ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΚΑΙ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΕΓΚΕΦΑΛΙΚΩΝ ΠΡΟΚΛΗΤΩΝ ΔΥΝΑΜΙΚΩΝ ΣΕ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΜΕ ΥΠΟΣΥΝΕΙΔΗΤΑ ΕΡΕΘΙΣΜΑΤΑ

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΚΑΙ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΕΓΚΕΦΑΛΙΚΩΝ ΠΡΟΚΛΗΤΩΝ ΔΥΝΑΜΙΚΩΝ ΣΕ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΜΕ ΥΠΟΣΥΝΕΙΔΗΤΑ ΕΡΕΘΙΣΜΑΤΑ ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΗ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Τσιανάκα Ι. Ελένη Επιβλέπων: Ουζούνογλου Νικόλαος Καθηγητής Ε.Μ.Π. Αθήνα, Ιούνιος

2 2

3 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΚΑΙ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΕΓΚΕΦΑΛΙΚΩΝ ΠΡΟΚΛΗΤΩΝ ΔΥΝΑΜΙΚΩΝ ΣΕ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΜΕ ΥΠΟΣΥΝΕΙΔΗΤΑ ΕΡΕΘΙΣΜΑΤΑ ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΗ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Τσιανάκα Ι. Ελένη Επιβλέπων: Ουζούνογλου Νικόλαος Καθηγητής Ε.Μ.Π. Εγκρίθηκε από την εξεταστική επιτροπή την Ιουνίου Ν. Ουζούνογλου Καθηγητής Ε.Μ.Π... Κ. Νικήτα Καθηγήτρια Ε.Μ.Π... Γ. Ματσόπουλος Επ. Καθηγητής Ε.Μ.Π Αθήνα, Ιούνιος

4 Τσιανάκα Ι. Ελένη Διπλωματούχος Ηλεκτρολόγος Μηχανικός και Μηχανικός Υπολογιστών Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου Copyright Τσιανάκα Ι. Ελένη, 2009 Με επιφύλαξη παντός δικαιώματος. All rights reserved. Απαγορεύεται η αντιγραφή, αποθήκευση και διανομή της παρούσας εργασίας, εξ ολοκλήρου ή τμήματος αυτής, για εμπορικό σκοπό. Επιτρέπεται η ανατύπωση, αποθήκευση και διανομή για σκοπό µη κερδοσκοπικό, εκπαιδευτικής ή ερευνητικής φύσης, υπό την προϋπόθεση να αναφέρεται η πηγή προέλευσης και να διατηρείται το παρόν μήνυμα. Ερωτήματα που αφορούν τη χρήση της εργασίας για κερδοσκοπικό σκοπό πρέπει να απευθύνονται προς τον συγγραφέα. Οι απόψεις και τα συμπεράσματα που περιέχονται σε αυτό το έγγραφο εκφράζουν τον συγγραφέα και δεν πρέπει να ερμηνευθεί ότι αντιπροσωπεύουν τις επίσημες θέσεις του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. 4

5 Περίληψη Το Ηλεκτροεγκεφαλογράφημα αποτελεί μία μέθοδο καταγραφής των ηλεκτρικών σημάτων που παράγονται στο εσωτερικό του εγκεφάλου. Τα ηλεκτρικά αυτά σήματα διαχέονται από το σημείο που παράγονται προς την εξωτερική δερματική επιφάνεια του κρανίου όπου μετρώνται ως διαφορές δυναμικού. Αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας είναι η σχεδίαση και η υλοποίηση μίας πειραματικής συνθήκης και της αντίστοιχης πειραματικής διάταξης, η οποία θα επιτρέπει την καταγραφή των Προκλητών δυναμικών του ατόμου που θα εκτελεί το πείραμα. Το κλινικό πρωτόκολλο που χρησιμοποιήθηκε εξετάζει δύο βασικά θέματα. Το πρώτο αφορά την αντίληψη του ανθρώπου για το χρόνο και το δεύτερο το πώς επηρεάζουν τα υποσυνείδητα μηνύματα τη λήψη αποφάσεων και την εγκεφαλική λειτουργία. Αρχικά, στο πρώτο κεφάλαιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας, αναφέρονται οι βασικές αρχές του ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος και το σύστημα διάδοσης της πληροφορίας στον ανθρώπινο εγκέφαλο. Επιπλέον περιγράφεται ο τρόπος με τον οποίο γίνεται η καταγραφή του σήματος του εγκεφαλογραφήματος και των Προκλητών Δυναμικών. Στη συνέχεια, στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται η θεωρία στην οποία βασίστηκε ο σχεδιασμός του κλινικού πρωτοκόλλου και η οποία αφορά δύο θέματα, την αντίληψη του ανθρώπου για το χρόνο και την επιρροή των υποσυνείδητων μηνυμάτων στη λήψη αποφάσεων. Στα επόμενα κεφάλαια περιγράφεται το κλινικό πρωτόκολλο που χρησιμοποιήθηκε και οι πειραματικές συνθήκες που εξετάστηκαν κατά τη διεξαγωγή των πειραμάτων. Ακόμα, γίνεται περιγραφή τόσο του υλικού όσο και του λογισμικού μέρους της πειραματικής διάταξης που αναπτύχθηκε για την υλοποίηση του κλινικού πρωτοκόλλου. Η πειραματική διάταξη που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της διπλωματικής επιτρέπει τη σύνδεση με Ηλεκτροεγκεφαλογράφο με αποτέλεσμα τον συγχρονισμό της πειραματικής ακολουθίας και της καταγραφής του ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος και των Προκλητών Δυναμικών. Με την πειραματική διάταξη που αναπτύχθηκε έγιναν δύο πειράματα. Η καταγραφή της εγκεφαλικής δραστηριότητας του κάθε εξεταζόμενου (ΗΕΓ) ήταν συνεχής για όλη τη διάρκεια της δοκιμασίας. Η εξαγωγή των Προκλητών Δυναμικών έγινε μετά το τέλος της καταγραφής με το πρόγραμμα EEGLAB, με το οποίο έγινε και η επεξεργασία τους. Τα Προκλητά Δυναμικά απεικονίστηκαν τόσο σε δισδιάστατα όσο 5

6 και σε τρισδιάστατα μοντέλα κεφαλιών ενώ εξετάστηκε και το φασματικό περιεχόμενο του σήματος του ηλετροεγκεφαλογραφήματος για τις διάφορες πειραματικές συνθήκες. Από την ανάλυση των καταγραφών παρατηρήθηκαν κάποιες διαφορές μεταξύ των συνθηκών του πειράματος οι οποίες περιείχαν υποσυνείδητα μηνύματα και αυτών που δεν περιείχαν. Οι κορυφώσεις του δυναμικού εντοπίστηκαν τις ίδιες χρονικές στιγμές για όλες τις συνθήκες ενώ το πλάτος τους ήταν διαφορετικό μεταξύ των συνθηκών στις οποίες δινόταν στους εξεταζόμενους η σωστή απάντηση με υποσυνείδητο μήνυμα και σε αυτές που δεν δινόταν. Λέξεις Κλειδιά Ηλεκτροεγκεφαλογράφημα, Προκλητά Δυναμικά, Υποσυνείδητα Μηνύματα, Αντίληψη για τον χρόνο 6

7 Abstract The electroencephalogram constitutes a method for recording electrical signals produced in the interior of the brain. These electric signals are diffused from the point of the brain where they are produced to the exterior dermal surface of the skull where they are measured as potential differences. The object of this diploma thesis is the design and the development of an experiment and the corresponding experimental setup, which allows the recording of the Event Related Potentials of the person who executes the experiment. The clinical protocol that is used examines two fundamental issues. The first is related to time perception while the second one examines if and how subliminal messages influence the decision making and the cerebral operation. Initially, in the first chapter of the present diploma thesis, the fundamentals of the Electroencephalogram and the system that is responsible for the distribution of the information inside the human brain is described. Following, Electroencephalogram and Event Related Potentials (ERPs) recordings are described. In the second chapter the theory on which the planning of the clinical protocol was based is presented. It concerns two research fields of psychophysiology; time perception and the influence of subliminal messages in decision-making. In the next chapters the clinical protocol and the experimental conditions that were examined during the experiments are described. Furthermore, there is a description of both the software and the hardware modules of the developed system. The experimental setup that was developed in the framework of the diploma thesis allows the connection to an Electroencephalograph and appropriate trigger signals are used in order to synchronize stimuli and recordings of EEG and ERPs. Two experiments were conducted. The recording of the brain activity was continuous for the whole duration of the experimental procedure. The Event Related Potentials were extracted post-hoc, after the end of the recording, using the EEGLAB software. The Event Relates Potentials were mapped both on two-dimensional and on threedimensional head models. The spectrum of the electroencephalogram was also examined for the various experimental conditions. Analysis of the recordings revealed differences between the experimental conditions that contained subliminal messages in the EEG and ERPs. The ERPs peaks were detected at the same time delays for all the conditions. However, the amplitude of the 7

8 peaks differed between the conditions where the right answers were given with subliminal messages and those that did not contain any subliminal messages. Key Words Electroencephalogram, Event Related Potentials, Subliminal Messages, Time Perception 8

