ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΙΑΤΡΙΚΩΝ ΣΗΜΑΤΩΝ

ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΙΑΤΡΙΚΩΝ ΣΗΜΑΤΩΝ Ηλεκτροεγκεφαλογράφημα Προκλητά Δυναμικά Αν. Καθ. Γ. Ματσόπουλος Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 1

Εγκέφαλος Ίσως το πλέον πολύπλοκο δημιούργημα της φύσης. Εξαιρετικά πολυσύνθετο δίκτυο κυττάρων, με λειτουργίες υπεύθυνες για τη δημιουργία σκέψεων, μνήμης, έλεγχο δραστηριοτήτων σώματος και συναισθημάτων. Περίπου 10 10 νευρώνες οι οποίοι συναντιούνται μεταξύ τους σε 10 14 ως 10 15 σημεία. Η μελέτη των μηχανισμών λειτουργίας του ανθρώπινου εγκεφάλου επικεντρώνεται στη μελέτη των ηλεκτρικών φαινομένων που εμφανίζονται κατά τη λειτουργία των νευρικών κυττάρων. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 2

Εγκέφαλος 1791: ο Galvani δημοσίευσε ότι τα «νεύρα» περιέχουν μία εγγενή μορφή ηλεκτρισμού. 1848: ο Du Bois - Reymond ανακάλυψε ότι η δραστηριότητα των περιφερειακών νεύρων συνοδευόταν από μετρήσιμες μεταβολές του ηλεκτρικού δυναμικού. Ώθηση σε έρευνα μεταβολών ηλεκτρικής δραστηριότητας που οφείλονται στο νευρικό σύστημα και είναι ενδεικτικές της λειτουργίας του. 1877: ο R.Catton έδειξε ότι υπάρχει σχέση μεταξύ εξωτερικών ερεθισμάτων και ηλεκτρικής δραστηριότητας στον εγκέφαλο κουνελιών και πιθήκων. 1929: ο Hans Berger έκανε την 1 η εμπεριστατωμένη αναφορά για μέτρηση διαφορών δυναμικού από την εξωτερική επιφάνεια του ανθρώπινου κεφαλιού (οριοθέτηση έναρξης μελέτης λειτουργιών εγκεφάλου μέσω ΗΕΓ). Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 3

Στοιχεία Φυσιολογίας Εγκεφάλου Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 4

Στοιχεία Φυσιολογίας Εγκεφάλου Βασικά δομικά στοιχεία του εγκεφάλου: νευρικά κύτταρα - νευρώνες νευρογλοία - διατροφή και στήριξη νευρώνων Νευρώνας: αυτόνομος και αποτελείται από: κυρίως νευρικό κύτταρο (σώμα) αποφυάδες (νευρίτες) Κυρίως νευρικό κύτταρο: περικλείει:» πυρήνα» κυτταρικό σώμα Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 5

Στοιχεία Φυσιολογίας Εγκεφάλου Αποφυάδες (Νευρίτες) ΔΥΟ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ: 1) Μοναδικός νευροάξονας (άξονας) κάθε νευρώνα: «Έξοδος» κυττάρου. Νηματοειδής προέκταση κυρίως νευρικού κυττάρου. - Κυκλοφορία νευρικών ώσεων (δυναμικά δράσης) κυτταρικού σώματος στον άξονα με κατεύθυνση προς την απόληξή του. - Κατάληξη αξόνων στην «προσυναπτική» μεμβράνη. (συμμετοχή στο σχηματισμό σύναψης - περιοχή ηλεκτροχημικής επαφής του νευρώνα με άλλους νευρώνες για τη μετάδοση σημάτων) Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 6

Στοιχεία Φυσιολογίας Εγκεφάλου Αποφυάδες (Νευρίτες) ΔΥΟ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ: 2) Δενδρίτες - διακλαδισμένες αποφύσεις νευρώνων: «Είσοδοι» κυττάρου. - Σε επαφή με τις απολήξεις διαφόρων αξόνων (προερχόμενοι από γειτονικούς ή απομακρυσμένους νευρώνες) μέσω συνάψεων. - Συλλογή μέσω «μετασυναπτικών» μεμβρανών των σημάτων που εκπέμπονται από τις αξονικές απολήξεις και μετάδοση αυτών στο κυτταρικό σώμα του νευρώνα στον οποίο ανήκουν. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 7

Στοιχεία Φυσιολογίας Εγκεφάλου Σύναψη: διάρθρωση της απόληξης του άξονα ενός νευρώνα με δενδρίτη άλλου νευρώνα. - Μεταβίβαση δράσης από την προσυναπτική μεμβράνη στη μετασυναπτική μέσω της πολύ λεπτής σχισμής που τις χωρίζει - συναπτικό χάσμα. - Η σύναψη μπορεί να βρίσκεται πολύ κοντά ή και πάνω στο σώμα ενός νευρώνα. - Σε μία σύναψη μπορεί να συμμετέχουν τρεις νευρώνες ταυτόχρονα, οπότε απολήξεις δύο αξόνων οδεύουν στο ίδιο σημείο του δενδρίτη. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 8

Στοιχεία Φυσιολογίας Εγκεφάλου Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 9

Στοιχεία Φυσιολογίας Εγκεφάλου Νευρική ώση: Ηλεκτρικό σήμα που παράγεται στο νευρικό κύτταρο και διαδίδεται στον άξονά του. Νευρομεταβιβαστές: Χημικές ουσίες που παράγονται στους νευρώνες και ελευθερώνονται στις απολήξεις των αξόνων. Μεταβίβαση νευρικού σήματος στο επίπεδο των συνάψεων που λειτουργούν με χημική διαδικασία. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 10

Στοιχεία Φυσιολογίας Εγκεφάλου Κυτταρική μεμβράνη: καλύπτει το νευρώνα με τον άξονα και τους δενδρίτες. Διπλό (διμοριακό) στρώμα από φωσφολιπίδια + διαφορετικά είδη πρωτεϊνών τοποθετημένα εγκαρσίως. Πάχος ~ 8-10 nm Φωσφολιπίδια: έχουν υδρόφιλη κεφαλή και υδρόφοβο τμήμα (ουρά) μορίου. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 11

Μεμβράνη Κυττάρων Οργάνωση φωσφολιπιδίων σε διπολικό στρώμα μέσα σε υδατικό μέσο: - Απομάκρυνση υδρόφοβων ουρών από υδατικό μέσο. - Τοποθέτηση υδρόφιλων κεφαλών μεταξύ ύδατος & ουρών. Διμοριακό στρώμα: αδιαπέραστο από τα περισσότερα βιολογικώς ενεργά μόρια (π.χ. αμινοξέα, ιόντα). ΟΜΩΣ η ύπαρξη των πρωτεϊνών κάνει τη μεμβράνη ημιπερατή για ορισμένες ουσίες. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 12

Μεμβράνη Κυττάρων Λειτουργία πρωτεϊνών ως δίοδοι ιόντων: 1) Δίοδοι ελεγχόμενοι από τάση: η λειτουργία τους εξαρτάται από την τάση που επιβάλλεται διαμεμβρανικά. 2) Χημικά ελεγχόμενοι δίοδοι: η λειτουργία τους εξαρτάται από την παρουσία κάποιων χημικών ουσιών και χημικών φαινομένων. 3) Μη ελεγχόμενες δίοδοι: η λειτουργία τους δεν ελέγχεται από εξωτερικές συνθήκες. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 13

