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Untersuchung periodischer Frequenzveränderungen des Alpha-EEG
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Veröffentlicht: | 6. September 2007 |
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Einleitung / Hintergrund: An der Schädeloberfläche messbare periodische EEG-Potenziale entstehen durch zeitlich synchrone synaptische Aktivierung vieler Pyramidenzellen. Taktgeber ist hierbei der Thalamus. Dessen Impulse werden nicht nur auf der thalamokortikalen Faser weitergeleitet, sondern erzeugen über ein Interneuron des Nucleus reticularis eine rückläufige kollaterale Hemmung. Im Wachzustand geringer visueller Aufmerksamkeit wird ein schwingungserzeugender Regelkreis aktiviert: Es entsteht v.a. okzipitoparietal der Alpha-Rhythmus (8–13 Hz). Diese Alpha-Komponente ist zeitlich nicht stationär. Die Untersuchung der Frequenzveränderungen der Alpha-Komponente hat bisher relativ wenig Beachtung gefunden [Ref. 1].
Material und Methoden: Grundlage des Vorgehens ist die Anwendung eines Second Order Blind Identification-Algorithmus (SOBI) [Ref. 2] zur Identifizierung unabhängiger Komponenten des Original-EEG. Aus den resultierenden Komponenten werden regionenspezifische Alpha-Komponenten selektiert. Ziel des weiteren Vorgehens ist die Bestimmung der momentanen Frequenz der Alpha-Komponenten am Beispiel der okzipitoparietalen Region, um aus ihr eine Regelgröße in Form der Frequenzänderung abzuleiten. Dabei werden vier Methoden verglichen. Im klassischen Verfahren wird das reelle EEG-Signal durch die Hilbert-Transformierte zu dem (komplexen) analytischen Signal ergänzt. Es wird dessen Phase ermittelt und durch Differentiation des Signals die Momentanfrequenz bestimmt. Alternative Methoden verwenden die Nulldurchgänge des Signals, den steilsten Anstieg (Wendepunkt) bzw. die Mitte zwischen zwei benachbarten Extremwerten als einen angenommenen Pseudowendepunkt als Berechnungsbasis. Durch Interpolation werden die Zeitfunktion der Frequenz und daraus das Leistungsspektrum berechnet.
Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die Güte des Vorgehens wurde in Simulationsstudien durch ein variables Signal-Rauschverhältnis (bis -10 dB) eines EEG-ähnlichen Prüfsignals geprüft. Bei ungünstigen Signal-Rauschverhältnissen erwiesen sich das klassische Verfahren der Frequenzbestimmung und die Methode auf der Basis der Pseudowendepunkte den anderen Methoden als überlegen. Erste Untersuchungen wurden an EEG-Daten von 79 Probanden durchgeführt. Dabei zeigten sich in den Leistungsspektren der Frequenz-Zeit-Funktion deutliche Maximalwerte im Bereich um 0.05 Hz. Die Ergebnisse liefern Anhaltspunkte, dass Analysen der periodischen Veränderungen der Frequenzen der Alpha-Komponenten einen Beitrag zur Untersuchung des oben beschriebenen Regelkreises leisten können.
Literatur
- 1.
- Schroeder MJ, Barr RE. An alpha modulation index for electroencephalographic studies using complex demodulation. Med Biol Eng Comput. 2000;38:306-10.
- 2.
- Belouchrani A, Abed-Meraim K, Cardoso JF, Moulines E. A Blind Source Separation Technique Using Second-Order Statistics. IEEE Transactions on Signal Processing. 1997;45(2):434–44.