9 Ευχαριστίες Η παρούσα διπλωματική εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Μικροκυμάτων και Οπτικών Ινών της Σχολής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Η/Υ του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Ευχαριστώ ιδιαίτερα τον Επιβλέποντα της Διπλωματικής μου Καθ. Νικόλαο Ουζούνογλου για την καθοδήγηση που μου προσέφερε και τις πολύτιμες συμβουλές του. Ευχαριστώ επίσης, την Δρα. Ειρήνη Καρανάσιου η οποία σε συνεργασία με τον επιβλέποντα καθηγητή μου, προσέφεραν καθοδήγηση, πολύτιμες συμβουλές και ενθάρρυνση σε κάθε δύσκολο στάδιο της εργασίας. Ακόμα, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον Καθ. Χαράλαμπο Παπαγεωργίου για την προσφορά του στη σχεδίαση του κλινικού πρωτοκόλλου. 9

10 10

11 Πίνακας Περιεχομένων 1. Βασικές Αρχές Ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος Νευρώνες Μετάδοση πληροφοριών Δυναμικό Δράσης ( Action Potential ) Μετασυναπτικό Δυναμικό ( Post Synaptic Potential PSP ) Ηλεκτροεγκεφαλογράφημα Λειτουργία των Ηλεκτροδίων Τοποθέτηση ηλεκτροδίων Ενίσχυση σήματος εγκεφαλογραφήματος Χαρακτηριστικά ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος Προκλητά δυναμικά Διαδικασία καταγραφής βιολογικών σημάτων Καταγραφή Προκλητών Δυναμικών Βιβλιογραφία Ψυχολογικό υπόβαθρο Υποσυνείδητα ερεθίσματα Οπτικά υποσυνείδητα ερεθίσματα Ακουστικά υποσυνείδητα ερεθίσματα Υποκειμενικό και αντικειμενικό κατώφλι Τρόποι προβολής υποσυνείδητων ερεθισμάτων Οπτικές μάσκες Χρονική διάρκεια υποσυνείδητων ερεθισμάτων Επίδραση υποσυνείδητων ερεθισμάτων στο νευρικό σύστημα Αντικρουόμενες Θεωρίες Αντίληψη του χρόνου ΗΕΓ και διάκριση χρονικών διαστημάτων Βιβλιογραφία Κλινικό Πρωτόκολλο Καταγραφής ΗΕΓ Περιγραφή πειραματικής διαδικασίας Πειραματικές συνθήκες Επιλογή αριθμού πειραματικών επαναλήψεων Βιβλιογραφία Υλοποίηση πειραματικής διάταξης Πειραματική Διάταξη Ανάλυση του προγράμματος

12 4.3 Βιβλιογραφία Μετρητική Διάταξη Κυκλωματικό Μοντέλο Ηλεκτροδίου Δέρματος Σύστημα καταγραφής ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος Ηλεκτρόδια Κουτί AD - Α/Ψ (Αναλογικό/ Ψηφιακό) Ελάχιστο μετρούμενο σήμα Δέκτης USB Πρόγραμμα καταγραφής ActiView Κύκλωμα γείωσης Βιβλιογραφία Αποτελέσματα Συλλογή δεδομένων Εισαγωγή Καταγραφή ΗΕΓ Αποτελέσματα Επεξεργασίας Προκλητών Δυναμικών Απεικόνιση Προκλητών Δυναμικών Φασματική Απεικόνιση Βιβλιογραφία Τελικά συμπεράσματα και μελλοντική εργασία Παράρτημα Ι

13 Πίνακας Εικόνων Εικόνα 1.1: Δομή νευρικού κυττάρου Εικόνα 1.2: Σχηματική αναπαράσταση νευρώνων και συνάψεων Εικόνα 1.3: Δυναμικό Δράσης Εικόνα 1.4: Τρόπος μετάδοσης νευρικών ώσεων Εικόνα 1.5: Ηλεκτρόδιο με επαφή δακτυλίου Εικόνα 1.6: Θέσεις ηλεκτροδίων σύμφωνα με το σύστημα Εικόνα 1.7: Χαρακτηριστικές κυματομορφές βασικών ρυθμών εγκεφαλογραφήματος Εικόνα 1.8: Σχηματική παράσταση Προκλητού Δυναμικού Εικόνα 1.9: Σύστημα καταγραφής βιολογικού σήματος Εικόνα 1.10: Αναδίπλωση θορύβου 50Hz στα 30 Hz Εικόνα 1.11: : Εξαγωγή του μέσου όρου Εικόνα 2.1: Σχετική θέση παρατηρητή και οθόνης Εικόνα 4.1: Πειραματική διάταξη Εικόνα 4.2: Χειριστήριο για καταχώριση απάντησης Εικόνα 4.3: Οθόνη εξεταστή Εικόνα 4.4: Παράθυρο επιλογής ονόματος και θέσης αρχείου αποτελεσμάτων Εικόνα 5.1: Ηλεκτρόδιο τοποθετημένο στη δερματική επιφάνεια του κρανίου και το ηλεκτρικό του ισοδύναμο κύκλωμα Εικόνα 5.2: Σύστημα καταγραφής ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος Εικόνα 5.3: Πρόγραμμα καταγραφής ActiView : Κύκλωμα Προστασίας και Γείωσης : Χωρική Διάταξη 64 ηλεκτροδίων Εικόνα 6.2: Πηγή ρεύματων ιόντων Εικόνα 6.3: Απεικόνιση των Προκλητών Δυναμικών σε δισδιάστατο μοντέλο κεφαλιού για τη συνθήκη Δ Εικόνα 6.4: Απεικόνιση των Προκλητών Δυναμικών σε τρισδιάστατο μοντέλο κεφαλιού για τη συνθήκη Δ Εικόνα 6.5: Απεικόνιση των Προκλητών Δυναμικών σε δισδιάστατο μοντέλο κεφαλιού για τη συνθήκη Δ Εικόνα 6.6: Απεικόνιση των Προκλητών Δυναμικών σε τρισδιάστατο μοντέλο κεφαλιού για τη συνθήκη Δ Εικόνα 6.7: Απεικόνιση των Προκλητών Δυναμικών σε δισδιάστατο μοντέλο κεφαλιού για τη συνθήκη Δ Εικόνα 6.8: Απεικόνιση των Προκλητών Δυναμικών σε τρισδιάστατο μοντέλο κεφαλιού για τη συνθήκη Δ Εικόνα 6.9: Απεικόνιση των Προκλητών Δυναμικών σε δισδιάστατο μοντέλο κεφαλιού για τη συνθήκη Δ Εικόνα 6.10: Απεικόνιση των Προκλητών Δυναμικών σε τρισδιάστατο μοντέλο κεφαλιού για τη συνθήκη Δ Εικόνα 6.11: Απεικόνιση των Προκλητών Δυναμικών σε δισδιάστατο μοντέλο κεφαλιού για τη συνθήκη Ε Εικόνα 6.12: Απεικόνιση των Προκλητών Δυναμικών σε τρισδιάστατο μοντέλο κεφαλιού για τη συνθήκη Ε Εικόνα 6.13: Απεικόνιση των Προκλητών Δυναμικών σε δισδιάστατο μοντέλο κεφαλιού για τη συνθήκη Ε Εικόνα 6.14: Απεικόνιση των Προκλητών Δυναμικών σε τρισδιάστατο μοντέλο κεφαλιού για τη συνθήκη Ε

14 6.15: Απεικόνιση Φασματικού περιεχομένου του για τη συνθήκη Δ : Απεικόνιση Φασματικού περιεχομένου του για τη συνθήκη Δ : Απεικόνιση Φασματικού περιεχομένου του για τη συνθήκη Δ : Απεικόνιση Φασματικού περιεχομένου του για τη συνθήκη Δ : Απεικόνιση Φασματικού περιεχομένου του για τη συνθήκη Ε : Απεικόνιση Φασματικού περιεχομένου του για τη συνθήκη Ε

15 1. Βασικές Αρχές Ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος 1.1 Νευρώνες Ο ανθρώπινος εγκέφαλος αποτελείται από ένα σύνθετο δίκτυο κύτταρων, οι μηχανισμοί του οποίου είναι υπεύθυνοι για λειτουργίες όπως η σκέψη, η μνήμη, ο έλεγχος των δραστηριοτήτων του σώματος και των συναισθημάτων. Αυτό το έργο επιτελείται από τους περίπου νευρώνες του εγκεφάλου. Οι νευρώνες είναι η κυριότερη λειτουργική μονάδα του ανθρώπινου εγκεφάλου. Τα νευρικά κύτταρα παράγουν ηλεκτρικά σήματα που μεταδίδονται από το ένα μέρος του κυττάρου στο άλλο, ενώ ταυτόχρονα εκλύουν βιοχημικές ουσίες (αγγελιαφόρους), προκειμένου να επικοινωνήσουν με άλλα κύτταρα. Οι νευρώνες, αν και παρουσιάζουν ποικιλία μεγεθών και σχημάτων, αποτελούνται από τέσσερα μέρη: το κυρίως σώμα, τους δενδρίτες, τον άξονα και τις απολήξεις του, όπως φαίνονται στην Εικόνα 1.1 [1]. Εικόνα 1.1: Δομή νευρικού κυττάρου Οι νευρικές ώσεις από το κυτταρικό σώμα οδεύουν κατά μήκος του άξονα και καταλήγουν στην απόληξή του. Η εξειδικευμένη σύνδεση μεταξύ δύο νευρώνων ονομάζεται σύναψη. Οι συνάψεις δημιουργούνται γενικά μεταξύ των απολήξεων του άξονα ενός νευρώνα και του κυτταρικού σώματος ή δενδρίτη ενός άλλου, αλλά μπορούν να δημιουργηθούν και μεταξύ δενδριτών ή και μεταξύ δενδρίτη και κυτταρικού σώματος ή ακόμα και μεταξύ των απολήξεων δύο αξόνων [2]. 15

