Kopia Eeg2009.doc

                                                                                                                     Aktywność mózgu 2008/2009  –   1 

Tytus Sosnowski

WPROWADZENIE
DO  PSYCHOFIZJOLOGII

Aktywność mózgu

ELEKTROENCEFALOGRAFIA  (EEG)

-----------------------------------------------------------------------------

Prekursorzy

Richard Caton (Liverpool): 1875 – pierwsza rejestracja czynności elektrycznej mózgu (u zwierząt);

Napoleon Cybulski (UJ);

Adolf Beck (UJ, potem Uniwersytet Lwowski, uczeń Cybulskiego): 1891 – zademonstrowanie desynchronizacji czynności elektrycznej mózgu pod wpływem stymulacji sensorycznej;

Hans Berger (Lipsk): 1929 – pierwszy nieinwazyjny pomiar czynności elektrycznej człowieka. Berger jest uważany za twórcę współczesnej elektroencefalografii (EEG).
 

Generowanie aktywności elektrycznej mózgu

Mózg składa się z około 10 mld neuronów.  Neurony generują pole elektryczne i słabe pole magnetyczne.

Zjawiska elektryczne generowane przez neurony mogą być traktowane w skali makro jako DIPOLE (di-pol = dwa bieguny).

Powstawanie dipoli umożliwia specyficzna budowa kory - kolumnowe (prostopadłe do powierzchni czaszki) ułożenie warstw komórek.  Współczesne techniki obrazowania (imaging) czynności elektrycznej mózgu umożliwiają lokalizację dipoli (generatorów pola elektrycznego).

Dwa podstawowe podejścia do badania aktywności elektrycznej mózgu

·         badanie aktywności spontanicznej

·         badanie potencjałów wywołanych

Rejestracja sygnału EEG

System “10-20” (Jasper, 1958)

O - occipital (potyliczny)

P - parietal (ciemieniowy)

T - temporal (skroniowy)

F - frontal (czołowy)

Fp - prefrontal (przedczołowy)

C - central (centralny)

A - preauricular

liczby nieparzyste - lewa strona głowy,

Liczby parzyste  -  prawa strona głowy

Klasyfikacja podstawowych fal EEG

inne rodzaje fal:              K-complex, spike (iglica, fala ostra),

                                                                      spindle (wrzeciono)

Metody analizy aktywności spontanicznej

·         Indeks fali (np. indeks alfa – procent fal alfa w określonym odcinku zapisu EEG.

·         Wariancja sygnału = zwana też "mocą" sygnału.

·         Analiza harmoniczna (widmowa), zazwyczaj wykorzystująca analizę fourierowską – pozwala rozłożyć złożony sygnał  na składowe harmoniczne (funkcje sinusoidalne), w wypadku sygnału EEG – na fale o różnej częstotliwości. Możemy otrzymać graf przedstawiający charakterystykę składowych sygnału EEG o różnej częstotliwości.

·         mapowanie aktywności elektrycznej mózgu  (brain electrical activity mapping - BEAM)  -   metoda pozwalająca na przedstawianie rozkładu pola 
elektrycznego na powierzchni czaszki (skalpu).

·         obrazowanie (imaging) aktywności elektryczne mózgu – metoda pozwalająca na  przedstawianie rozkładu sygnału EEG w przestrzeni  trójwymiarowej i oszacowanie umiejscowienia dipoli.

EG a zmiany rozwojowe

Początkowo fale EEG mają niską amplitudę i są słabo ustrukturalizowane. Około 3 miesiąca pojawia się w okolicy potylicznej rytm o częstości 3-4 Hz i amplitudzie > 50 mV. Około 1 roku życia rytm ten osiąga częstość 6-7 Hz.
Około 12 roku życia rytm EEG w okolicy ciemieniowej osiąga 10-11 Hz i jest podobny do fal alfa u osób dorosłych.
U osób starszych szybkość rytmu alfa zmniejsza się.

Uważa się że zmiany EEG mogą być wskaźnikiem stopnia dojrzałości OUN i służyć do diagnozy zaburzeń rozwojowych. Według Thatchera można rozróżnić pięć faz rozwojowych na podstawie EEG:

1)              0 - 3 rok życia

2)              4 - 6   "

3)              8 - 10  "

4)              11-14  "

5)              15 - dorosłość

Asymetria  funkcjonalna  półkul  mózgowych

·         Po przecięciu spoidła wielkiego zanika specjalizacja półkul (np. prawa półkula może przetwarzać inf. językowe).