Δυναμικό Ηρεμίας Δυναμικό Ηρεμίας κυττάρου: Διαφορά δυναμικού κατά μήκος της μεμβράνης: - Αρνητική στο εσωτερικό - Θετική στο εξωτερικό Δυναμικό ηρεμίας κυττάρου: είναι αρνητικό. Εύρος τιμών : -60 ως -100 mv. ~ -70 mv για νευρικά και μυϊκά κύτταρα Οφείλεται σε άνιση κατανομή ιόντων, η οποία διατηρείται από τη μεταβολική δραστηριότητα του κυττάρου, μέχρι κάποιο είδος αναταραχής να διαταράξει αυτή την ισορροπία. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 14

Είδη Διαμεμβρανικής Δύο είδη Δυναμικών: Ροής Ιόντων 1) Δυναμικό Δράσης (Action Potential) 2) Μετασυναπτικό Δυναμικό (Post Synaptic Potential - PSP) Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 15

Κυματομορφή Δυναμικού Δράσης Διαφορά δυναμικού εσωκυτταρικού - εξωκυτταρικού δυναμικού συναρτήσει του χρόνου σε ένα σημείο της μεμβράνης. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 16

Δυναμικό Δράσης Νεύρα και κύτταρα μυών : Γρήγορη επαναπόλωση Διάρκεια δυναμικού δράσης πολύ μικρή ~ 1msec Καρδιακός μυς : Πιο αργή επαναπόλωση Διάρκεια δυναμικού δράσης ~ 150-300 msec Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 17

Μετασυναπτικό Δυναμικό Ενεργοποίηση προσυναπτικού νευρώνα μετάδοση ερεθισμού μέσω συναπτικού χάσματος Εμφάνιση δυναμικού στη μετασυναπτική μεμβράνη. Χαρακτηριστικά: πιο συνεχή μορφολογία περιορισμένο στο χώρο (περιοχή σύναψης) χαμηλότερη τιμή (η μετασυναπτική μεμβράνη αποπολώνεται ή υπερπολώνεται σε μικρότερο βαθμό από ότι το σώμα του νευρώνα, όπου αθροίζονται όλα τα σήματα τα προερχόμενα από τους δενδρίτες) Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 18

Μετασυναπτικό Δυναμικό 1) Μετασυναπτικό δυναμικό διέγερσης (excitatory PSP - EPSP): 2) Μετασυναπτικό δυναμικό καταστολής ή αναστολής (inhibitory PSP - IPSP) Σε μία σύναψη του εγκεφάλου μπορεί να εμφανισθεί: - μόνο EPSP σύναψη διέγερσης (excitatory synapse) - Αποπόλωση. - μόνο IPSP κατασταλτική ή ανασταλτική σύναψη (inhibitory synapse) καθώς διαδίδεται προς το σώμα και αθροίζεται με άλλες συνεισφορές από διαφορετικές συνάψεις δεν διευκολύνει ενδεχόμενη αποπόλωση του νευρώνα. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 19

Ηλεκτροεγκεφαλογραφία Εγκεφαλική Λειτουργία: Το σύνολο των ηλεκτροχημικών επιδράσεων από νευρώνα σε νευρώνα, αθροιζόμενο για όλες τις περιοχές του εγκεφάλου (μέσα από ένα δίκτυο ανεξερεύνητης ακόμη πολυπλοκότητας). Ηλεκτροεγκεφαλογραφία: Το εργαλείο για τη μελέτη των διαφόρων διαδικασιών. Ηλεκτροεγκεφαλογράφημα: Διάγραμμα μεταβολής της ηλεκτρικής δραστηριότητας (τάσης/δυναμικό) του εγκεφάλου με το χρόνο. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 20

Λειτουργία Ηλεκτροεγκεφαλογράφου Καταγραφή διαφορών δυναμικού πάνω στην εξωτερική δερματική επιφάνεια του ανθρώπινου κρανίου. Τα δυναμικά οφείλονται σε ρεύματα ιόντων διαμέσου της κυτταρικής μεμβράνης των νευρώνων που συμμετέχουν στην εκάστοτε εγκεφαλική λειτουργία. Ασθενή ηλεκτρικά σήματα ~ 1μV ως 100μV. Μεγάλη ενίσχυση των υπό εξέταση σημάτων Πυκνότερη κάλυψη κεφαλιού με απαγωγά ηλεκτρόδια Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 21

Λειτουργία Ηλεκτροεγκεφαλογράφου Τα κύματα του ΗΕΓ χαρακτηρίζονται από: τη συχνότητά τους το δυναμικό ή πλάτος τη μορφή τους την περιοχή επιφάνειας του κρανίου από όπου συλλέγονται τις φυσιολογικές ή παθολογικές συνθήκες που τα συνοδεύουν Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 22

Ηλεκτρόδια Αισθητήρες συστήματος, που μετατρέπουν το ρεύμα ιόντων μέσα στο ανθρώπινο σώμα σε ρεύμα ηλεκτρονίων μέσα στα καλώδια τα οποία οδηγούν το ρεύμα σε επόμενη επεξεργασία. Επαφή με το δέρμα μέσω κολλώδους ουσίας ή μέσω μικρού δαχτυλιδιού. Καλός καθαρισμός δέρματος με οινόπνευμα για χαμηλή αντίσταση επαφής (< 5 kω). Κίνηση ιόντων μέσω του «συνόρου» ηλεκτροδίου - ηλεκτρολύτη. Όταν μέσα στον εγκέφαλο υπάρξει σήμα, δηλ. ροή ιόντων, προκαλεί μεταβολή της ιοντικής συγκέντρωσης και ροή ηλεκτρονίων. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 23

Τυποποιημένες απαγωγές με το σύστημα 10-20 Σύστημα 10-20: Διεθνές πρότυπο επιλογής θέσεων ηλεκτροδίου Απόσταση μεταξύ δύο οποιωνδήποτε ηλεκτροδίων: 20% απόστασης μεταξύ των δύο αυτιών Απόσταση από το αυτί στο κοντινότερο προς αυτό ηλεκτρόδιο: 10% απόστασης μεταξύ των δύο αυτιών Προσαρμογή θέσεων ηλεκτροδίων ανάλογα με τις διαστάσεις του εξεταζόμενου. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 24

Τυποποιημένες απαγωγές με το σύστημα 10-20 Cz : κεντρικό σημείο εγκεφάλου Fpz, Fz, Cz, Pz : ηλεκτρόδια μέσης γραμμής Fx : ηλεκτρόδια στο μπροστινό μέρος του εγκεφάλου Αριστερό ημισφαίριο: μονοί αριθμοί στα ηλεκτρόδια Δεξί ημισφαίριο: ζυγοί αριθμοί στα ηλεκτρόδια Α1 και Α2 συνήθως ηλεκτρόδια αναφοράς (είτε ένα από αυτά, είτε ο συνδυασμός τους) Fpz : γείωση Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 25