16 1.2 Μετάδοση πληροφοριών Η μεμβράνη που περιβάλει τους νευρώνες, όπως συμβαίνει και σε όλων των ειδών τα βιολογικά κύτταρα, διαθέτει μια επιλεκτική διαπερατότητα ιόντων. Στην κατάσταση ισορροπίας, η συγκέντρωση του εσωκυττάριου χώρου σε ιόντα καλίου (Κ+) και νατρίου (Na+) είναι διαφορετική από εκείνη του εξωκυττάριου. Σαν αποτέλεσμα, η μεμβράνη διατηρεί μία διαφορά δυναμικού (διαμεμβρανικό δυναμικό), περίπου ίση με -70 mv, στον εσωτερικό ως προς τον εξωτερικό χώρο του κυττάρου («πόλωση» της μεμβράνης), η οποία επιτρέπει τη διέλευση κυρίως ιόντων Κ+. Συναπτικές επιδράσεις μπορούν να προκαλέσουν μεταβολές στην πόλωση της μεμβράνης (αποπόλωση) ανοίγοντας τους ηλεκτρικούς διαύλους της μεμβράνης με αποτέλεσμα την αύξηση της διαπερατότητάς της σε ιόντα Na+. Η είσοδος των ιόντων αυτών στο κυτταρόπλασμα προκαλεί επιπλέον αποπόλωση της μεμβράνης. Όταν το δυναμικό ξεπεράσει μία τιμή κατωφλίου, ταχύτατα η πολικότητα της μεμβράνης αντιστρέφεται και γίνεται θετική και ίση με +40 mv περίπου. Ύστερα από πολύ μικρό χρονικό διάστημα (1-2 msec) η ιοντική διαπερατότητα της μεμβράνης αποκαθίσταται, λόγω του αυτοσυντηρούμενου μηχανισμού των διαύλων Na+ και K+. Αυτή η παροδική αποπώληση και επαναπόλωση της μεμβράνης καλείται δυναμικό δράσης (ΔΔ) (action potential), το οποίο δημιουργείται στην αρχή του άξονα του νευρώνα, κοντά στο σώμα και άγεται κατά μήκος των αξόνων των νευρωνικών κυττάρων. Όταν η διέγερση αυτή φτάσει στις αξονικές απολήξεις του προσυναπτικού νευρώνα, προκαλεί την απελευθέρωση νευροδιαβιβαστών, οι οποίοι καταλήγουν στην μετασυναπτική μεμβράνη άλλου νευρικού κυττάρου. Το γεγονός αυτό προκαλεί μεταβολή της πόλωσης, δηλαδή μεταβολή του διαμεμβρανικού δυναμικού στον υποδοχέα της διέγερσης, η οποία ονομάζεται και μετασυναπτικό δυναμικό (ΜΣΔ) (Post Synaptic Potential PSP) [3]. Οι νευρώνες που άγουν σήματα προς μία σύναψη ονομάζονται προσυναπτικοί, ενώ οι νευρώνες που λαμβάνουν σήματα από μια σύναψη και τα οδηγούν μακριά από αυτήν, ονομάζονται μετασυναπτικοί (Εικόνα 1.2). 16

17 Εικόνα 1.2: Σχηματική αναπαράσταση νευρώνων και συνάψεων Τα δυναμικά τα οποία μετρούμε μεταξύ δύο ηλεκτροδίων στην εξωτερική δερματική επιφάνεια του κεφαλιού οφείλονται ουσιαστικά σε ρεύματα ιόντων διαμέσου της κυτταρικής μεμβράνης των νευρώνων που συμμετέχουν στην εκάστοτε εγκεφαλική δραστηριότητα. Τα ρεύματα αυτά διαχέονται στην περιοχή από τα σημεία της δημιουργίας τους έως την εξωτερική δερματική επιφάνεια, διότι ο εγκεφαλικός ιστός, οι μήνιγγες, το κρανίο και το δέρμα άγουν ηλεκτρικό ρεύμα. Συνεπώς, υπάρχουν δύο είδη διαμεμβρανικής ρευματικής ροής, που σχετίζονται με τη μετάδοση και επεξεργασία πληροφοριών μεταξύ των νευρώνων και προκαλούν τα εξής, διαφορετικής φύσεως δυναμικά: το Δυναμικό Δράσης ( Action Potential ) και το Μετασυναπτικό Δυναμικό (Post Synaptic Potential PSP ) Δυναμικό Δράσης ( Action Potential ) Το Δυναμικό Δράσης προκαλείται όταν το διαμεμβρανικό δυναμικό στο σώμα του νευρώνα, ως συνολικό άθροισμα των ερεθισμών που καταφθάνουν από τους δενδρίτες, αλλάξει από την τιμή ηρεμίας και περάσει ένα ορισμένο κατώφλι (περίπου -50mV). Τότε συμβαίνει ενεργοποίηση του νευρώνα, αποπόλωση της κυτταρικής μεμβράνης στο σημείο που ο άξονας ξεκινά από το σώμα και εμφάνιση μιας κορυφής ως τα 30mV, με επακόλουθη επιστροφή στην αρχική κατάσταση (Εικόνα 1.3). 17

18 Εικόνα 1.3: Δυναμικό Δράσης Αυτή η κρουστική ώση διαδίδεται ταχύτατα κατά μήκος του άξονα,αναπαράγοντας τον κύκλο πόλωση - αποπόλωση - πόλωση και τη συνακόλουθη ρευματική ροή μέσα και έξω από την κυτταρική μεμβράνη (Εικόνα 1.4). Εικόνα 1.4: Τρόπος μετάδοσης νευρικών ώσεων Μετασυναπτικό Δυναμικό (Post Synaptic Potential PSP ) Το δυναμικό αυτό εμφανίζεται στη μετασυναπτική μεμβράνη. Έχει πιο συνεχή μορφολογία από τα δυναμικά δράσης, είναι πιο περιορισμένο στο χώρο (αφού εμφανίζεται στην περιοχή της σύναψης) και έχει χαμηλότερη τιμή, διότι η μετασυναπτική μεμβράνη αποπολώνεται σε μικρότερο βαθμό από ότι το σώμα του νευρώνα, όπου αθροίζονται όλα τα σήματα τα προερχόμενα από τους δενδρίτες. 18

19 Όταν έχουμε αποπόλωση το δυναμικό ονομάζεται μετασυναπτικό δυναμικό διέγερσης (excitatory PSP-EPSP), ενώ στην αντίθετη περίπτωση μετασυναπτικό δυναμικό καταστολής ή αναστολής (inhibitory PSP-IPSP),διότι διαδιδόμενο προς το σώμα και αθροιζόμενο με άλλες συνεισφορές από διαφορετικές συνάψεις δεν διευκολύνει ενδεχόμενη αποπόλωση του νευρώνα. Σε μια σύναψη του εγκεφάλου μπορεί να εμφανιστεί συνήθως, είτε μόνο EPSP, οπότε η σύναψη ονομάζεται σύναψη διέγερσης ή διεγείρουσα σύναψη (excitatory synapse), είτε μόνο IPSP, οπότε αυτή ονομάζεται κατασταλτική ή ανασταλτική σύναψη (inhibitory synapse) [4]. Το σύνολο των ηλεκτροχημικών επιδράσεων από νευρώνα σε νευρώνα, αθροιζόμενο για όλες τις περιοχές του εγκεφάλου, μέσα από ένα δίκτυο ανεξερεύνητης ακόμη πολυπλοκότητας, δημιουργεί αυτό που ονομάζουμε εγκεφαλική λειτουργία, της οποίας μόνο μερικώς μπορούμε να ανιχνεύσουμε και να μελετήσουμε τις διάφορες διαδικασίες και εκδηλώσεις. Ένα από τα εργαλεία για τη μελέτη αυτή αποτελεί το Ηλεκτροεγκεφαλογράφημα. 1.3 Ηλεκτροεγκεφαλογράφημα Η λειτουργία του Ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος (ΗΕΓ) στηρίζεται στην καταγραφή διαφορών δυναμικού πάνω στην εξωτερική δερματική επιφάνεια του ανθρώπινου κρανίου. Τα δυναμικά αυτά αντιστοιχούν σε ηλεκτρικά δυναμικά στο εσωτερικό του εγκεφάλου. Η πρώτη καταγραφή του ηλεκτρικού πεδίου του ανθρώπινου εγκεφάλου έγινε από τον Γερμανό ψυχίατρο H. Βerger το 1924, ο oποίος έδωσε στην καταγραφή αυτή το όνομα Ηλεκτροεγκεφαλογράφημα (ΗΕΓ). Η μέτρηση των σημάτων αυτών χρειάζεται ιδιαίτερη προσοχή και ακρίβεια αφού τα μετρούμενα ηλεκτρικά σήματα είναι ασθενή και κυμαίνονται από περίπου 1μV ως 100μV [5] Λειτουργία των Ηλεκτροδίων Το πρώτο στάδιο του συστήματος λήψης και επεξεργασίας των σημάτων του ΗΕΓ ξεκινάει από τα ηλεκτρόδια τα οποία τοποθετούνται πάνω στο κεφάλι. Τα ηλεκτρόδια είναι αισθητήρες, οι οποίοι μετατρέπουν το ρεύμα ιόντων στο εσωτερικό του κρανίου σε ρεύμα ηλεκτρονίων μέσα στο καλώδιο, το οποίο οδηγεί το ρεύμα αυτό σε επόμενα στάδια επεξεργασίας. Η επαφή των ηλεκτροδίων με το δέρμα γίνεται μέσω μιας κολλώδους ουσίας ή μέσω ενός μικρού δακτυλιδιού, που από τη μια μεριά 19

