D1 Elektroenzephalographie (EEG)

Thema

Das auf der Kopfhaut abgeleitete Elektroenzephalogramm (EEG) entsteht durch das elektrische Feld, das von der synchronen Aktivität großer Populationen kortikaler Neuronen erzeugt wird. Innerhalb dieser Neuronenpopulationen sind es vor allem die summierten postsynaptischen Potenziale in den kortikalen Säulen, die dieses elektrische Feld erzeugen. Dieses Feld breitet sich von den kortikalen Säulen zur auf der Kopfhaut platzierten Elektrode gemäß einem Volumenleitungsmodell aus. Je synchroner die Aktivität der kortikalen Neuronen ist, desto intensiver ist das letztendlich von der Elektrode aufgezeichnete EEG-Signal.

Nach der Aufzeichnung kann das EEG-Signal mithilfe seiner spektralen Leistungsdichte in den Frequenzbereich zerlegt werden. Diese quantifiziert, welcher Anteil der EEG-Signalaktivität den einzelnen klassischen Frequenzbändern Delta, Theta, Alpha, Beta und Gamma entspricht. Je höher die Leistungsdichte des EEG-Signals in einem bestimmten Frequenzband ist, desto größer ist dessen Beitrag zur gesamten aufgezeichneten Aktivität.

Mithilfe desselben auf der Kopfhaut abgeleiteten Elektroenzephalogramms (EEG) versucht das inverse Quelllokalisierungsproblem, die kortikale Aktivitätsverteilung zu rekonstruieren, die das Spannungsmuster des EEG-Signals am besten erklärt. Dies geschieht typischerweise durch regularisierte Minimierungsverfahren, die unter allen möglichen kortikalen Aktivitätsverteilungen diejenige suchen, die am besten zum beobachteten EEG-Signal passt.

Wird das EEG-Signal gleichzeitig mit mehreren Elektroden abgeleitet, ermöglicht es zudem die Berechnung der Interkanal-Kohärenz. Dieses Maß quantifiziert die funktionelle Kopplung zwischen den verschiedenen kortikalen Regionen, die das EEG-Signal in jedem Kanal generieren. Je höher die Interkanal-Kohärenz des EEG-Signals, desto stärker ist die funktionelle Kopplung zwischen den entsprechenden kortikalen Regionen. Schließlich ermöglicht das EEG-Signal die automatische Erkennung epileptiformer Entladungen mithilfe derselben Amplituden- und Dauerkriterien, die bereits zur Charakterisierung synchronisierter Entladungen im Epilepsiemodell eingeführt wurden. Insgesamt ist es das Elektroenzephalogramm-Signal, vom elektrischen Feld, das von kortikalen Neuronen erzeugt wird, über seine Frequenzanalyse, seinen Quellort und seine Kohärenz zwischen den Kanälen, das sowohl die Charakterisierung normaler Hirnaktivität als auch die Erkennung pathologischer Muster wie epileptiformer Entladungen ermöglicht.

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