Καταγραφή ΗΕΓ Διαφορά μεταξύ δυναμικών που παρουσιάζεται ανά πάσα στιγμή μεταξύ δύο ηλεκτροδίων Ενεργά σημεία: ηλεκτρόδια που βρίσκονται «πάνω» από εγκεφαλικές περιοχές που ενδεχομένως θα παρουσιάσουν δραστηριότητα. Ανενεργά σημεία: ηλεκτρόδια τοποθετημένα «πάνω» από περιοχές που θεωρείται ότι δεν έχουν σχέση με εγκεφαλική λειτουργία (π.χ. αυτί). Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 26

Διπολική Μέτρηση ΗΕΓ «Διπολική» Μέτρηση: όταν το μετρούμενο σήμα προκύπτει ως διαφορά δυναμικού δύο ηλεκτροδίων ενεργών περιοχών. Πλεονέκτημα: Απόρριψη κοινού θορύβου. Απορρίπτει τυχόν παράσιτα τα οποία είναι κοινά στα δύο ηλεκτρόδια. Κοινή μεθοδολογία σε κλινικές νευρολογικές εξετάσεις ΗΕΓ: διπολικές μετρήσεις για 15 ως 30 ηλεκτρόδια. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 27

Διπολική Μέτρηση ΗΕΓ Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 28

Μονοπολική Μέτρηση ΗΕΓ «Μονοπολική» Μέτρηση: όταν το μετρούμενο σήμα προκύπτει ως διαφορά δυναμικού ενός ηλεκτροδίου ενεργής περιοχής και ενός ηλεκτροδίου ανενεργής περιοχής. Ηλεκτρόδιο ανενεργής περιοχής: κοινό για όλες τις μετρήσεις, σημείο αναφοράς που δεν επηρεάζεται (κανονικά) από εγκεφαλικά ρεύματα. Χρησιμοποιείται στην περίπτωση της ψυχοφυσιολογικής έρευνας. Ολοκληρωμένη και ταυτόχρονη, από όλα τα ηλεκτρόδια ενεργών περιοχών, πληροφόρηση σχετικά με κάθε εγκεφαλικό ρεύμα ιόντων το οποίο φτάνει στην εξωτερική δερματική επιφάνεια του κεφαλιού. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 29

Ενίσχυση και Καταγραφή ΗΕΓ Συντελεστές ενίσχυσης της τάξης του 10 5. Πρώτη βαθμίδα ενίσχυσης: προενισχυτές - ενισχυτές χαμηλού θορύβου (για σήμα 1μV, επίπεδο εσωτερικού θορύβου της τάξης εκατοντάδων nv). Διαφορικοί ενισχυτές με λόγο απόρριψης κοινού σήματος (CMRR) ~ 120 db. Σε συμβατικά συστήματα : καταγραφική συσκευή και αποτύπωση σε χαρτί. Στα σύγχρονα ψηφιακά συστήματα : δυνατότητα για ψηφιακή επεξεργασία και απεικόνιση σήματος on-line ή off-line. (Προηγείται A/D μετατροπή μέσω κατάλληλης κάρτας συλλογής δεδομένων). Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 30

Ψηφιακός ΗΕΓ Ν ηλεκτρόδια μέτρησης δυναμικού. Χώρος μετρήσεων προστατευόμενος από ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 31

Η μελέτη του ΗΕΓ βασίζεται: διάκριση Χαρακτηριστικά ΗΕΓ καταγραφές δυναμικού ως συνάρτηση χρόνου ύπαρξη ή μη συγκεκριμένων κυματομορφών - ρυθμών, κύριο χαρακτηριστικό των οποίων είναι οι συχνότητες των αρμονικών από τις οποίες αποτελούνται (φασματικό περιεχόμενο) Κυριότεροι ρυθμοί, συχνότητες και συνήθη πλάτη: Ρυθμός Περιοχή Συχνοτήτων Πλάτος (σε μv) Δέλτα 0,5-3,5 έως 200 Θήτα 4-7,5 < 30 Άλφα 8-12 30-50 Αργός Βήτα 13-19 < 20 Ταχύς Βήτα 20-30 < 20 Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 32

Ρυθμοί ΗΕΓ Ρυθμός α: - εμφανίζεται σε ~ 75% ενηλίκων - είναι ο πρώτος ρυθμός που μελετήθηκε - κλείσιμο (άνοιγμα) ματιών προκαλεί αύξηση (μείωση) ρυθμού α - αισθητηριακός ερεθισμός ή πνευματική δραστηριότητα προκαλούν μείωση ρυθμού α Ρυθμός β: - ο κυρίαρχος ρυθμός κατά τη φάση πλήρους εγρήγορσης φυσιολογικού ατόμου - είναι ο δεύτερος ρυθμός που μελετήθηκε Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 33

Ρυθμοί ΗΕΓ Ρυθμός δ: - συσχετίζεται με τον ύπνο στο φυσιολογικό άνθρωπο - κύριος ρυθμός στα νεογέννητα ως το δεύτερο έτος ηλικίας Ρυθμός θ: - συνδέεται με μηχανισμούς καταστολής: είτε στην είσοδο σε φάση χαλάρωσης είτε σε συνδυασμό με το β ρυθμό σε φάσεις αυξημένης προσοχής - εμφανίζεται και σε περιπτώσεις άγχους και ψυχικών διαταραχών Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 34

Ρυθμοί ΗΕΓ α β θ 8-12 Hz 13-30 Hz 4-7,5 Hz δ 0,5-3,5 Hz Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 35

Παράσιτα στη μέτρηση ΗΕΓ Μη φυσιολογικής προέλευσης: Ηλεκτρόδια (π.χ. μετακίνηση) Παρεμβολές από το δίκτυο Φυσιολογικής προέλευσης: Ηλεκτρομυϊκή δραστηριότητα (π.χ. συστολή μυών του λαιμού) Κίνηση ματιών Ηλεκτρική δραστηριότητα της καρδιάς Επίδραση αναπνοής Ιδρώτας Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 36

Διαταραχές ΗΕΓ α) Κίνηση βλεφάρων β) Κίνηση οφθαλμών (+50Hz) γ) Ιδρώτας δ) Σφυγμός ε) ΗΚΓ στ) ΗΜΓ ζ) Ξηρό και κανονικό ηλεκτρόδιο η) Γέφυρα νερού και κανονικό ηλεκτρόδιο θ) Ελλατωματικό ηλεκτρόδιο Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 37

ΗΕΓ Δραστηριότητες κατά τη διάρκεια του ύπνου Ριζική μεταβολή των ηλεκτρικών δραστηριοτήτων του εγκεφάλου κατά τη διάρκεια του ύπνου Στάδια ύπνου: 1ο στάδιο [Υπνηλία] : Καταλαμβάνει το 5% του συνολικού χρόνου Δραστηριότητα 2-7 Hz χαμηλού δυναμικού Αργή κίνηση οφθαλμών (Slow Eye Movement) 2ο στάδιο [Ελαφρύς Ύπνος] : Καταλαμβάνει το 50% του συνολικού χρόνου Κύματα θήτα διάρκειας μεγαλύτερης από 0.5sec Δεν παρατηρείται κίνηση οφθαλμών Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 38