20 προσκολλάται στο δέρμα και από την άλλη στο κυρίως ηλεκτρόδιο όπως φαίνεται στην Εικόνα 1.5. Εικόνα 1.5: Ηλεκτρόδιο με επαφή δακτυλίου Στα σημεία όπου τοποθετούνται τα ηλεκτρόδια, το δέρμα καθαρίζεται καλά με οινόπνευμα για να επιτύχουμε χαμηλή αντίσταση επαφής, κάτω από 5 ΚΩ. Στα ίδια σημεία χρησιμοποιείται ειδικό υγρό που έχει τον ρόλο ηλεκτρολύτη. Το ηλεκτρόδιο έρχεται σε απ' ευθείας επαφή με τον ηλεκτρολύτη. Έτσι είναι δυνατή η κίνηση ιόντων μέσω του «συνόρου» ηλεκτροδίου - ηλεκτρολύτη μέχρι να επέλθει ισορροπία. Η ισορροπία αυτή είναι συνάρτηση της ιοντικής συγκέντρωσης που υπάρχει στις δύο πλευρές του συνόρου. Δημιουργούνται τελικά δύο φορτισμένα στρώματα στις δύο πλευρές του συνόρου, ένα στη μεταλλική επιφάνεια και ένα πάνω στο υγρό υλικό κάτω από το ηλεκτρόδιο, εμφανίζοντας έτσι μια διαφορά δυναμικού η οποία εμποδίζει τη συνέχιση της κίνησης των ιόντων, αλλά είναι ταυτόχρονα ευαίσθητη στις μεταβολές των συγκεντρώσεων των ιόντων. Όταν μέσα στον εγκέφαλο υπάρξει σήμα, δηλαδή ροή ιόντων, αυτό θα προκαλέσει μεταβολή της ιοντικής συγκέντρωσης και αυτόματα μεταβολή της διαφοράς δυναμικού των στρωμάτων, άρα και ροή ηλεκτρονίων από την πλευρά του αγώγιμου ηλεκτροδίου. Είναι επιθυμητό η τάση στο «σύνορο» να επηρεάζεται μόνο από ιοντικά ρεύματα του ανθρώπινου κεφαλιού και όχι από θερμοκρασιακές μεταβολές ή μηχανικές μετακινήσεις των ηλεκτροδίων. Την απαίτηση αυτή ικανοποιούν ηλεκτρόδια αποτελούμενα από το συνδυασμό ενός μετάλλου με το αντίστοιχο άλας του. Ένα από τα συνήθως χρησιμοποιούμενα ηλεκτρόδια είναι αυτό που κατασκευάζεται από άργυρο (Ag) και χλωριούχο άργυρο (AgCl) και χρησιμοποιείται με ηλεκτρολύτη που περιέχει κυρίως ανιόντα χλωρίου (Cl - ) [6-7]. 20

21 1.3.2 Τοποθέτηση ηλεκτροδίων Για την επιλογή των θέσεων του κάθε ηλεκτροδίου πάνω στο κεφάλι έχουν δημιουργηθεί διάφορα πρότυπα αυτό όμως που επικράτησε είναι το Διεθνές Σύστημα [8]. Η ονομασία του συστήματος οφείλεται στην επιλογή του 20% της απόστασης μεταξύ των δύο αυτιών ως την απόσταση ανάμεσα σε δύο οποιαδήποτε ηλεκτρόδια και στην επιλογή του 10% της αποστάσεως μεταξύ των δύο αυτιών ως την απόσταση από το αυτί στο κοντινότερο προς αυτό ηλεκτρόδιο του. Επιπρόσθετα, απαγωγές τοποθετούνται στους λοβούς των αυτιών καθώς και σε θέσεις κοντά στα μάτια. Οι απαγωγές στους λοβούς των αυτιών χρησιμοποιούνται γιατί τα μετρούμενα Προκλητά Δυναμικά σε ένα σημείο της δερματικής επιφάνειας του κρανίου υπολογίζονται ως η διαφορά δυναμικού μεταξύ του σημείου αυτού και των λοβών, οι οποίοι εξ' αιτίας του γεγονότος ότι διαπερνούνται από μικρό αριθμό νεύρων και έχουν χαμηλή αιμάτωση, εμφανίζουν ιδιαίτερα σταθερό και χαμηλό δυναμικό. Η ευρεία χρησιμοποίηση του συστήματος αυτού οφείλεται στο γεγονός ότι προσαρμόζεται σε διάφορες διαστάσεις κεφαλιών (μικρά παιδιά, ενήλικες). Οι θέσεις των ηλεκτροδίων πάνω στο κεφάλι σύμφωνα με το σύστημα αυτό φαίνονται στην Εικόνα 1.6. Εικόνα 1.6: Θέσεις ηλεκτροδίων σύμφωνα με το σύστημα Μέχρι σήμερα έχουν προταθεί διάφορες επεκτάσεις του μοντέλου Κάποιες από αυτές είναι το μοντέλο [9] και το μοντέλο 10-5 [10] στις οποίες 21

22 παρεμβάλλονται ηλεκτρόδια ανάμεσα στις θέσεις του συστήματος Οι προεκτάσεις αυτές γίνονται με σκοπό να αυξηθεί ο αριθμός των παρεχόμενων καναλιών. Το μοντέλο που έχει γίνει αποδεκτό και έχει τεκμηριωθεί από την Αμερικάνικη Ηλεκτροεγκεφαλική Κοινότητα (American Electroencephalographic Society) [11] είναι το το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως σήμερα. Το μοντέλο 10-5 αν και είναι υποσχόμενο βρίσκεται ακόμα σε πειραματικά στάδια Ενίσχυση σήματος εγκεφαλογραφήματος Το κάθε σήμα το οποίο ενισχύεται στο ΗΕΓ είναι η διαφορά μεταξύ των δυναμικών που ανά πάσα στιγμή παρουσιάζουν δύο ηλεκτρόδια μεταξύ τους. Οι διαφορές δυναμικού που ανιχνεύονται, οδηγούνται στο τμήμα της ενισχυτικής διάταξης του ΗΕΓ, η οποία περιέχει και διατάξεις φιλτραρίσματος. Εκεί κάθε ανιχνευόμενο σήμα ενισχύεται ώστε να μπορεί να μετρηθεί. Συντελεστές ενίσχυσης της τάξης του 10 5 είναι συνηθισμένοι. Η πρώτη βαθμίδα ενίσχυσης, η προενίσχυση, πρέπει να αποτελείται από ενισχυτές χαμηλού θορύβου. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιούνται κυκλώματα με συνδυασμούς διαφορικών ενισχυτών, ώστε ο λόγος απόρριψης κοινού σήματος (common mode rejection ratio - CMRR) να είναι στο επίπεδο των 120 dβ. Κατόπιν τα αναλογικά σήματα μέσω συσκευής πολυπλεξίας οδηγούνται στον μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό σήμα (A/D converter) όπου τα ψηφιακά πλέον σήματα καταμετρώνται σε ηλεκτρονικό βολτόμετρο. Στη συνέχεια, ένας ηλεκτρονικός υπολογιστής λαμβάνει τα ψηφιακά δεδομένα των μετρήσεων, οπότε υπάρχει η δυνατότητα για ψηφιακή επεξεργασία και απεικόνιση του σήματος, είτε κατά τη διάρκεια των μετρήσεων (online), είτε σε υστερότερο χρόνο εφόσον αποθηκευτεί το σήμα στο δίσκο του υπολογιστή (offline) [12] Χαρακτηριστικά ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος Ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά του ΗΕΓ είναι το φάσμα συχνοτήτων του. Το φάσμα αυτό μπορεί να πάρει τιμές μικρότερες του 1 Hz έως μερικές δεκάδες Hz ενώ μπορεί να διαιρεθεί σε τέσσερις κυρίως περιοχές συχνοτήτων που αναφέρονται ως ρυθμοί του ΗΕΓ: δέλτα, θήτα, άλφα και βήτα ρυθμός (Εικόνα 1.7). Το κύριο χαρακτηριστικό τους είναι οι συχνότητες των αρμονικών από τις οποίες αποτελούνται δηλαδή το φασματικό τους περιεχόμενο. Οι συχνότητες και τα πλάτη των κυριότερων 22

23 ρυθμών φαίνονται στον Πίνακα 1.1. Τα όρια κάθε περιοχής δεν είναι αυστηρά καθορισμένα [13]. Ρυθμός Περιοχή Συχνοτήτων (Hz) Πλάτος (μv) Δέλτα 0,5-4 έως 100 Θήτα 4-8 <30 Άλφα Βήτα <20 Πίνακας 1.1: Συχνότητες και πλάτη βασικών ρυθμών ΗΕΓ Ο άλφα ρυθμός εμφανίζεται σε περίπου 75% των ενηλίκων όπου κλείσιμο των ματιών προκαλεί αύξηση και άνοιγμα των ματιών μείωση του άλφα ρυθμού. Η μείωση του ρυθμού άλφα έχει επίσης συσχετισθεί με αισθητηριακό ερεθισμό ή πνευματική δραστηριότητα. Πήρε το όνομα άλφα γιατί ήταν ο πρώτος ρυθμός που μελετήθηκε. Ο ρυθμός βήτα έχει συσχετισθεί με την πλήρη εγρήγορση επίσης φυσιολογικού ατόμου. Ο ρυθμός δέλτα έχει συσχετισθεί με τον ύπνο στον φυσιολογικό άνθρωπο. Ο ρυθμός θήτα έχει συσχετισθεί με μηχανισμούς καταστολής είτε στην είσοδο σε φάση χαλάρωσης είτε σε συνδυασμό με το βήτα ρυθμό σε φάσεις αυξημένης προσοχής. Το σήμα του ΗΕΓ συσχετίζεται επίσης πολύ με το επίπεδο εγρήγορσης του εξεταζόμενου. Όταν η ανθρώπινη δραστηριοποίηση αυξάνεται, τότε το ΗΕΓ έχει υψηλότερη επικρατούσα συχνότητα και μικρότερο πλάτος. Όταν τα μάτια είναι κλειστά, ο ρυθμός άλφα είναι κυρίαρχος. Όταν ο εξεταζόμενος κοιμάται, η επικρατούσα συχνότητα του ΗΕΓ μειώνεται. Σε μια ορισμένη φάση ύπνου, που πραγματοποιείται γρήγορο ανοιγοκλείσιμο των ματιών (REM sleep), και τo άτομο ονειρεύεται μπορεί να θεωρηθεί ως χαρακτηριστικό σήμα ΗΕΓ. Στο βαθύ ύπνο, το ΗΕΓ έχει μεγάλες και αργές εκτροπές που ονομάζονται ρυθμοί δέλτα [14]. 23

