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Die Elektroenzephalographie (EEG) ist eine Methode zur Messung der elektrischen Aktivität des Gehirns. Es handelt sich dabei um eine nicht-invasive Methode, bei welcher Spannungsschwankungen an der Kopfoberfläche der Versuchspersonen abgeleitet werden.
Die Ursache für die gemessenen Spannungsschwankungen bilden physiologische, bioelektrische Vorgänge an den Gehirnzellen, die während der neuronalen Verarbeitung von Informationen auftreten. Zur Registrierung des EEG werden Elektroden mit einer speziellen Kappe auf der Kopfoberfläche angebracht. Die Elektrodenpositionierung erfolgt entsprechend einer internationalen Konvention (10-20-Elektrodensystem, siehe Abb. 1) und beruht auf 4 Bezugspunkten: der Nasenwurzel (Nasion), dem Knochenvorsprung am Hinterhaupt (Inion) und den beiden knöchernen Vertiefungen vor den Ohren (präauriculäre Punkte). Die Anzahl der Elektroden richtet sich nach der spezifischen Forschungs-Fragestellung und der angestrebten räumlichen Auflösung. In unseren Studien werden meist zwischen 32 und 64 Elektroden verwendet. Jede EEG-Messung erfolgt in Abhängigkeit zu einem Referenzpunkt. Häufig verwendete Referenzpunkte sind dabei einzelne Elektroden (z.B. hinter den Ohren, den sogenannten Mastoiden) oder die Durchschnittsreferenz aus allen Elektroden (average reference).
Die zu messenden Spannungsschwankungen sind sehr klein (im Mikrovolt-Bereich) und können durch die an der Kopfoberfläche angebrachten Elektroden nur dann detektiert werden, wenn mehrere 10’000 Zellen synchron aktiv sind. Zudem wird ein empfindlicher Messverstärker benötigt.
Die gemessenen Spannungsschwankungen werden in Form des Elektroenzephalogramms aufgezeichnet und digital weiterverarbeitet. Grundsätzlich können zwei verschiedene Arten der Auswertung voneinander unterschieden werden. (1) Durch die Mittelung von EEG-Abschnitten, die bestimmten Reizen folgen, können Ereigniskorrelierte Potenziale (EKPs) bestimmt werden, die Informationen über die kortikale Verarbeitung der entsprechenden Reize enthalten (siehe Abb. 2). (2) Die spektrale Analyse des EEG-Signals liefert für einen definierten Zeitabschnitt eine Zerlegung des EEG-Signals in seine zugrundeliegenden Frequenzkomponenten (siehe Abb. 3). Bestimmte Frequenzkomponenten werden mit gewissen Bewusstseins- oder Aktivitätszuständen in Verbindung gebracht.
Während einer EEG-Untersuchung des Gehirns sitzen die Studienteilnehmer auf einem Stuhl vor einem Computerbildschirm, auf welchem ihnen eine Aufgabe präsentiert wird (z.B. eine Arbeitsgedächtnisaufgabe). Ausserdem erhalten sie eine Tastatur, auf der sie Antworten eingeben sollen (z.B. Drücken der Taste „j“, wenn das Bild identisch ist mit dem grad zuvor gezeigten). Vor dem eigentlichen Beginn der Untersuchung werden die Elektroden mit Hilfe einer speziellen Kappe auf der Kopfhaut angebracht. Ein leitfähiges Gel wird punktuell auf die Kopfhaut appliziert, um einen optimalen Kontakt zwischen Kopfhaut und Elektroden herzustellen. Nach der Untersuchung kann das Elektrodengel problemlos ausgewaschen werden. Hierzu stellen wir Shampoo, Handtuch und Fön zur Verfügung. Die untere Abbildung (Abb. 4) zeigt eine Person mit einer Elektrodenkappe.
Zu Beginn der EEG-Untersuchung wird für einige Minuten das sogenannte Spontan-EEG aufgezeichnet. Es handelt sich dabei um die an der Schädeloberfläche registrierbaren Spannungsschwankungen, die nicht durch äußere oder innere Ereignisse evoziert werden. Im Anschluss daran wird das EEG aufgezeichnet während Sie mit bestimmten Aufgaben (z.B. dem Lösen der beschriebenen Arbeitsgedächtnisaufgabe) beschäftigt sind.
Das EEG-Signal ist sehr anfällig für Artefakte, die die Datenqualität beeinträchtigen. Biologische Artefakte, beispielsweise verursacht durch Lid- und Augenbewegungen bzw. durch die Anspannung von Gesichts- und Nackenmuskeln, spielen hierbei eine große Rolle. Augenbewegungen und Blinzeln sollten daher während der Untersuchung auf ein Minimum beschränkt werden. Ausserdem sollte auf eine bequeme Haltung geachtet werden.
Um exogene (nicht biologische) Artefakte zu minimieren, findet die EEG-Untersuchung in einer gegen elektromagnetische Strahlung abgeschirmten Kabine statt. Während der Untersuchung wird die Datenaufnahme durch den Studienleiter von ausserhalb der Kabine gesteuert wobei die Studienteilnehmer durch ein Mikrophon mit dem Studienleiter sprechen können und dieser sich durch eine installierte Kamera versichern kann, dass es Ihnen in der Kabine gut geht..
Das EEG-Verfahren ist nicht-invasiv (keine Spritzen oder ähnliches) und mit keinerlei Schmerzen verbunden. Das Verfahren wird routinemässig in der medizinischen Praxis und für Forschungszwecke eingesetzt. Bisher ist kein schädigender Einfluss dieses Verfahrens auf die menschliche Gesundheit bekannt. Es lassen sich zwar elektrische Spannungen messen, diese kommen aber natürlicherweise im Gehirn vor. Vom Messgerät selbst geht keine Spannung aus.
Für eine Studienteilnahme sollten Sie folgende Fragen mit „Nein“ beantworten können:
- Gibt es Gründe, dass Sie nicht längere Zeit still sitzen können (Niesen, Husten, starkes Jucken, Zittern, unwillkürliche Bewegungen, starke Schmerzen)?
- Hatten Sie jemals einen Schlaganfall?
- Hatten Sie jemals eine Hirnverletzung?
- Hatten Sie jemals eine Gehirnerschütterung mit längerer Bewusstlosigkeit?
- Hatten Sie jemals eine Hirnentzündung?
- Leiden Sie an Epilepsie?
- Leiden oder litten Sie an einer psychischen Erkrankung (z.B. Schizophrenie, Depression, manische Störung)?
- Nahmen oder nehmen Sie für bzw. seit mehr als 6 Monaten regelmässig Drogen (Alkohol, Cannabis, Heroin, Kokain, Amphetamine etc.) ein?
- Sind Sie Linkshänder?
- Sind Sie schwanger oder könnten Sie schwanger sein?
Bei einer Studienteilnahme sollen folgende Hinweise beachtet werden:
- 48 h vor und während des Experimentes keine Drogen einnehmen.
- 24 h vor und während des Experimentes keinen Alkohol einnehmen.
Die Untersuchung wird nur durchgeführt, wenn die Versuchperson nicht unter Erkältung, Heuschnupfen, Kopfweh, Magenschmerzen etc. leidet. Ist dies der Fall, so wird die Untersuchung verschoben.
Haarspray oder Gel sollte am Untersuchungstag nicht verwendet werden. Die Haare sollten weder fettig noch ganz frisch gewaschen sein.