ΗΕΓ Δραστηριότητες κατά τη διάρκεια του ύπνου Στάδια ύπνου: 3ο στάδιο [Βαρύς Ύπνος] : Κύματα δέλτα συχνότητας μικρότερης ή ίσης 2Hz 4ο στάδιο [Πολύ Βαρύς Ύπνος] : Μαζί με το προηγούμενο στάδιο καταλαμβάνουν το 20% του συνολικού χρόνου Όμοια δραστηριότητα με το 3ο στάδιο Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 39

ΗΕΓ Δραστηριότητες κατά τη Στάδια ύπνου: διάρκεια του ύπνου 5ο στάδιο [REM - Rapid Eye Movement] : Ονειρική φάση ή φάση του παράδοξου ύπνου Σειρά αντιφατικών φαινομένων Μέγιστη σωματική χαλάρωση Αύξηση της αρτηριακής πίεσης - Σφίξιμο δοντιών Γρήγορη κίνηση βολβών οφθαλμών Διανοητική δραστηριότητα εντονότερη ακόμη και από ξύπνια άτομα που εκτελούν μαθηματικούς υπολογισμούς Καταλαμβάνει το 25% του συνολικού χρόνου Συνδέεται άμεσα με τα όνειρα Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 40

ΗΕΓ Δραστηριότητες κατά τη διάρκεια του ύπνου Τα 5 στάδια του ύπνου αποτελούν ένα πλήρη κύκλο ύπνου. Ένας συνηθισμένος οκτάωρος ύπνος φυσιολογικού ατόμου μπορεί να περιλάβει 4 με 6 τέτοιους κύκλους. Όσο ο ύπνος προχωρεί τόσο συμπυκνώνονται χρονικά τα πρώτα στάδια και επιμηκύνεται το REM. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 41

ΗΕΓ δραστηριότητες κατά τη διάρκεια του ύπνου α) Ηλεκτροοφθαλμόγραμμα ΗΟΓ β) Ηλεκτρομυογράφημα ΗΜΓ γ) Ηλεκτροεγκεφαλογράφημα - ΗΕΓ Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 42

Χρήση ΗΕΓ στη Νευρολογία Εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων για: σωστή εξέλιξη Κεντρικού Νευρικού Συστήματος (KNS) από γέννηση ως ενηλικίωση βαρύτητα νόσου εγκεφαλοπαθειών (π.χ Alzheimer) και υποβοήθηση διάγνωσης και πρόβλεψης μελέτη επιληψίας: εμφάνιση «αιχμών» και «βραχέων κυμάτων» (spikes and short waves - SSW) υψηλής συχνότητας, με διάρκεια από 20-70msec και 70-200msec αντιστοίχως. Περιπτώσεις κρανιοεγκεφαλικών κακώσεων ή κώματος Κύριο μέσο στη μελέτη του ύπνου Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 43

Χρήση ΗΕΓ στη Μελέτη Επιληψίας Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 44

Προκλητά Δυναμικά (ΠΔ) Εγκεφάλου Βιωματικά Δυναμικά (ΒΔ Εvent Related Potentials ERP) Προκλητά Δυναμικά (ΠΔ Evoked Potentials EP): εξωτερικό ερέθισμα Εκπεμπόμενα Δυναμικά (ΕΔ Emitted Potentials): συσχετίζονται με ψυχολογική διαδικασία Ορισμός Προκλητών Δυναμικών: Διαφορές δυναμικού που μετράμε, συνήθως στη δερματική επιφάνεια του κεφαλιού, οι οποίες προκαλούνται ως προετοιμασία ή ως απόκριση σε συγκεκριμένο γεγονός, το οποίο συμβαίνει στον εξωτερικό φυσικό κόσμο και αποτελεί το εκλυτικό γεγονός ή ερέθισμα. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 45

Προκλητά Δυναμικά (ΠΔ) Εγκεφάλου Κατηγορίες ΠΔ ανάλογα με το είδος εξωτερικού ερεθίσματος που τα προκαλεί: 1) Οπτικά προκλητά δυναμικά (Visual Evoked Potentials - VEP): οπτικός ερεθισμός, π.χ. εμφάνιση συγκεκριμένης εικόνας, λάμψεις 2) Ακουστικά προκλητά δυναμικά (Auditory Evoked Potentials - AEP): ακουστικός ερεθισμός, π.χ. ήχοι, λέξεις, τόνοι διάφορων συχνοτήτων 3) Σωματοαισθητικά προκλητά δυναμικά (Somatosensory Evoked Potentials - SEP): ερεθισμός κάποιου νεύρου μέσω μικρής διάρκειας και έντασης ηλεκτρικό ρεύμα Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 46

Προκλητά Δυναμικά (ΠΔ) Εγκεφάλου Κατηγορίες ΠΔ σε σχέση με το χρόνο εμφάνισής τους μετά το εκλυτικό γεγονός (λανθάνων χρόνος): - πρώιμα (early, fast) προκλητά δυναμικά 2-12msec από τη στιγμή του εξωτερικού ερεθίσματος - μέσα (middle) προκλητά δυναμικά 12-50msec από τη στιγμή του εξωτερικού ερεθίσματος - αργά ή ύστερα (late) προκλητά δυναμικά 50-800msec από τη στιγμή του εξωτερικού ερεθίσματος Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 47

Ταξινόμηση Προκλητών Δυναμικών (ΠΔ) Εγκεφάλου Τρόπος ταξινόμησης Είδος ΠΔ Χαρακτηριστικά Είδος ερεθίσματος Χρόνος εμφάνισης μετά το ερέθισμα Μέθοδοι ερεθισμού - σωματοαισθητικά - ηλεκτρικό ρεύμα, ΠΔ (SEP) αφή, θερμοκρασία - οπτικά ΠΔ (VEP) - λάμψη, διάχυση φωτός - ακουστικά ΠΔ (AEP) - ήχοι, λέξεις Διάστημα ερεθισμού αντίδρασης - πρώιμα - < 12 msec - μέσα - 12-50 msec - ύστερα - 50-800 msec Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 48

Προκλητά Δυναμικά (ΠΔ) Εγκεφάλου ΠΔ που προκαλούνται από ηχητικούς ερεθισμούς: Μέσα δυναμικά Ύστερα δυναμικά Πρώιμα δυναμικά Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 49

Προκλητά Δυναμικά (ΠΔ) Εγκεφάλου Λανθάνων χρόνος: ο χρόνος εμφάνισης των προκλητών δυναμικών μετά από το εκλυτικό γεγονός (ερέθισμα). Καθώς ο λανθάνων χρόνος: η συχνότητα κυματομορφών το πλάτος κυματομορφών Πρώιμα δυναμικά: πλάτος 0,1-1μV & συχνότητες 100-1.000Hz. Ύστερα δυναμικά: πλάτος 1-20μV και συχνότητες 0,1 (σχεδόν DC) - 5Hz. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 50

Προκλητά Δυναμικά (ΠΔ) Εγκεφάλου Διαφορετικός τόπος έκλυσης αντίστοιχων δυναμικών: - Πρώιμα: διαβίβαση νευρωνικών ώσεων κατά μήκος του ακουστικού ή οπτικού νεύρου για ακουστικά (ΑEP) ή οπτικά (VEP) ερεθίσματα και κατά μήκος της σωματοαισθητικής οδού για SEP. - Ύστερα: αντανακλούν εγκεφαλική δραστηριότητα περιοχών φλοιού ως αντίδραση στην άφιξη εξωτερικής πληροφορίας. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 51