24 Εικόνα 1.7: Χαρακτηριστικές κυματομορφές βασικών ρυθμών εγκεφαλογραφήματος Η χρήση του ΗΕΓ στη Νευρολογία είναι ευρύτατη, καθώς αποτελεί μέθοδο φθηνή, ανώδυνη και απλή στην εφαρμογή της. Από τη μελέτη του ΗΕΓ μπορούν να εξαχθούν ιδιαίτερα χρήσιμα συμπεράσματα για τη σωστή εξέλιξη του Κεντρικού Νευρικού Συστήματος ενός ανθρώπου από τη γέννηση του έως την ενηλικίωση. Επίσης, το ΗΕΓ μπορεί να δώσει χρήσιμα στοιχεία στην περίπτωση εγκεφαλοπαθειών (π.χ. νόσο Alzheimer) [15] ή για την περίπτωση επιληψίας τόσο για τη βαρύτητα της νόσου όσο και για την υποβοήθηση της διάγνωσης και της πρόγνωσης. Το ΗΕΓ μελετάται ακόμη στις περιπτώσεις κρανιοεγκεφαλικών κακώσεων, κώματος και αποτελεί βασικό εργαλείο για την μελέτη του ύπνου. Δυστυχώς η χρήση ηλεκτρικού πεδίου στο ανθρώπινο κεφάλι χρησιμοποιήθηκε και ως μέσο βασανισμού στο παρελθόν, όμως χρήσεις τέτοιου τύπου ελπίζεται να εξαλειφθούν με την πάροδο του χρόνου. 24

25 1.3.5 Προκλητά δυναμικά Μία από τις κατηγορίες βιοσημάτων τα οποία προκύπτουν από το ΗΕΓ είναι τα Βιωματικά Δυναμικά (ΒΔ) (Event Related Events, ERP). Βιωματικά Δυναμικά ονομάζονται οι διαφορές δυναμικού που καταγράφονται στη δερματική επιφάνεια του κεφαλιού οι οποίες προκαλούνται ως απόκριση ή ως προετοιμασία σε κάποιο συγκεκριμένο γεγονός το οποίο συμβαίνει στον εξωτερικό περιβάλλον ή είναι αποτέλεσμα ενδοψυχολογικής διαδικασίας. Λόγω της ιδιότητας που έχουν να παρατηρούνται στο επιφανειακό μέρος του κεφαλιού έχουν το πλεονέκτημα ότι αποτελούν ένα μη επεμβατικό τρόπο εκτίμησης της εγκεφαλικής λειτουργίας. Τα Βιωματικά Δυναμικά χωρίζονται στα Προκλητά Δυναμικά (Evoked Potentials), όταν το ερέθισμα είναι εξωτερικό δηλαδή προέρχεται από το περιβάλλον του εξεταζόμενου και στα Εκπεμπόμενα Δυναμικά (Emitted Potentials), όταν σχετίζονται με κάποια ψυχολογική διαδικασία του εξεταζόμενου. Συνεπώς τα Προκλητά Δυναμικά (Π.Δ.) ή Evoked Potentials (EP) είναι οι διαφορές δυναμικού που μετρώνται στην δερματική επιφάνεια του κεφαλιού και οι οποίες προκαλούνται ως προετοιμασία ή ως απόκριση σε κάποιο συγκεκριμένο γεγονός - ερέθισμα. Εφόσον τα ΠΔ αντικατοπτρίζουν εγκεφαλική δραστηριότητα σχετιζόμενη με ένα εξωτερικό ερέθισμα, είναι αυτά τα οποία μπορούμε να μελετήσουμε μέσω προδιαγεγραμμένων πειραματικών διαδικασιών στο εργαστήριο. Ανάλογα με το είδος του ερεθίσματος τα Προκλητά Δυναμικά (Π.Δ.) διακρίνονται σε: Οπτικά Π.Δ. (Visual Evoked Potentials, VEP): προκαλούνται από οπτικά ερεθίσματα όπως η εμφάνιση εικόνων, λάμψεις, αλλαγή χρωμάτων κλπ. Ακουστικά Π.Δ. (Auditory Evoked Potentials, AEP): προκαλούνται από ακουστικά ερεθίσματα όπως ήχοι, λέξεις, τόνοι διαφόρων συχνοτήτων κι έντασης κλπ. Σωματοαισθητικά Π.Δ. (Somatosensory Evoked Potentials, SEP): προκαλούνται από μικρής διάρκειας και έντασης ηλεκτρικά ρεύματα που ερεθίζουν κάποια συγκεκριμένα νεύρα. Τα Π.Δ. μπορούν να χαρακτηριστούν με βάση τον χρόνο εμφάνισής τους σε σχέση με το εξωτερικό ερέθισμα (λανθάνων χρόνος. Στην περίπτωση των ακουστικών προκλητών δυναμικών υπάρχει η διάκριση σε πρώιμα (early,fast), μέσα (middle) και αργά ή ύστερα (late), που αντιστοιχούν περίπου στα χρονικά διαστήματα 2 έως 12 ms,12 έως 50 ms και 50 έως 800 ms από τη στιγμή που χορηγείται το εξωτερικό ερέθισμα (Εικόνα 1.8). 25

26 Εικόνα 1.8: Σχηματική παράσταση Προκλητού Δυναμικού Τα Π.Δ. χωρίζονται, επίσης, σε ενδογενή και εξωγενή [16]. Τα εξωγενή έχουν να κάνουν με την φύση του εξωτερικού ερεθίσματος (ένταση, συχνότητα κλπ.). Παρατηρούνται σε χρόνο μικρότερο των 100ms από την παραγωγή του ερεθίσματος. Αντίθετα, τα ενδογενή εξαρτώνται ουσιαστικά από την ψυχολογική κατάσταση του ατόμου και έχουν την βάση τους στην ψυχολογική επίδραση του εξωτερικού ερεθίσματος στον άνθρωπο. Παρατηρούνται σε χρόνο μεγαλύτερο των 70ms. Αλλάζουν ανάλογα με το αν το ερέθισμα είναι γνωστό ή άγνωστο, αν είναι δυσάρεστο ή ευχάριστο, αν θυμίζει στον εξεταζόμενο μία προγενέστερη προσωπική του εμπειρία κλπ. Η μελέτη των Π.Δ. γίνεται πιο συστηματοποιημένη αν εξετασθούν τα επιμέρους συστατικά (components) που έχουν τα σήματα αυτά. Τα συστατικά αυτά είναι κάποιες κυματομορφές του συνολικού σήματος, οι οποίες καθορίζονται με βάση: Τις κορυφώσεις (αρνητικές ή θετικές) του πλάτους δυναμικού Τη χρονική στιγμή στην οποία κατά προσέγγιση λαμβάνει χώρα η κορύφωση Το χρονικό εύρος το οποίο καταλαμβάνει η μερική κυματομορφή που περιέχει τη συγκεκριμένη κορύφωση Η αρνητική κορυφή δηλώνεται με το γράμμα Ν, ενώ η θετική με το Ρ. Ο δείκτης στα γράμματα Ν και Ρ υποδηλώνει τον λανθάνοντα χρόνο εμφάνισης της κορυφής σε 26