·         Sperry (Nagroda Nobla, 1982): w normalnych warunkach lewa półkula hamuje wykonywanie niektórych funkcji przez prawą półkulę.

·         Davidson & Schwartz (1977): amatorzy przetwarzają materiał muzyczny prawą półkulą, zawodowi muzycy zaś półkulą lewą.

·         Wiele badań wskazuje na większą aktywność prawej półkuli (tzn. więcej fal alfa w półkuli lewej) w czasie emocji pozytywnych niż negatywnych.

EEG  a  Inteligencja

Ø      Hipoteza (Jensen, Vernon, Ertl): Inteligencja to szybkość przetwarzania informacji (mental speed), wynikająca z szybkości transmisji neuronalnej (neural transmission speed).

* Ertl (1969): wyższy iloraz inteligencji koreluje pozytywnie
   z krótszą latencją potencjałów wywołanych.

* W pierwszych badaniach Ertla korelacje: od .10 do -.88.

* Badania Shucarda i Horna (1972) ­– korelacja między różnymi miarami inteligencji (skrystalizowanej i płynnej)
a latencją potencjałów wzrokowych (endogennych) oscyluje między -.15  a  -.32. Korelacje są wyższe w warunkach niższej aktywacji (mniej wymagające zadania).
Nie stwierdzono korelacji I.I. z amplitudą potencjału.

Ø      Donna & Alan Hendrickson (1979):  transmission-error hypothesis lub sznurkowa (string) teoria inteligencji.

* Wysoka inteligencja to bardziej dokładne (vs losowe) przesyłanie informacji w OUN. Wielokrotne reakcje kory na ten sam bodziec są bardziej podobne do siebie u osób z wysokim I.I. niż u osób z niskim I.I. Þ osoby o wyższym I.I. mają bardziej zróżnicowaną (dłuższą) linię potencjału.

* Wyniki Hendricksonów: wysokie korelacje długości “sznurka” z testami inteligencji (zwłaszcza – inteligencji płynnej), np.  r=0,77 z testem Wechslera dla dzieci (WISC),  r=0,47 z testem Ravena (studenci).

* H. J. Eysenck i wsp.: brak korelacji lub korelacja ujemna,
   od 0,20 do  -0,49

FAZY  SNU

Wg: Rechtschaffen & Kales (Eds.) (1968). Manual of Standarized terminology, Techniques and Scoring for Sleep Stages of Human Subjects (NIH publ. No 204). Washington D.C.: U.S. Government Printing Office

*REM = Rapid Eye Movement

Około 80% badanych relacjonuje marzenia senne w czasie fazy snu REM, a tylko 7% w czasie 3 i 4 fazy snu NREM (Madsen & Vorstrup, 1991).

Aktywność mózgu 
a  procesy  metaboliczne

Mózg ma masę równą ok. 2% masy ciała a zużywa 20% tlenu pobieranego przez organizm. Cała energia metaboliczna pochodzi ze spalania z glukozy (stąd: zużycie glukozy i tlenu oraz wielkość korowego przepływu krwi  mogą być wskaźnikami aktywności mózgu).

Badania (np. pomiar zużycia tlenu) wskazują, że metabolizm mózgu w czasie głębokiego snu (III i IV faza non-REM) jest 25%-40% niższy niż w stanie czuwania (natomiast zużycie tlenu przez inne tkanki praktycznie nie zmienia się).

Aktywność mentalna (procesy poznawcze, emocjonalne) prowadzi do lokalnych zmian metabolizmu korowego, natomiast globalny poziom metabolizmu nie zmienia się.

Sokoloff i in. (1955): w czasie wykonywania zadań arytmetycznych zaobserwowano desynchronizację fal EEG, wzrost rytmu serca i ciśnienia skurczowego krwi; natomiast przepływ krwi i zużycie tlenu przez korę nie zmieniły się.

Madsen i in. (1972) uzyskali podobne wyniki manipulując wysiłkiem umysłowym (zadanie arytmetyczne) i stresem (złe wykonanie zadań zagrożone było szokiem elektrycznym).

EVOKED  POTENTIALS (EP) – Potencjały Wywołane

EVENT  RELATED  POTENTIALS  (ERP)

-------------------------------------------------------------------

Potencjały  POJEDYNCZE  i  UŚREDNIONE  (averaged)

Założenia leżące u podstaw metody uśredniania:

...