Προκλητά Δυναμικά (ΠΔ) Εγκεφάλου - Εξωγενή: σχετίζονται άμεσα με τη φύση του εκλυτικού ερεθίσματος, π.χ. ένταση, συχνότητα, ακεραιότητα αισθητικών οδών. - Ενδογενή: εξαρτώνται από τη ψυχολογική κατάσταση του ατόμου και τα ψυχολογικά γνωρίσματα του ερεθίσματος, π.χ. αν το ερέθισμα είναι γνωστό ή άγνωστο, αν είναι δυσάρεστο ή ευχάριστο, αν είναι σημασιολογικά ορθό ή λάθος, ενδιαφέρον ή αδιάφορο κ.τ.λ. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 52

Σωματοαισθητικά Προκλητά Δυναμικά Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 53

Σωματοαισθητικά Προκλητά Δυναμικά Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 54

Μέτρηση Προκλητών Δυναμικών Μικρό πλάτος δυναμικών (0,1-20 μv) - σε σχέση με πλάτος ΗΕΓ (μέσος όρος ~50μV) Η μέτρηση γίνεται με τη διάταξη μέτρησης ΗΕΓ. ΠΔ + γενικότερη λειτουργία εγκεφάλου το τμήμα της ΔV που δε σχετίζεται με το ερέθισμα είναι θόρυβος και αντιστοιχεί στο συμβατικό ΗΕΓ (αν δεν υπήρχε ερέθισμα) Συμβατικό ΗΕΓ πολύ ισχυρότερο του ΠΔ Πώς προκύπτει το ΠΔ??? Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 55

Μέτρηση Προκλητών Δυναμικών 1) Μέτρηση σημάτων σε χώρο προστατευμένο από εξωτερικά ηλεκτρικά πεδία (π.χ. πεδία από κινητήρες, γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας). Μέτρηση σε ηλεκτρομαγνητικά θωρακισμένο δωμάτιο (κλωβός Faraday). Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 56

2) Εξαγωγή μέσου όρου: Μέτρηση Προκλητών Δυναμικών Επανάληψη πειράματος (χορήγησης ερεθίσματος) r ( t) s ( t) n ( t) i i i i=1,, M Μ: αριθμός επαναλήψεων Συνολικό δυναμικό κατά την επανάληψη i θόρυβος - εξελισσόμενο «συμβατικό» ΗΕΓ επιθυμητό σήμα Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 57

Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 58 Μέτρηση Προκλητών Δυναμικών )} ( ) ( { 1 )}/ ( { )) ( ( 1 1 1 M i M i i M i i i i t n t s M M t r t r E Μέσος όρος καταγραφών Υποθέτουμε ότι κάθε φορά το ΠΔ αναπαράγεται πανομοιότυπα: ) ( ) ( ) ( t s t s t s j i για κάθε i, j 1,, M

Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 59 Μέτρηση Προκλητών Δυναμικών ) ( 1 ) ( 1 0 1 ) ( 1 )) ( ( 1 1 t Ms M t s M M t s M t r E M i i M i i i Ο θόρυβος δεν σχετίζεται με το ερέθισμα ασυσχέτιστη τυχαία διαδικασία από πείραμα σε πείραμα ) ( )) ( ( t s t r E i

Μέτρηση Προκλητών Δυναμικών Υποθετικές καμπύλες για την επίδειξη προβλημάτων που προκύπτουν κατά τη διαδικασία της εξαγωγής μέσου όρου: Αριστερές Καμπύλες: υπερτιθέμενες απλών όμοιων πειραμάτων Καθαρά ΠΔ (όχι θόρυβος από ΗΕΓ) Δεξιές Καμπύλες: η προκύπτουσα μέση τιμή Το Τετράγωνο δείχνει χρονική διάρκεια ΠΔ Α) Μεταβολή από πείραμα σε πείραμα μόνο πλάτους Δεν προκύπτει πρόβλημα Β) Μεταβολή μόνο χρονικής απόκρισης κατά 1/3 της συνολικής διάρκειας του παλμού από πείραμα σε πείραμα Ανεκτή παραμόρφωση Γ) Έντονη χρονική μετατόπιση - σοβαρή παραμόρφωση Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 60

Μέτρηση Προκλητών Δυναμικών Εξαγωγή μέσου όρου Η τελική καμπύλη δεξιά προκύπτει ως μέσος όρος 64 καταγραφών δυναμικού από την ίδια απαγωγή. Σε κάθε επίπεδο επεξεργασίας μεταβάλλεται η κλίμακα πλάτους δυναμικού. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 61

Ανάδειξη προκλητού δυναμικού με χρήση τεχνικής μέσου όρου Η επίδραση του ΗΕΓ μειώνεται σταδιακά και η μορφολογία του προκλητού δυναμικού γίνεται πιο αναγνωρίσιμη καθώς αυξάνει ο αριθμός των επαναλήψεων Ν Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 62

Μέτρηση Προκλητών Δυναμικών Περιορισμοί της μεθόδου: μεταβολές στο επίπεδο κόπωσης, προσαρμογής, εξοικείωσης, βαθμού ή κατεύθυνσης προσοχής εξεταζόμενου επηρεάζουν τα ΠΔ στην ένταση και στο χρόνο. περιορισμός στο μέγιστο αριθμό επαναλήψεων, έλεγχος κατάστασης εξεταζόμενου απαιτείται απεριοδικός χρονισμός αλλεπάλληλων πειραμάτων. Ύπαρξη ρυθμικού θορύβου το ανεπιθύμητο σήμα έχει φασματική κατανομή ισχύος γύρω από κάποιο περιορισμένο εύρος συχνοτήτων - κοντά στις συχνότητες του ΠΔ. Λόγω υψηλής συσχέτισης θορύβου μεταξύ πειραμάτων ενίσχυση θορύβου διαφορά ΠΔ χρονικά από πείραμα σε πείραμα τεχνικές προσέγγισης του διαστήματος που καταλαμβάνει το επιθυμητό σήμα και μετατόπισης Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 63

Προκλητά Δυναμικά στην Ψυχιατρική & Νευρολογία Συστατικά προκλητού κύματος δυναμικού : μερικές κυματομορφές του συνολικού σήματος, τα οποία καθορίζονται βάσει: κορυφώσεων (αρνητικών ή θετικών) του πλάτους δυναμικού χρονικής στιγμής στην οποία κατά προσέγγιση λαμβάνει χώρα η κορύφωση χρονικού εύρους που καταλαμβάνει η μερική κυματομορφή που περιέχει τη συγκεκριμένη κορύφωση Μέτρηση πλάτους συστατικού (component): με αναφορά στην ισοηλεκτρική γραμμή (μηδενικό δυναμικό) ή στο επίπεδο δυναμικού έναρξης της διαδικασίας μέτρησης ή κάποια άλλη προγενέστερη κορύφωση Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 64

Προκλητά Δυναμικά στην Ψυχιατρική & Νευρολογία Αναπαράσταση καθορισμού πλάτους, χρονικού σημείου κορύφωσης και «ενεργού» εμβαδού ενός συστατικού ΠΔ. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 65