27 msec. Η εμφάνιση κάθε κυματομορφής σχετίζεται με διαφορετικές εγκεφαλικές διεργασίες: Ρ50: θεωρείται ο δείκτης των προσυνειδητών πτυχών προσοχής Ν100: θεωρείται ο δείκτης επιλεκτικής προσοχής. Αντικατοπτρίζει την κατανομή των πληροφοριών στα κατάλληλα συνειρμικά πεδία. Ρ200: θεωρείται ο δείκτης επικέντρωσης της προσοχής αναφορικά με τις επεξεργαζόμενες πληροφορίες. Ρ300: θεωρείται ο δείκτης κινητοποίησης προγραμμάτων δράσης σε επίπεδο κεντρικού νευρικού συστήματος. Ν400: Αναγνωρίζεται ως ο δείκτης σημαντικότητας των πληροφοριών. Απεικονίζει την κινητοποίηση προγραμμάτων σχετιζόμενων με την σημαντικότητα επεξεργαζόμενων πληροφοριών. Ρ400: θεωρείται ο δείκτης που αντικατοπτρίζει τα συστήματα επεξεργασίας πληροφοριών που σχετίζονται με την συντακτικότητα των πληροφοριών. Ρ600: Αντιστοιχεί στη χρονική περίοδο τελικής οργάνωσης, ελέγχου και εκτέλεσης της απόφασης που επιλέγεται όταν ο οργανισμός εκτίθεται σε εκλυτικό ερέθισμα ή σύμπλοκο ερεθισμάτων που έχουν ψυχολογική σπουδαιότητα [17]. Τα Π.Δ χρησιμοποιούνται ευρέως στη διάγνωση ασθενειών. Έτσι Π.Δ. έχουν εφαρμοστεί με επιτυχία στον τομέα της επιληψίας. Ο συσχετισμός των μεταβολών μεταξύ Π.Δ. και κλινικών συμπερασμάτων μπορεί να βοηθήσει στη μελέτη της φυσιοπαθολογίας της επιληψίας [15]. Xρήση των Π.Δ. γίνεται επίσης για την αναγνώριση ασθενών που πάσχουν από Alzheimer και την διάκριση τους από άλλες ασθένειες [18-19]. Επίσης χρησιμοποιούνται για την μελέτη της επίδρασης φαρμάκων που χορηγούνται για την νόσο αυτή [20]. Π.Δ. εφαρμόζονται και για τον εντοπισμό ψυχιατρικών ασθενειών όπως η σχιζοφρένεια και η παράνοια. Τα εργαλεία που χρησιμοποιούνται για τον σκοπό αυτό είναι συνήθως η στατιστική μελέτη των κορυφώσεων των κυματομορφών [21-22]. Τη στατιστική μελέτη των κορυφώσεων των Π.Δ. συνοδεύει συνήθως γραφική αναπαράσταση των κυματομορφών που αποτελούν το συνολικό μέσο όρο (grand average) κάθε απαγωγής για όλους τους εξεταζόμενους κάθε κατηγορίας ασθενών ή υγιών μαρτύρων. 27

28 Τα Π.Δ. όμως μπορούν επιπλέον να χρησιμοποιηθούν και για ερευνητικούς σκοπούς στην κλινική νευροφυσιολογία. Λόγω του υψηλού χρονισμού τους, παρέχουν σημαντικές πληροφορίες για την εγκεφαλική λειτουργία. Διάφορες νοητικές διεργασίες, όπως η αντίληψη, η προσοχή, η γλωσσική επεξεργασία και η μνήμη, λαμβάνουν χώρα σε χρονικές περιόδους της τάξεως δεκάδων χιλιοστών του δευτερολέπτου. Οι περισσότερες τυπικές τεχνικές απεικόνισης απαιτούν την διατήρηση της δραστηριότητας του εγκεφάλου για κάποια δευτερόλεπτα και έτσι αδυνατούν να συλλάβουν τις διαδικασίες αυτές. Οι καταγραφές με Π.Δ., όμως, παρέχουν απεικονίσεις με ακρίβεια χιλιοστών του δευτερολέπτου οπότε αποτελούν ιδανική μεθοδολογία για τη μελέτη των πτυχών συγχρονισμού τόσο των φυσιολογικών όσο και των παθολογικών γνωστικών διεργασιών. Για την παρατήρηση των Π.Δ. κατασκευάζονται χάρτες με την κατανομή δυναμικού στη δερματική επιφάνεια του κεφαλιού, που στην απλούστερη περίπτωση μπορεί να λάβει τη μορφή ισοδυναμικών επιφανειών. Η τοπογραφική αναπαράσταση των Π.Δ. μέσω χαρτών προσδίδει μεγαλύτερη δυνατότητα εποπτείας των εξελισσόμενων γεγονότων στην επιφάνεια του κεφαλιού. Τα συστατικά των Π.Δ. μπορούν να μελετηθούν σχετικά εύκολα ως προς την χωρική τους κατανομή. Σημαντικό τμήμα της έρευνας στην περιοχή του ΗΕΓ και των Π.Δ. αποτελεί η επίλυση του αντίστροφου προβλήματος στην ηλεκτροεγκεφαλογραφία, που ορίζεται ως η διαδικασία εύρεσης των ενδοκρανιακών πηγών ρεύματος, βάσει των τιμών επιφανειακών δυναμικών. Εξ αρχής κάθε αντίστροφο πρόβλημα έχει άπειρο πλήθος λύσεων. Για τη δημιουργία των εξισώσεων του προβλήματος πρέπει να υιοθετηθεί ένα πρότυπο (μοντέλο) κεφαλιού, το οποίο να ορίζει τη γεωμετρία, την ηλεκτρική δραστηριότητα και τις ηλεκτρικές ιδιότητες αυτού. Ο ορισμός του προτύπου είναι μία ιδιαίτερα περίπλοκη διαδικασία, καθώς πρέπει να συμβιβάζει τόσο την απαίτηση για μαθηματική απλότητα και μικρή υπολογιστική πολυπλοκότητα όσο και τη ρεαλιστική μοντελοποίηση των εγκεφαλικών φαινομένων που σχετίζονται με τα Π.Δ.. Η πλειονότητα των γνωστών μεθόδων στηρίζεται σε παραλλαγές της Μεθόδου Εντοπισμού Δίπολων (Dipole Localization Method, DLM) [26]. 28

29 1.4 Διαδικασία καταγραφής βιολογικών σημάτων Η καταγραφή βιολογικών σημάτων είναι μία διαδικασία που χρειάζεται ιδιαίτερη ακρίβεια και προσοχή καθώς είναι πολύ σημαντική η αξιοπιστία των μετρήσεων. Ένα σύστημα καταγραφής σήματος φαίνεται στην Εικόνα 1.9. Εικόνα 1.9: Σύστημα καταγραφής βιολογικού σήματος Το βιολογικό σήμα συλλέγεται από ειδικούς αισθητήρες όταν πρόκειται για ηλεκτρικά σήματα ή μετατρέπεται σε ηλεκτρικό σήμα μέσω ειδικών μετατροπέων. Ο ενισχυτής διαφέρει από σύστημα σε σύστημα ανάλογα με το σήμα που χρειάζεται να ενισχυθεί. Το φίλτρο έχει ως στόχο να αφαιρέσει τον θόρυβο έτσι ώστε το σήμα να μην έχει παραμορφώσεις. Μία τυπική περίπτωση θορύβου που θα πρέπει να αφαιρεθεί είναι ο θόρυβος λόγω τροφοδοσίας που είναι στα 50Hz. Αν δεν γίνει κάτι τέτοιο τότε μπορεί να αλλοιωθεί το σήμα κατά την διαδικασία της δειγματοληψίας. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα φαίνεται στην Εικόνα 1.10 όπου ο θόρυβος στα 50 Hz, αν γίνει δειγματοληψία στα 80Hz, αναδιπλώνεται στα 30Hz. Εικόνα 1.10: Αναδίπλωση θορύβου 50Hz στα 30 Hz 29

30 Μετά το φιλτράρισμα του σήματος γίνεται δειγματοληψία και ψηφιοποίηση του. Με τη δειγματοληψία γίνεται καταγραφή τιμών σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές. Αν αυτές οι χρονικές στιγμές είναι ισαπέχουσες πρόκειται για ομοιόμορφη δειγματοληψία. Έστω, λοιπόν, ένα συνεχές σήμα x(t) που είναι ορισμένο για κάθε χρονική στιγμή. Από το σήμα αυτό λαμβάνονται στιγμιαίες τιμές με βήμα Τ s όποτε προκύπτει το σήμα x(n) το οποίο δίνεται από την σχέση, όπου n= -,,, Τ s η περίοδος δειγματοληψίας, και δ η συνάρτηση Dirac. Για να μην χαθεί πληροφορία και το συνεχές σήμα να μπορεί να ανακατασκευαστεί από το δειγματοληπτημένο, θα πρέπει η δειγματοληψία να υπακούει στο θεώρημα του Shannon. Σύμφωνα με το θεώρημα αυτό η συχνότητα δειγματοληψίας f s πρέπει να είναι μεγαλύτερη ή ίση με την διπλάσια της μέγιστης συχνότητας του σήματος, δηλαδή 2. Αν δεν ισχύει αυτή η συνθήκη τότε οι αρμονικές του σήματος που είναι μεγαλύτερες από f s /2 αναδιπλώνονται και εμφανίζονται και σε μικρότερες αρμονικές παραμορφώνοντας το σήμα. Μετά από την διαδικασία αυτή το σήμα από αναλογικό έχει μετατραπεί σε ψηφιακό όποτε είναι δυνατή η ψηφιακή επεξεργασία του μέσω Η/Υ. 1.5 Καταγραφή Προκλητών Δυναμικών Η καταγραφή των Π.Δ. γίνεται τόσο επεμβατικά, δηλαδή με τοποθέτηση μέσα στον εγκέφαλο απαγωγών υπό μορφή πολύ λεπτών βελόνων, όσο και μη-επεμβατικά, με τοποθέτηση απαγωγών στην εξωτερική επιφάνεια του κεφαλιού. Η καταγραφή των Π.Δ. γίνεται χρησιμοποιώντας ακριβώς τον ίδιο εξοπλισμό που χρησιμοποιείται για την καταγραφή του ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος (ΗΕΓ). Για καλύτερη εποπτεία της εγκεφαλικής δραστηριότητας αλλά και για συγκριτική μελέτη της λειτουργίας διαφόρων περιοχών του εγκεφάλου είναι απαραίτητη η λήψη πολλών ταυτόχρονων σημάτων από διαφορετικά σημεία του ανθρώπινου κρανίου. Ένα από τα σημαντικά προβλήματα κατά τη διαδικασία καταγραφής Π.Δ. είναι ότι τα σήματα του ΗΕΓ είναι ιδιαίτερα ασθενή οπότε καθίσταται προβληματική η καταγραφή τους παρουσία θορύβου. Ο θόρυβος προκύπτει από δύο κυρίως πηγές. 30

