysiske aspekter av ytre stimuli, feks. lyd, lysblink. Disse responsene er automatiske og ikke knyttet til kognitiv prosessering

Question 14

endogen ERP

Answer 14

• respons på en indre stimuli eller prosess
• eksempel på respons: utelatelse av forventet stimulus, gjerne knyttet til event probability i eksperimentell sammenheng
  -

Question 15

hva er amplitude i ERP

Answer 15

• størrelsen på det elektriske potensialet (spenningsendringen) som blir registrert. Representert i y-aksen i mikrovolt.

Question 16

Hva er latens i ERP

Answer 16

• når etter stimulus spenningsendringen blir registrert. Representert i x-aksen i millisekund.

Question 17

SCP

Answer 17

• slow cortical potential: langsomme endringer i kortikal aktivitet, vanligvis forbundet med kognitiv prosessering. Varer fra sekunder til minutter

Question 18

spontan EEG

Answer 18

• kontinuerlig hjerneaktivitet ikke forårsaket av en spesifikk stimulus eller oppgave. kan brukes for søvnregistrering eller utredning/overvåking av epilepsi.

Question 19

singal to noise ratio

Answer 19

• forholdet mellom noise/spontan aktivitet og signal of interest altså det vi ønsker å måle

Question 20

signal averaging

Answer 20

• gjennomfører gjentatte runder/trials og beregner gjennomsnittlig responssignal av disse, for å isolere det gjentatte mønsteret av elektrisk aktivitet
• ideen er at det elektriske mønsteret vil gjenta seg likt, mens artefakter og spontan aktivitet vil variere fra trial til trial
• basert på antakelser

Question 21

antakelser om signal averaging

Answer 21

• Stimulus vil alltid forårsake samme respons (ikke alltid tilfelle!).

2) Responssignal kan ekstraheres fra dens tidsmessige relasjonen til stimulus.

3) Noise er ikke relatert til stimulus, og ikke statistisk relevant. Signalene er ikke tidsmessig relatert til hverandre så de vil ikke summeres på samme måte som SI.

4) Signal averaging reduserer spontan aktivitet i forhold til hendelses relatert aktivitet.

5) Signal averaging reduserer artefakter, så lenge de ikke er tidsmessig relatert til stimulus.

Question 22

ERP-komponent

Answer 22

• En ERP-komponent kan defineres som en registrert spenningsendring som reflekterer en spesifikk psykologisk eller nevral prosess

Question 23

ERP-komponent igjen

Answer 23

En ERP-komponent kan defineres som en registrert spenningsendring som reflekterer en spesifikk psykologisk eller nevral prosess (definisjon fra bokkapittel som ligger ute).

Visuelt ser en ERP ut som en serie av positive og negative topper.

Det er imidlertid en forskjell mellom toppene (maksimale og minimale frekvensverdier), og de underliggende komponentene (nevrale prosesser som til sammen utgjør den observerbare bølgeformen). En topp tilsvarer ikke nødvendigvis en komponent (spesifikk prosess).

Topper er enkle å observere og kvantifisere. Komponenter er ikke det. Utfordring i ERP forskning er å identifisere/hente ut komponenter fra de registrerte bølgene.

Question 24

Klassifisering av ERP-komponenter

Answer 24

• ERP-komponenter blir klassifisert og navngitt basert på polaritet (positiv P og negativ N), og ordinal posisjon (rekkefølgen komponenten har i forhold til andre komponenter i en tidsserie) eller latens (hvor lenge etter stimulus spenningsendringen oppsto).

Polaritet – bokstav.

Ordinal posisjon/latens - tall.

For eksempel P300: en positiv topp 300 ms etter stimulus.

Question 25

hvordan kvantifisere ERP-komponenter?

Answer 25

Hvordan kvantifisere ERP komponenter?

Det fins flere måter, ingen konsensus i fagfeltet om hvilken som er den beste.

Base-til topp- amplitude.

Topp-til-topp amplitude.

Gjennomsnittlig amplitude.

Svingningsforskjell mellom tilstand A og tilstand B.

Question 26

P300

Answer 26

• positiv spenningsendring ca 300ms etter at deltakeren blir presentert for en uventet hendelse. Oppstår vanligvis ved i konteksten av oddball paradigme, der usannsynlige/avvikende stimuli (oddballs) blir presentert i en serie med sannsynlige stimuli. Ved å trekke fra ERP forårsaket av sannsynlig stimuli fra de som ble forårsaket av usannsynlig stimuli, kan vi isolere hjerneaktiviteten som er følsom for den spesifikke stimulus kategorien. Skaper en forskjellbølgesom kan gi innsikt i hjernens kategorisering av stimuli.

Kan for eksempel brukes til å bestemme tiden det tar for hjernen å oppfatte og kategorisere stimuli.

I studier av personer med schizofreni fant man at disse personene har en forsinket P300 topp, noe som tyder på en forsinkelse i oppfattelses og kategoriseringsprosessen

Question 27

Mismatch negativity MMN

Answer 27

• Negativ spenningsendring som oppstår omtrent 150-225 ms etter at deltakeren blir presentert for en lydstimulus som avviker fra det forventede stimuli i en serie.
• oppsto når deltakere ikke reagerte aktivt på auditiv oddball, men leste heller bok. Da ble reaksjonen MMN i stedet for P300
• en automatisert respons, ved fokusert oppmerksomhet vil ikke uventet stimuli lage MMN respons

Question 28

Error related negativity ERN

Answer 28

• Negativ spenningsendring som oppstår 200-400 ms etter at deltakeren har gjort en feil respons i en oppgave
• ## studie viste at ERN er sterkere knyttet til respons enn stimuli

Question 29

N1

Answer 29

Negativ spenningsendring som oppstår 150-200 ms etter stimulus. Forårsaket av visuelle stimuli.

Question 30

P2

Answer 30

Positiv spenningsendring som oppstår omtrent 200 ms etter stimulus. Uklart hvilken underliggende mental aktivitet/prosess komponenten henger sammen med. Knyttet til høyere perseptuell prosessering og oppmerksomhet.