Ακουστικά Προκλητά Δυναμικά Χαρακτηρισμός των ακόλουθων μερικών κυματομορφών: α) Επτά διαδοχικές κορυφώσεις αριθμούμενες από I ως VII στα πρώιμα δυναμικά, 2-12msec από τη στιγμή που λαμβάνει χώρα το ακουστικό ερέθισμα. β) Συστατικά Ν ο, P o, N a, P a, και N b στα μέσου χρόνου δυναμικά (12-50msec) - Ν ο, P o λαμβάνουν χώρα πριν τα 20 msec - N a, P a, N b λαμβάνουν χώρα στα 20, 30, και 40 msec γ) Ν 100, P 200, N 200, P 300, N 400 στα ύστερα δυναμικά (50msec και πέρα) Ν: αρνητική κορύφωση P: θετική κορύφωση Δείκτης: λανθάνων χρόνος εμφάνισης (του μεγίστου) σε msec. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 66

Ακουστικά Προκλητά Δυναμικά Μέσα δυναμικά Ύστερα δυναμικά Πρώιμα δυναμικά Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 67

Πρώιμα δυναμικά Μέσα δυναμικά Ακουστικά Προκλητά Δυναμικά Ύστερα δυναμικά Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 68

Εφαρμογές Προκλητών Δυναμικών Συστατικά πριν από τα 100msec ανήκουν στα εξωγενή δυναμικά: Σχετίζονται με ακεραιότητα αισθητικών οδών κλινικές εφαρμογές στη Νευρολογία - διάγνωση νευρολογικών νόσων (απομυελινικές ασθένειες, εγκεφαλικοί όγκοι) - διάγνωση ασθενειών που σχετίζονται με τον οπίσθιο κρανιακό βόθρο (AEP) - διάγνωση σκλήρυνσης κατά πλάκας (VEP) - μη επεμβατική διάγνωση ελαττωμάτων ακοής από μη συνεργάσιμα άτομα (AEP) - έλεγχος αισθητικών οδών και εγκεφαλικές απολήξεις τους σε νευρολογικές επεμβάσεις (SEP) Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 69

Εφαρμογές Προκλητών Δυναμικών Συστατικά πέραν των 70msec ανήκουν στα ενδογενή δυναμικά: Σχετίζονται με διάφορα στάδια νοητικής επεξεργασίας των εξωτερικών ερεθισμάτων στο Κεντρικό Νευρικό Σύστημα (ΚΝΣ). κλινικές εφαρμογές στην Ψυχιατρική γνώση των πολύπλοκων και δυσπρόσιτων γνωσιακών διαδικασιών του εγκεφάλου βρίσκονται σε πολύ πρώιμο στάδιο Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 70

Μελέτη Προκλητών Δυναμικών Επίπονη η «ανακάλυψη» του συστατικού (component): Συγκεκριμένες συνθήκες Καλά ελεγχόμενη πειραματική διαδικασία χορήγησης ερεθισμού Περιορισμένο χρονικό εύρος Επαναλήψιμη η παρατήρηση υπό αμετάβλητες συνθήκες Βασικά ζητήματα μεθοδολογίας: Ε: Πώς είμαστε βέβαιοι ότι δύο κορυφώσεις, που διαφέρουν χρονικά μεταξύ τους, ανήκουν στο ίδιο συστατικό? A: Με τη βοήθεια χαρτών κατανομής δυναμικών στην επιφάνεια του κεφαλιού Ε: Πότε παύει η δράση ενός συστατικού ή πότε αλληλοκαλύπτονται μερικώς δύο διαδοχικά συστατικά? Α: Χρήση προχωρημένων ψηφιακών τεχνικών μέτρησης Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 71

Μελέτη Προκλητών Δυναμικών Η «ανακάλυψη» του συστατικού έγινε. Και έπειτα τι? Καθορισμός λειτουργικής σημασίας συστατικού: Συλλογή πληροφοριών για παράγοντες που επηρεάζουν το πλάτος, χρόνο εμφάνισης, συνολικό χρονικό εύρος συστατικού Έλεγχος της διατυπωμένης θεώρησης ως προς τη συνέπειά της σε σχέση με νέες πειραματικές διαδικασίες. Καθορισμός συστατικών ΠΔ ως δείκτες συγκεκριμένων ψυχικών λειτουργιών. ΠΔ: σημαντικός παράγοντας προώθησης: ψυχιατρικής έρευνας κλινικής εφαρμογής διαγνωστικών διαδικασιών ψυχοφαρμακολογία Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 72

Μελέτη Προκλητών Δυναμικών Σημαντικά ενδογενή συστατικά των ΠΔ για τη Ψυχιατρική: Ν 100 : Αρνητική κορύφωση μετρούμενου δυναμικού 90-150 msec μετά την παροχή του ερεθίσματος. Συνδέεται με τη λειτουργία προσοχής και επιλογής πληροφοριών. Άμεση εγρήγορση εκάστοτε ειδικού αισθητικού συστήματος (οπτικό, ακουστικό). Επηρεάζεται και από εξωγενείς παράγοντες (ένταση, διάρκεια, συχνότητα). Πολλαπλότητα συναφών μηχανισμών - στη χρονική περιοχή συνυπάρχουν 3 με 6 ταυτοχρόνως ενεργά συστατικά. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 73

Μελέτη Προκλητών Δυναμικών Σημαντικά ενδογενή συστατικά των ΠΔ για τη Ψυχιατρική: P 300 : Θετική κορύφωση μετρούμενου δυναμικού 220-500 msec μετά την παροχή του ερεθίσματος. Αποτελείται από δύο υποσυστατικά: P 300a (P 3a ): εκούσια αντίδραση προσανατολισμού ατόμου στο ερέθισμα P 300b (P 3b ): μέτρο ελεγχόμενων, σκόπιμων, διαδικασιών επεξεργασίας ερεθισμάτων. Εμφανίζεται 300-500 msec μετά το ερέθισμα. Κατηγοριοποίηση μεταβλητών που επηρεάζουν το πλάτος του P 300 σε 3 ομάδες παραγόντων Α, Β και Γ (ποιοτικό κριτήριο) έτσι ώστε: {πλάτος συστατικού P 300 } = Α x (Β + Γ) όπου Α: ποσότητα πληροφορίας που περιέχει ο ερεθισμός Β: υποκειμενική εκτίμηση απιθανότητας εμφάνισης ερεθισμού Γ: νόημα ερεθίσματος σχετικά με πολυπλοκότητα, αξία, δυσκολία αποστολής Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 74

Μελέτη Προκλητών Δυναμικών Σημαντικά ενδογενή συστατικά των ΠΔ για τη Ψυχιατρική: Ν 400 : Αρνητική κορύφωση μετρούμενου δυναμικού ~400 msec μετά την παροχή του ερεθίσματος. Εξέταση μηχανισμών που σχετίζονται με τη γλώσσα και το εννοιολογικό-συντακτικό της περιεχόμενο. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 75

Μελέτη Προκλητών Δυναμικών Καταγραφή ΠΔ Τ3: κορύφωση Ν 100 Τ6: κορύφωση P 300 Τ8: κορύφωση Ν 400 Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 76