31 1. Από το ίδιο το ΗΕΓ που καταγράφει τα σήματα του εγκεφάλου τα οποία είναι απαραίτητα για την λειτουργία του ανθρώπινου οργανισμού. Τα σήματα αυτά (θόρυβος) παρεμβάλλουν στο επιθυμητό σήμα (ηλεκτρικό σήμα που παράγεται ως απόκριση σε συγκεκριμένο ερέθισμα). Τις περισσότερες φορές ο θόρυβος είναι ισχυρότερος του επιθυμητού σήματος όποτε γίνεται προβληματική η μέτρηση των Π.Δ.[4]. 2. Από το θόρυβο που δημιουργείται από συσκευές η μηχανήματα του περιβάλλοντος χώρου (τεχνητός θόρυβος). Για την αντιμετώπιση των προβλημάτων αυτών μπορούν να εφαρμοστούν οι εξής τεχνικές: 1. Εξαγωγή του μέσου όρου (Εικόνα 1.11): Το πείραμα επαναλαμβάνεται πολλές φορές και το σήμα που λαμβάνεται είναι ο μέσος όρος των σημάτων των επιμέρους μετρήσεων. Έστω ότι r i (t) είναι το μετρούμενο σήμα κατά την διάρκεια της επανάληψης i. Το σήμα αυτό θεωρείται ότι αποτελείται από το επιθυμητό σήμα s i (t) και τον θόρυβο n i (t) που αντιπροσωπεύει τα σήματα του εξελισσόμενο ΗΕΓ τα οποία είναι άσχετα με το εκλυτικό ερέθισμα της διαδικασίας. Είναι λοιπόν:, 1,2,, όπου M είναι ο αριθμός των επαναλήψεων. Αν πάρουμε τον μέσο όρο λαμβανόμενα σήματα τότε θα είναι: 1 1 από τα Το επιθυμητό σήμα το όποιο προέρχεται από το εκλυτικό ερέθισμα είναι το ίδιο σε κάθε επανάληψη. Δηλαδή,. Αντίθετα, ο θόρυβος εφόσον υπάρχει δεν σχετίζεται με το εκλυτικό γεγονός και μπορεί να θεωρηθεί ασυσχέτιστη τυχαία διαδικασία με μηδενικό μέσο όρο. Έτσι προκύπτει:

32 Εικόνα 1.11: : Εξαγωγή του μέσου όρου Με αυτό τον τρόπο «αποθορυβοποιείται» το σήμα και λαμβάνεται μόνο το επιθυμητό σήμα, δηλαδή αυτό που σχετίζεται αποκλειστικά με το Π.Δ.. 2. Μετρήσεις εντός ηλεκτρομαγνητικά θωρακισμένου δωματίου (κλωβός Faraday): Με αυτό τον τρόπο αντιμετωπίζεται καθώς εξουδετερώνονται τα εξωτερικά ηλεκτρομαγνητικά πεδία δηλαδή τα πεδία δημιουργούμενα από ηλεκτροκινητήρες, γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, κινητά τηλέφωνα, κ.α. Η καταγραφή των Π.Δ. παρουσιάζει κάποιους περιορισμούς οι οποίοι οφείλονται κυρίως στην κατάσταση του εξεταζόμενου. Πιο συγκεκριμένα, ο εξεταζόμενος ενδεχόμενα προσαρμόζεται ή εξοικειώνεται με τα ερεθίσματα όποτε τότε η καταγραφή τους δεν είναι ακριβής. Επίσης μετά από κάποιο χρόνο ο εξεταζόμενος κουράζεται ή στρέφει αλλού την προσοχή του επηρεάζοντας τα ΠΔ στην ένταση και στο χρόνο. Για αυτό τον λόγο χρειάζεται να υπάρχει κάποιος μέγιστος αριθμός επαναλήψεων πέραν των οποίων γίνεται η παραδοχή ότι οι μετρήσεις δεν είναι αξιόπιστες. Επίσης πρέπει να γίνεται τακτικά έλεγχος της κατάστασης του εξεταζόμενου κατά την διάρκεια της διαδικασίας καταγραφής. Επίσης αρκετές φορές απαιτείται απεριοδικός χρονισμός αλλεπάλληλων πειραμάτων ώστε να αποφεύγεται η εξοικείωση με τα ερεθίσματα. 32

33 1.6 Βιβλιογραφία [1] Carey J., Brain Facts: A Primer on the Brain and the Nervous System, 5 th Ed. Washington, DC: Society for Neuroscience 2005, [2] Despopoulos A., Silbernagl S., Color Atlas of Physiology, 5th edition, Thieme, [3] Μονογυιου Ε., Υπολογισμός της ηλεκτρικής εγκεφαλικής δραστηριότητας κατά την διάρκεια του ύπνου: εφαρμογή της μεθόδου πεπερασμένων όγκων και των τεχνικών νευρωνικών δικτύων στις υπνικές ατράκτους, Διδακτορική Διατριβή, Φυσικό ΕΚΠΑ, [4] Κουτσούρης Δ., Παυλόπουλος Σ., Πρέντζα Α., Εισαγωγή στη Βιοϊατρική Τεχνολογία και Ανάλυση Ιατρικών Σημάτων, Εκδόσεις Τζιόλα, [5] Medical Discoveries, En/Electroencephalogram-EEG.html [6] Tassinary L.G., Geen Τ.Η., Cacioppo J.T., Edelberg R., Issues in biometrics: Offset potentials and the electrical stability of Ag/AgCl electrodes. Psychophysiology, 27: , [7] Teplan M., Fundamentals of EEG measurement, Measurement science review: 2(2), [8] Jaakko Malmivuo & Robert Plonsey: Bioelectromagnetism - Principles and Applications of Bioelectric and Biomagnetic Fields, Oxford University Press, New York, [9] Chatrian G.E., Lettich E., Nelson, Ten percent electrode system for topographic studies of spontaneous and evoked EEG activity. American Journal EEG Technology: 25, p.83 92, [10] Oostenveld R., Praamstra P., The five percent electrode system for highresolution EEG and ERP measurements, Clinical Neurophysiology: 112(4), p , [11] American Electroencephalographic Society. Guideline thirteen: Guidelines for standard electrode position nomenclature. J Clin Neurophysiol 11: p ,

34 [12] Βεντούρας Ε., «Φυσιολογία Εγκεφάλου και Ηλεκτροεγκεφαλογράφημα» (5 ο Κεφάλαιο). Εισαγωγή στη Βιοϊατρική Τεχνολογία και Ανάλυση Ιατρικών Σημάτων, Δ.Κουτσούρης, Σ.Παυλόπουλος, Α.Πρέντζα. Εκδόσεις Τζιόλα, Θεσσαλονίκη, 2003, σελ ISBN: [13] PeakMind, [14]Electrophysiology.com, [15] Bennys K., Rondouin G., Vergnes C. & Touchon J., Diagnostic value of quantitative EEG in Alzheimer's disease, Clinical Neurophysiology: 31(3), p , [16] Γιαννακάκης Γ.Α., «Ανάπτυξη συστήματος υποστήριξης διάγνωσης ψυχικών ασθενειών με χρήση Προκλητών Εγκεφαλικών Δυναμικών», Διπλωματική εργασία, ΕΜΠ, Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών, [17] Σκουλαρίκης Γ.Σ., «Μελέτη της Συνδεσιμότητας Περιοχών του Εγκεφάλου με εφαρμογή υπολογιστικών μεθόδων και δεδομένα ηλεκτροεγκεφαλογραφίας», Διπλωματική εργασία, ΕΜΠ, Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών, [18] Revonsuo A., Portin R., Juottonen K., Rinne J.O., Semantic Processing of Spoken Words in Alzheimer's Disease: An Electrophysiological Study Source, Journal of Cognitive Neuroscience: 10 (3), p , [19] D. O'Mahony, M. Rowan, J. Feely, D. O'Neill, J.B. Walsh, D. Coakley, Parkinson's dementia and Alzheimer's dementia: an evoked potential comparison, Gerontology 39(4):228-40, PubMed Publications, [20] Roy R. Reeves, Frederick A. Struve, Gloria Patrick, J. Gary Booker, Dennis W. Nave, The Effects of Donepezil on the P300 Auditory and Visual Cognitive Evoked Potentials of Patients With Alzheimer's Disease, American Journal for Geriatric Psychiatry 7: , November [21] Korpelainen J.T., Kauhanen, M.L., Tolonen U., Brusin E., Mononen H., Hiltunen P., Sotaniemi K. A., Suominen K., Myllylä V.V., Auditory P300 event related 34

35 potential in minor ischemic stroke, Acta Neurologica Scandinavica: 101(3), p , [25] Papageorgiou C., Liappas I., Asvestas P., Vasios C., Matsopoulos G.K., Nikolaou C., Nikita K.S., Uzunoglu N., Rabavilas A., Abnormal P600 in heroin addicts with prolonged abstinence elicited during a working memory test, Neuroreport: 12, p , [26] Koles Z.J., Trends in EEG source localization, Electroencephalography and clinical Neurophysiology, 106, p ,

