Electroencephalography (EEG)

Электроэнцефалография (ЭЭГ)
Введение
В этом эксперименте вы запишете и проанализируете электроэнцефалограммы (ЭЭГ)
добровольца, чтобы посмотреть на эффект различных вмешивающихся сигналов. Вы
исследуете, какое влияние на альфа- и бета-ритмы оказывает открытие и закрытие глаз,
слуховые и умственные раздражители.
Задачи курса
К концу сегодняшней лабораторной работы вы сможете:
 Распознавать общие артефакты ЭЭГ сигналов.
 Идентифицировать и измерить альфа-ритмы.
 Понимать, как действие альфа-ритмов изменяется при умственном и слуховом
возбуждении.
Ганс Бергер, пионер регистрации ЭЭГ.
Первое записывающее оборудование ЭЭГ
Бергера.
Установка оборудования


Подключите Bio Amp кабель к
разъему Bio Amp на PowerLab.
Соедините провода трех плоских
ЭЭГ
электродов
–
земля,
отрицательный и положительный
первого канала (CH1) – на Bio Amp
кабеле.
Лобные электроды
 Присоедините лобный (отрицательный/белый) электрод
1. С помощью шариковой ручки нарисуйте маленький крест на лбу
добровольца, сразу под линией роста волос и приблизительно на 5 см
направо от точки средней линии (или на соответствующей позиции, если
доброволец лысый).
2. Слегка протрите помеченный участок кожи абразивным гелем или
тампоном.
Это важный шаг, который позволяет уменьшить электрическое сопротивление
внешнего слоя кожи и гарантирует хороший электрический контакт.

3. Если вы используете электродный крем, выдавите приблизительно две
капли в вогнутую (полую) сторону электрода. Если вы используете
электродную мазь, выдавите немного на ваш палец и затем нанесите её на
отмеченный крест. Прижмите вогнутую (полую) сторону электрода к мази.
4. Поместите электрод на крест и привяжите его к коже изоляционной лентой
длинной 5-8 см.
5. Чтобы предотвратить случайный отход электрода, используйте другую часть
ленты, чтобы прижать провод надежно к коже лба.
Прижмите заземленный (зеленый) электрод ко лбу добровольца тем же самым
способом как лобный электрод, но с другой стороны средней линии.
Затылочный электрод
 Присоедините затылочный (положительный/черный) электрод.
1. Обвяжите повязку плотно вокруг головы. Впереди она должна проходить
между бровями и ранее присоединенным лобным электродом. Сзади, она
должна быть на уровне самой широкой части черепа.
2. Оттяните повязку на 1-2 см на затылке. Раздвиньте волосы обнаженной
кожи головы, в нескольких см от средней линии, на той же самой стороне,
где расположен лобный электрод.
3. С помощью шариковой ручкой нарисуйте маленькую метку на коже головы
в выбранном месте.
4. Слегка потрите кожу на метке абразивным гелем.
5. Если вы используете электродный крем, выдавите приблизительно две
капли в вогнутую (полую) сторону электрода. Если вы используете
электродную мазь, выдавите немного на ваш палец и затем нанесите её на
отмеченный крест.
6. Поместите электрод на метку, пока волосы раздвинуты. Аккуратно
прижмите электрод к коже головы, чтобы гарантировать хороший контакт.
7. Убедитесь, что электрод не будет смещён или выдернут, верните повязку
так, чтобы она покрыла электрод и прижимала его твердо к коже головы.
8. Чтобы предотвратить случайный отход электрода, прикрепите провод к
внешней части повязки с помощью изоляционной ленты.
9. Проверьте снова, что электрод прижат к отмеченной области на коже
головы. В случае необходимости аккуратно затяните повязку.
Рассположение добровольца
 Попросите добровольца лечь на спину или сесть в удобном положении, голову
повернуть так, чтобы ни один из электродов не был сдвинут или зажат.
 Перед продолжением эксперимента проверьте, чтобы все электроды должным
образом были присоединены к добровольцу и к Bio Amp кабелю.
Упражнение 1: Распознавание артефактов
Главный канал в панели LabTutor показывает необработанную ЭЭГ, расположенные ниже
4 канала выводят на экран в цифровой форме отфильтрованные данные:
 Альфа частота (8 - 13 Hz, ~30-50 µV)
 Бета частота (13 - 30 Hz, <20 µV)
 Тета частота (4 и 8 Hz, <30 µV)
 Дельта частота (0.5 и 4 Hz, ~100-200 µV).
Во время эксперимента используйте линию прокрутки, автомасштаб и средства
управления сжатием, чтобы убедиться, что вы можете видеть все записанные данные.
Не забудьте убедиться, что доброволец расслаблен и лежит неподвижно, кроме тех
случаев, когда он проинструктирован иначе.
Артефакт моргания
1. Нажмите Старт. Попросите,
чтобы доброволец
неоднократно моргал.
2. Наблюдайте за добровольцем
и нажимайте клавишу Enter,
чтобы вводить комментарий
на каждое моргание.