Μελέτη Προκλητών Δυναμικών Καταγραφή ΠΔ. Η μέτρηση δυναμικού έχει αρχίσει 200msec πριν το ερέθισμα Τ5: αρχή Ν 100 Τ4: κορύφωση Ν 100 Τ8: κορύφωση P 200 Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 77

Μελέτη Προκλητών Δυναμικών Καταγραφή ΠΔ. Η μέτρηση δυναμικού έχει αρχίσει 200msec πριν το ερέθισμα Τ1: κορύφωση Ν 200 Τ2: κορύφωση P 3a Τ5: κορύφωση P 3b Τ6: κορύφωση Ν 400 Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 78

Μελέτη Προκλητών Δυναμικών Καθορισμός πλάτους και χρόνου ερεθίσματος-αντίδρασης Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 79

Μέθοδοι Επεξεργασίας Προκλητών Δυναμικών Η εξαγωγή πληροφορίας μπορεί να διακριθεί σε δύο επίπεδα: α) Τεχνικές με τις οποίες απλώς τα υπάρχοντα δεδομένα αναδιατάσσονται και συνδυάζονται ώστε να παρουσιαστούν με διαφορετικό από το συμβατικό τρόπο. Πιο γνωστή μέθοδος: η κατασκευή χαρτών της κατανομής δυναμικού στη δερματική επιφάνεια του εγκεφάλου (στην απλούστερη μορφή λαμβάνει τη μορφή ισοδυναμικών επιφανειών). Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 80

Μέθοδοι Επεξεργασίας Προκλητών Δυναμικών Εξαγωγή χαρτών Συγκεκριμένη χρονική στιγμή: 100ms Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 81

Μέθοδοι Επεξεργασίας Προκλητών Δυναμικών Εξαγωγή χαρτών Οι μετρήσεις - δυναμικά πάρθηκαν από ηλεκτρόδια (κουκίδες). Εφαρμογή μεθόδου παρεμβολής (γραμμική) για τον υπολογισμό του δυναμικού σε ενδιάμεσες των ηλεκτροδίων περιοχές. Χάραξη ισοϋψών (συνεχείς γραμμές για θετικό δυναμικό και διακεκομμένες για αρνητικό δυναμικό). Διακεκομμένη περιοχή - περιοχή τοποθέτησης διπόλων ρεύματος Δημιουργία χάρτη δυναμικού για συγκεκριμένη χρονική στιγμή Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 82

Μέθοδοι Επεξεργασίας Προκλητών Δυναμικών Έστω Ν μετρήσεις δυναμικού V i (t), I=1,,N σε ισάριθμα ηλεκτρόδια. Αν έχουμε «μονοπολικές» μετρήσεις, τότε Ν τιμές δυναμικού για κάθε χρονική στιγμή t k, της επιφάνειας στην οποία είναι κατανεμημένα τα ηλεκτρόδια. Άρα, προσέγγιση συνάρτησης δυναμικού σε όλη την ελεγχόμενη επιφάνεια και δυνατότητα παρατήρησης της μεταβολής της χωρικής συνάρτησης στο χρόνο. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 83

Μέθοδοι Επεξεργασίας Προκλητών Δυναμικών Η μελέτη των ΠΔ μέσω χαρτών απαιτεί την επιλογή παραμέτρων όπως: συντελεστές επιφανειακής κάλυψης δείκτες πλαγίωσης (δείκτες που δείχνουν κατά πόσο διαφέρει η εικόνα από το ένα ημισφαίριο στο άλλο) Η επιλογή μεθόδου παρεμβολής για τον υπολογισμό των αγνώστων τιμών δυναμικού (με βάση τις Ν γνωστές τιμές του χάρτη θέσεις απαγωγών) είναι κρίσιμη. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 84

Μελέτη Προκλητών Δυναμικών Τεχνικές ψηφιακής πρόσθεσης ή αφαίρεσης καμπυλών δυναμικού. Δύο στόχοι: 1) από τις αρχικές μονοπολικές μετρήσεις σε ένα πείραμα, είναι δυνατόν αφαιρώντας δύο κυματομορφές που αντιστοιχούν σε διαφορετικά ηλεκτρόδια να έχουμε διπολική μέτρηση ως διαφορά δυναμικού μεταξύ των αντίστοιχων ηλεκτροδίων. ΑΡΑ εξαγωγή δραστηριότητας που δεν είναι κοινή στα δύο ηλεκτρόδια. 2) αφαίρεση της Vi{a}(t) που αντιστοιχεί στο ηλεκτρόδιο i κατά την πειραματική συνθήκη a, με την Vi{b}(t) στο ίδιο ηλεκτρόδιο, όταν κάποια κρίσιμη παράμετρος της πειραματικής συνθήκης αλλάξει. Ανίχνευση επίδρασης αλλαγής στο μετρούμενο δυναμικό. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 85

Μελέτη Προκλητών Δυναμικών β) Τεχνικές οι οποίες προβαίνουν σε επεξεργασία των δυναμικών ώστε να εξαχθούν επιπρόσθετες, όχι άμεσα προφανείς πληροφορίες. Χαρακτηριστικό παράδειγμα: Μετασχηματισμός Fourier (FFT) - Επιτρέπει λεπτομερειακό υπολογισμό της πυκνότητας του φάσματος ισχύος του αρχικού σήματος δυναμικού, ώστε να εξαχθούν οι συνιστώσες αρμονικές συχνότητες που συνθέτουν το σήμα. - Μπορεί να αφορά είτε όλο το χρονικό διάστημα του δεδομένου σήματος είτε ένα χρονικό του παράθυρο. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 86

Ηλεκτρόδιο: Τ5 Διάστημα : 3.2 sec Μελέτη Προκλητών Δυναμικών Μετασχηματισμός Fourier Πυκνότητα φάσματος (Watt) για διαφορετικές συχνότητες (Hz) Εμβαδόν: ισχύς ρυθμών ανά ρυθμό Ανάλυση για όλα τα ηλεκτρόδια στο ίδιο χρονικό διάστημα Δημιουργία χάρτη κατανομής ρυθμού α (για το ίδιο χρονικό διάστημα) Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 87

Μελέτη Προκλητών Δυναμικών Χάρτες κατανομής συνολικής ισχύος ζωνών συχνοτήτων που αντιστοιχούν στους ρυθμούς α, β, θ, δ του ΗΕΓ για 7 ηλεκτρόδια. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 88

Μελέτη Προκλητών Δυναμικών Μελέτη μεταβολής χωρικής κατανομής συνάρτησης δυναμικού κατά τη διάρκεια του χρόνου: Υπολογισμός μέσω παρεμβολής πλήρης συνάρτησης V(r e,θ,φ,t k ) στην επιφάνεια σφαίρας ακτίνας r e από τις τιμές V i (t k ) για κάθε χρονική στιγμή t k. r, θ, φ σφαιρικές συντεταγμένες: το κεφάλι του εξεταζόμενου θεωρείται σφαίρα. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 89