36 36

37 2. Ψυχολογικό υπόβαθρο 2.1 Υποσυνείδητα ερεθίσματα Ο όρος «υποσυνείδητος» μπορεί να προσδιοριστεί αφού πρώτα οριστεί το «κατώφλι συνειδητοποίησης», δηλαδή ένα κατώτατο όριο που διαχωρίζει το συνειδητό από ασυνείδητο [1]. Η ετοιμολογία της λέξης προέρχεται από τον αγγλικό όρο «subliminal» ο οποίος είναι μια σύνθετη λέξη που αποτελείται από το πρόθεμα «sub-» και τη λατινική λέξη «limen». «Sub-» σημαίνει υπό και «limen» κατώφλι. Συνεπώς, «subliminal» σημαίνει κάτω από κάποιο κατώφλι. Τα ερεθίσματα που παρουσιάζονται στους ανθρώπους και είναι κάτω από τα όρια του συνειδητού κατωφλίου μπορούν να επηρεάσουν τη σκέψη, τη συμπεριφορά ακόμα και τις αποφάσεις των ανθρώπων. Ο Vicary, εντούτοις, ήταν ο πρώτος που ανέφερε την εντυπωσιακή επίδραση των υποσυνείδητων μηνυμάτων στη συμπεριφορά των ανθρώπων [2]. Υπάρχουν δύο κυρίως τύποι υποσυνείδητων ερεθισμάτων, τα οπτικά και τα ακουστικά Οπτικά υποσυνείδητα ερεθίσματα Όταν ένα οπτικό ερέθισμα παρέχεται στιγμιαία σε έναν παρατηρητή, τότε δημιουργείται ένα είδος αποτυπώματος του ερεθίσματος στον εγκέφαλό του. Αυτό σημαίνει ότι παρά το γεγονός ότι το οπτικό ερέθισμα προβάλλεται για ένα πολύ μικρό χρονικό διάστημα και στη συνέχεια εξαφανίζεται, η εικόνα παραμένει ορατή για τον εγκέφαλο ακόμα και μετά την παύση της προβολής της. Στην πρώτη εμφάνιση της λέξης ο παρατηρητής θυμάται ένα μέρος της αρχής της λέξης. Στη δεύτερη εμφάνισή της ο εγκέφαλος δημιουργεί μία αναπαράσταση των μεσαίων γραμμάτων της λέξης κοκ. Με τον τρόπο αυτό ο παρατηρητής συνδυάζοντας τις αναπαραστάσεις αυτές μπορεί να συναρμολογήσει τη λέξη και τελικά να την αναγνωρίσει [3]. Για το λόγο αυτό χρησιμοποιούνται οπτικές μάσκες. Η μάσκα είναι μια εικόνα χωρίς νόημα (μια σειρά από γράμματα χωρίς νόημα, ένα σχέδιο γραμμών, κλπ) η οποία δίνεται αμέσως μετά το υποσυνείδητο ερέθισμα [4]. Οι οπτικές μάσκες έχουν το ρόλο της απομάκρυνσης της παρατεταμένης αναπαράστασης που δημιουργείται στον εγκέφαλο από το υποσυνείδητο οπτικό ερέθισμα [5]. 37

38 2.1.2 Ακουστικά υποσυνείδητα ερεθίσματα Τα ακουστικά υποσυνείδητα ερεθίσματα είναι μηνύματα τα οποία συνήθως βρίσκονται κρυμμένα κάτω από μουσική. Πολλά πολυκαταστήματα χρησιμοποιούν υποσυνείδητα ακουστικά μηνύματα που καλύπτονται από τη μουσική του καταστήματος για να αποθαρρύνουν την κλοπή. Τα κρυμμένα ακουστικά μηνύματα συμπιέζονται ή επιταχύνονται σε έναν βαθμό τέτοιο που να τα καθιστά ακατανόητα, ακόμα κι αν είναι πάνω από το κατώφλι συνειδητοποίησης. Η μουσική στις περιπτώσεις αυτές αποτελεί τον πρωτεύων δίαυλο ενώ ο δευτερεύων είναι το κρυμμένο μήνυμα. Τα συμπεράσματα από τέτοιες έρευνες δείχνουν όχι μόνο ανάλυση του περιεχομένου του δευτερεύοντος καναλιού σε επίπεδο μεμονωμένων λέξεων από τον ανθρώπινο εγκέφαλο, αλλά και σύντομη εμμονή της μνήμης όσον αφορά το περιεχόμενό του [5] Υποκειμενικό και αντικειμενικό κατώφλι Ενώ είναι εύκολο να οριστεί η σημασία του υποσυνείδητου ερεθίσματος, υπάρχουν σημαντικές διαφωνίες σχετικά με το πώς μπορεί να μετρηθεί, δηλαδή πώς μπορεί να αποδειχθεί ότι ένα ερέθισμα έχει επίδραση σε ένα άτομο δεδομένου ότι το άτομο αυτό δεν γνωρίζει τη φύση του ερεθίσματος ή ακόμα και την ύπαρξή του. Οι πειραματικοί ψυχολόγοι καθορίζουν δύο διαφορετικά κατώφλια όσον αφορά τη συνειδητοποίηση ενός ερεθίσματος, το υποκειμενικό και το αντικειμενικό. Το υποκειμενικό κατώφλι αναφέρεται σε εκείνο το επίπεδο έντασης ερεθισμάτων στο οποίο το άτομο υποστηρίζει ότι ακριβώς ή με κάποια συγκεκριμένη πιθανότητα αρχίζει να αντιλαμβάνεται το ερέθισμα. Γεγονότα υποσυνείδητα, κάτω από το υποκειμενικό κατώφλι, είναι γεγονότα των οποίων η παρουσία δεν μπορεί να αναφερθεί από τους παρατηρητές [6]. Αντίθετα, το αντικειμενικό κατώφλι, αναφέρεται σε εκείνο το χαμηλότερο επίπεδο έντασης του ερεθίσματος, στο οποίο ο παρατηρητής δεν είναι πλέον ικανός ακόμη και κάνοντας εικασίες να διακρίνει την παρουσία ή την απουσία του, σε επίπεδο επάνω από αυτό της τυχαιότητας. Τα υποσυνείδητα μηνύματα από αυτή την άποψη είναι γεγονότα των οποίων την παρουσία οι παρατηρητές δεν μπορούν να ανιχνεύσουν [6]. Τα αποτελέσματα ερευνών στις οποίες χρησιμοποιήθηκαν μηνύματα κάτω από το αντικειμενικό κατώφλι ήταν σαφή: δεν υπήρξαν αδιαμφισβήτητα στοιχεία όσον αφορά την ασυναίσθητη ή υποσυνείδητη αντίληψη των ερεθισμάτων και όσον αφορά 38

39 το αν η σημασία ή το περιεχόμενο τέτοιων μηνυμάτων θα μπορούσε να έχει επιπτώσεις στη συμπεριφορά των ανθρώπων [7-8]. Συνεπώς, ο υποκειμενικός τρόπος μέτρησης της συνειδητοποίησης στηρίζεται στις αναφορές του κάθε ανθρώπου σχετικά με τις ικανότητες αντίληψης του καθενός. Ερωτήσεις όπως «Αναγνωρίσατε τη λέξη που σας παρουσιάστηκε» ή «Πιστεύετε ότι η λέξη που παρουσιάστηκε επηρέασε την κρίση σας;» είναι παραδείγματα των υποκειμενικών μέτρων συνειδητοποίησης. Αντίστοιχα, ο αντικειμενικός τρόπος μέτρησης της συνειδητοποίησης, στηρίζεται στη δυνατότητα του ανθρώπου να διακρίνει μεταξύ συγκεκριμένων ερεθισμάτων. Τέτοια μέτρα περιλαμβάνουν την αναγκαστική επιλογή μεταξύ δύο η περισσοτέρων (π.χ. «ήταν αυτό το μήνυμα που σας παρουσιάστηκε ή όχι;»). Η μέτρηση της αντικειμενικής συνειδητοποίησης προσφέρει ένα χαμηλότερο κατώτατο όριο για τη συνειδητοποίηση από ότι η μέτρηση της υποκειμενικής συνειδητοποίησης. Κατά συνέπεια, εάν μπορεί να αποδειχθεί ότι κάποιο μήνυμα παρουσιάζεται πάνω από το αντικειμενικό κατώφλι του παρατηρητή και ταυτόχρονα κάτω από το υποκειμενικό κατώφλι του και εάν μπορεί να αποδειχθεί η ύπαρξη κάποιας επίδρασης στη συμπεριφορά του παρατηρητή σύμφωνη με τη σημασία του μηνύματος που όμως δεν εμφανίζεται ελλείψει του μηνύματος, τότε θα υπήρχε μια ένδειξη υποσυνείδητης αντίληψης και υποσυνείδητης επιρροής [1] Τρόποι προβολής υποσυνείδητων ερεθισμάτων Στην περίπτωση των οπτικών ερεθισμάτων υπάρχουν δύο κυρίως μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για την παρουσίασή τους: στο κέντρο του οπτικού πεδίου και έξω από αυτό. Πιο συγκεκριμένα η προβολή των υποσυνείδητων ερεθισμάτων στον κέντρο του οπτικού πεδίου (foveal) ενός ατόμου μπορεί να γίνει στο κέντρο μιας οθόνης υπολογιστή ή τηλεόρασης. Αντίθετα, η προβολή (parafoveal) υποσυνείδητων ερεθισμάτων εκτός του κέντρου του οπτικού πεδίου όπως για παράδειγμα σε κάποια από τις γωνίες της οθόνης του υπολογιστή ή της τηλεόρασης. Υπάρχει μία ασυνέπεια στον προσδιορισμό των ακριβών ορίων των περιοχών κεντρικής και μη όρασης στη βιβλιογραφία αλλά τα αντικειμενικά όρια είναι καθορισμένα στις 1 και 6 μοίρες αντίστοιχα [8-11]. Πριν δοθεί το ερέθισμα στο κέντρο της οθόνης εμφανίζεται ένας σταυρός ή ένας κύκλος στον οποίο επικεντρώνει το βλέμμα του ο παρατηρητής έτσι ώστε να μπορούν να υπολογιστούν ποιες περιοχές ανήκουν στο πεδίο της κεντρικής 39