3. После 5-10 секунд нажмите
Стоп.
Движения глаз
1. Нажмите Старт. Попросите,
чтобы доброволец
попеременно пристально
глядел налево, затем
направо, в повторяющемся
принципе. Добровольцу
следует не двигать головой
во время этих перемещений
глаз.
2. Наблюдайте за
добровольцем и нажимайте
клавишу Enter, чтобы
вводить комментарий
каждый раз, как доброволец
двигает глазами.
3. После 5-10 секунд, нажмите
Стоп.
Перемещения головы
1. Нажмите Старт. Попросите,
чтобы доброволец двигал
своей головой, поочередно
влево, затем вправо, в
повторяющемся принципе.
2. Наблюдайте за добровольцем
и нажимайте клавишу Enter,
чтобы вводить комментарий
каждый раз, как доброволец
поворачивает голову.
3. После 5-10 секунд, нажмите
Стоп.
Анализ - ЭЭГ артефакты
1. Исследуйте записи, используя линию прокрутки у основания панели LabTutor и
подстраивая вертикальный масштаб.
2. Истинные сигналы ЭЭГ редко превышают +50 µV и -50 µV. Вы должны найти бóльшие
сигналы вне диапазона ±50 µV, которые относятся к морганию, движениям глаз и
перемещениям головы. Эти бóльшие сигналы - артефакты. Если вы не видите такие
сигналы, проверьте подсоединения электродов и в случае необходимости, отсоедините и
повторно присоедините провода, качество которых вызывает сомнение.
Существуют три частых причины артефактов, вроде тех, которые вы записали:
1. Электромиографическая активность (ЭМГ) мышц лица или кожи головы (например,
моргание, движения головой).
2. Потенциалы, которые появляются в результате вращения глаз (электроокулографические
или сигналы ЭОГ).
3. Механическое перемещение электродов, особенно затылочного, подсоединение
которого осложняется наличием волос.
Упражнение 2: Альфа и Бета ритм
Эта часть эксперимента исследует альфа и бета сигналы (альфа- или бета-ритм) в ЭЭГ и
влияние глаз в открытом или закрытом состоянии на эти ритмы.
Процесс:
1. Убедитесь, что доброволец расслаблен, лежит или сидит спокойно, открыв оба глаза.
2. Нажмите Старт.
3. Введите 'закрытый' в панели комментариев. После 30 секунд регистрации попросите,
чтобы доброволец закрыл оба глаза. Сразу нажмите кнопку 'Добавить', чтобы сделать
комментарий и продолжайте запись.
4. Введите 'открытый' в панели комментариев. После 30 секунд регистрации попросите,
чтобы доброволец открыл оба глаза. Сразу нажмите кнопку 'Добавить', чтобы сделать
комментарий.
5. Продолжайте регистрацию несколько секунд, затем нажмите Стоп.
6. Повторите эту процедуру ещё дважды, чтобы получить три набора результатов.
Ваши данные ЭЭГ должны быть похожи на пример ниже. Используйте автомасштаб, если
требуется.
Анализ - Альфа и Бета ритмы
Используя кнопки горизонтального масштабирования и полосу прокрутки, рассмотрите
свою запись, ища подтверждение изменения амплитуды альфа-сигналов между
открытыми глазами и закрытыми глазами. Также ищите любое изменение в активности
бета-ритма.
Вы можете распознать альфа-ритма с помощью их амплитуды и их синхронизации. Они
обычно меньше, чем 50 µV (хотя они могут быть довольно изменчивы от добровольца к
добровольцу). Каждый цикл альфа-сигнала должен продлиться почти точно 0,1 с как в
этом примере:


Если вы не можете найти подтверждение изменения в активности альфа-сигнала между
открытыми глазами и закрытыми глазами, проверьте точно ли глаза добровольца были
закрыты.
Если ваши записи состоят, главным образом, из артефактов большой амплитуды, вы,
возможно, должны поправить положение одного или более электродов.
У некоторых добровольцев может не проявляться существенно альфа-активность. В
этом случае проведите исследование на другом добровольце.
Идентифицировав альфа- и бета-ритмы, вы определите количество любых изменений в их
амплитуде и/или в частоте.
Процесс:
1. Из вашей первой записи, в течение периода, когда глаза добровольца были открыты,
выберите часть относительно без артефактов.
2. Во время выбора четыре панели значения выведут на экран измерения амплитуды и
частоты для альфа и для бета сигналов в течение выбранного периода. Перетащите
каждое значение в соответствующую ячейку таблиц, расположенных ниже.
3. Повторите эти шаги для периода при 'закрытых глазах' и последующие две записи.
Таблицы выведут на экран среднюю амплитуду и частоту, наряду со стандартным
отклонением (SD).
4. Как только вы завершили анализ, просмотрите график этих переменных, перейдя к нему с
помощью навигационных кнопок под таблицей.
График, сгенерированный LabTutor, показывает процентное изменение амплитуды и
частоты между открытыми глазами (контроль) и закрытыми глазами для каждой формы
сигнала. (Значение при закрытых глазах = 100 %).