Μελέτη Προκλητών Δυναμικών Υπολογισμός gradient συνάρτησης δυναμικού: V V r r V V Το gradient της βαθμωτής συνάρτησης είναι διάνυσμα. Η κατεύθυνσή του σε ένα συγκεκριμένο σημείο ταυτίζεται με την κατεύθυνση προς την οποία πρέπει να κινηθούμε από το σημείο αυτό για πιο γοργή αύξηση στη συνάρτηση δυναμικού. Το μέτρο του διανύσματος δίνει το μέτρο αυτής της αύξησης. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 90

Μελέτη Προκλητών Δυναμικών Υπολογισμός Λαπλασιανής δυναμικού: 2 V 2 V 2 r 2 V 2 V 2 2 Λαπλασιανή του δυναμικού σε ένα σημείο = άθροισμα δευτέρων παραγώγων δυναμικού ως προς τις τρεις κατευθύνσεις r, θ και φ. Ουσιαστικά μεταβάλλονται μόνο οι επιφανειακές διαστάσεις θ και φ. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 91

Μελέτη Προκλητών Δυναμικών Υπολογισμός gradient δυναμικού τεχνική μετασχηματισμού επιφανειακών δυναμικών Προκύπτει νέα καμπύλη δυναμικού σε κάθε ηλεκτρόδιο. Αντικατοπτρίζει καλύτερα την εγκεφαλική δραστηριότητα (στη γειτονική περιοχή του ηλεκτροδίου) απορρίπτοντας συνεισφορές από απομακρυσμένες περιοχές. ΑΡΑ διέλευση αρχικού σήματος μέσω κατωδιαβατού χωρικού φίλτρου. Υπολογισμός επιφανειακής Λαπλασιανής δυναμικού μέθοδος χαρτογραφίας CSD (Current Source Density mapping) Σχηματισμός χαρτών με χωρική κατανομή ακτινικών ρευμάτων που φθάνουν στην επιφάνεια του κεφαλιού. Καλή διακριτικότητα, τόσο χωρικά όσο και χρονικά, σε σχέση με τις αρχικές καμπύλες δυναμικού. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 92

Μελέτη Προκλητών Δυναμικών Τοπογραφικοί χάρτες δυναμικού (άνω) & επιφανειακής Λαπλασιανής δυναμικού (μέσο). Συνεχείς γραμμές αντιστοιχούν σε θετικές τιμές και διακοπτόμενες σε αρνητικές. Κάτω φαίνονται τα σημεία τοποθέτησης των ηλεκτροδίων. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 93

Παράδειγμα-1 Προκλητών Δυναμικών Ακουστικό Πείραμα για την επιλεκτική προσοχή και την επίδειξη ενδογενών δυναμικών: Το υποκείμενο δεχόταν δύο παλμοσειρές των 50msec η κάθε μία. Η μια παλμοσειρά δινόταν στο αριστερό αυτή και η άλλη στο δεξί αυτί. Η μια παλμοσειρά περιείχε παλμούς με standard συχνότητα 500Hz και τυχαίους παλμούς «στόχους» των 475Hz. Η άλλη παλμοσειρά περιείχε παλμούς με standard συχνότητα 1.000Hz και τυχαίους παλμούς «στόχους» των 1.050Hz. Η οδηγία στον εξεταζόμενο ήταν κάθε φορά να προσέχει μόνο τα σήματα που διεγείρουν το ένα αυτί ώστε να ανιχνεύσει τους «στόχους» και να αγνοεί το άλλο αυτί. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 94

Παράδειγμα-1 Προκλητών Δυναμικών Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 95

Παράδειγμα-1 Προκλητών Δυναμικών Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το ΠΔ αλλάζει ως συνάρτηση του ποιού αυτιού προσέχει ο εξεταζόμενος το σήμα: Όταν είχε εντολή να προσέχει το αριστερό αυτί, οποιαδήποτε σήμα (standard ή «στόχο») ερέθιζε το αριστερό αυτί έδινε καμπύλη με έντονη αρνητική κορυφή στα 100msec (N 100 ) πολύ μεγαλύτερη αυτής που προέκυπτε όταν ερεθιζόταν το αριστερό αυτί αλλά υπήρχε εντολή έντονης προσοχής στο δεξί αυτί. Το ίδιο παρατηρήθηκε όταν ερεθιζόταν το δεξί αυτί με εντολή προσοχής το αριστερό αυτί. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 96

Παράδειγμα-1 Προκλητών Δυναμικών Το Εξωγενές συστατικό (component) - N 100 - αποτελεί σημαντικό συστατικό για την αξιολόγηση εξωτερικού ακουστικού ερεθίσματος. Η καμπύλη των ΠΔ εμφανίζει σαφή θετικότητα όταν το σήμα ερεθίζει το αυτί στο οποίο είναι επικεντρωμένη η προσοχή του εξεταζόμενου και έχει χαρακτηριστική συχνότητα «στόχου». Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 97

Παράδειγμα-2 Προκλητών Δυναμικών Ακουστικό Πείραμα για την επιλεκτική προσοχή και την επίδειξη δυναμικών: Στο πείραμα αυτό οι εξεταζόμενοι ακούν τρεις προτάσεις. Κάθε πρόταση αποτελείται από 7 λέξεις. Στην πρώτη πρόταση, η τελευταία λέξη ταιριάζει με την ακολουθία της πρότασης (It was its first day at work). Στη δεύτερη πρόταση, η τελευταία λέξη ήταν αταίριαστη (He spread the warm bread with socks) Στην τρίτη πρόταση, η τελευταία λέξη ταιριάζει αρκετά με την προηγούμενη λέξη (She put on her high heeled shoes). Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 98

Παράδειγμα-2 Προκλητών Δυναμικών Α: Ένας εξεταζόμενος. Διαφοροποίηση στο Ν400 και Ρ560 της λάθος πρότασης. B,C,D: Μέσες τιμές ΠΔ από όλους τους εξεταζόμενους. Συνεχή γραμμή: απόκριση για φυσιολογικό έβδομη λέξη Διακεκομμένη γραμμή: απόκριση για αταίριαστη έβδομη λέξη Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 99

Παράδειγμα-3 Προκλητών Δυναμικών Ακουστικό Πείραμα για την επιλεκτική προσοχή και την επίδειξη δυναμικών: Στο πείραμα αυτό οι εξεταζόμενοι ακούν μια παλμοσειρά. Κάθε παλμοσειρά έχει διάρκεια 55msec και ακούγονται με ρυθμό 1 ανά 1,1 sec. 80% των παλμών είχαν συχνότητα 1.000Hz, 10% συχνότητα 1050Hz («δύσκολοι στόχοι») και 10% συχνότητα 1.500Hz («εύκολοι στόχοι»). Συλλέχθηκαν 5 κυματομορφές από πέντε διαφορετικά ηλεκτρόδια. Μέσος όρος από 12 εξεταζόμενους. Μελετήθηκαν οι κορυφές N2 και P3 στην απόκριση «δύσκολων» (συνεχής γραμμή) και «εύκολων» στόχων (διακεκομμένη γραμμή). Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 100

Παράδειγμα-3 Προκλητών Δυναμικών «Εύκολος στόχος»: γρήγορη απόκριση, ισχυρό P3 και ασθενές Ν2 «Δύσκολος στόχος»: αργότερη απόκριση και με ισχυρό Ν2 και ασθενές Ρ3 Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 101