Упражнение 3: Влияние умственной деятельности
В этом упражнении вы изучите влияние задач, которые требуют счета в уме на альфа и
бета ритм, в то время как глаза закрыты.
Процесс
1. Убедитесь, что доброволец расслаблен, лежит или сидит спокойно и оба глаза у
него закрыты.
2. Нажмите Старт и введите комментарий 'закрытый'.
3. После приблизительно 30 секунд записи альфа-ритма дайте добровольцу
следующие инструкции:
 Начните мысленно вычитать 7 из произвольного начального числа,
например:
100 - 7 = 93, 93 - 7 = 86, 86 - 7 = 79, и т.д...
 Дайте добровольцу команду просто продумать ответ и не говорить его.
4. Добавьте комментарий 'математика', когда вы даете команду считать в уме.
5. После еще тридцати секунд такого счета в уме, дайте добровольцу команду
прекратить вычитать и расслабиться.
6. Записывайте в течение еще нескольких секунд, затем нажмите Стоп.
7. Повторите эту процедуру еще дважды, чтобы получить три набора результатов.
Измените задачу счета в уме для каждого повторения.
Анализ - Умственная деятельность
Идентифицируйте альфа и бета-сигналы, связанные с закрытыми глазами без арифметики
(контроль) и когда начинался счет в уме. Теперь повторите анализ как в упражнении 2.
1. Из вашей первой записи выберите часть, когда глаза добровольца были закрыты,
но он не выполнял счет в уме.
2. Перетащите расчетные измерения амплитуды и частоты из панелей значения в
соответствующую ячейку таблиц, расположенных ниже.
3. Повторите эти шаги для всех трех записей для закрытых глаз с и без арифметикой.
Таблицы выведут на экран среднюю амплитуду и частоту, наряду со стандартным
отклонением (SD).
4. Как только вы завершили анализ, просмотрите график этих переменных, перейдя к
нему с помощью навигационных кнопок под таблицей.
График, сгенерированный LabTutor, показывает процентное изменение амплитуды и
частоты между записями без счета (контроль) и с вычислениями для каждой формы
сигнала. (Значение без счета = 100 %).
Упражнение 4: Влияние слухового стимулирования
В этом упражнении вы изучите влияние различных типов и громкости музыки на альфа и
бета ритмы при закрытых глазах.
Процесс
1. Вам понадобятся наушники и устройство проигрывания музыки для испытуемого.
2. Начните проигрывать следующие типы музыки для представления добровольцу.
 Успокаивающая (классическая) музыка, тихая.
 Успокаивающая (классическая) музыка, громкая.
 Интенсивная (рок) музыка, тихая.
 Интенсивная (рок) музыка, громкая.
3. Убедитесь, что доброволец расслаблен, лежит или сидит спокойно, с наушниками и оба
глаза у него закрыты.
4. Нажмите Старт и введите комментарий 'закрытый'.
5. После 30 секунд или устойчивой записи альфа-ритма предоставляют первый тип музыки и
добавляют соответствующий комментарий.
6. Еще после 30 секунд записи остановите музыку.
7. Записывайте в течение еще нескольких секунд затем нажмите Стоп.
8. Повторите эту процедуру для разного типа и громкости музыки.
Анализ - Слуховое стимулирование
Идентифицируйте альфа и бета сигналы, связанные с закрытыми глазами (контроль) и
каждым типом представленной музыки. Теперь повторите анализ как в упражнении 2 и 3.
1. Из вашей первой записи выберите часть, когда глаза добровольца были закрыты и он не
слушал музыку.
2. Перетащите расчетные измерения амплитуды и частоты из панели значений в
соответствующую ячейку таблиц, расположенных ниже.
3. Повторите эти шаги для всех записей с закрытыми глазами с и без различных типов
музыки. Таблицы выведут на экран среднюю амплитуду и частоту.
4. Как только вы завершили анализ, просмотрите график этих переменных, перейдя к нему с
помощью навигационных кнопок под таблицей.
График, сгенерированный LabTutor, показывает процентное изменение амплитуды и
частоты между экспериментом без музыки (среднее) и различными типами музыки для
каждой формы сигнала. (Значение без музыки = 100 %).
ОТЧЁТ
Упражнение 1: Распознавание артефактов
Используя кнопки горизонтального масштабирования и полосу прокрутки, покажите один
пример артефакта вашей записи ЭЭГ.
1. Назовите три источника артефактов в записях ЭЭГ и в какой форме сигнала эти
артефакты являются самыми распространенными.
Упражнение 2: альфа и бета ритмы
2. При каких условиях вы видели альфа-сигналы более четко?
3. Как вы думаете, о чем свидетельствует наличие альфа-сигналов?
Упражнение 3: Влияние умственной активности
4. Какие влияния на деятельность
деятельность?
5. Как вы объясните свои результаты?
альфа-сигнала
производит
Упражнение 4: Влияние слуховой стимуляции
6. Какое влияние на альфа-сигнал оказывают различные типы музыки?
7. Как вы объясните свои результаты?
умственная