eeg y potenciales evocados...sistema internacional 10-20 y sistema 10-10 electrodos en un registro...

EEG y Potenciales evocados

Camila Zugarramurdi - Cerebro y lenguaje - NICC

La actividad eléctrica cerebral puede

dividirse en 2 categorías de estudio : Potenciales espontáneos : Potenciales evocados (ERP):

se usan principalmente en la

clínica e informan sobre

tumores, derrames, y

desórdenes metabólicos, entre

otros

Se caracterizan por bandas de

frecuencia.

se producen en respuesta a

estímulos discretos que se

presentan repetidamente.

Informan sobre procesos

cognitivos subyacentes y

procesamiento sensorial

temprano.

Actividad espontánea

Origen de la señal

Potencial de acción y potenciales post-

sinápticos

El PA es un cambio rápido en el

potencial de membrana que se

genera en el cono axónico y se

transmite a lo largo del axón.

El PSP es un cambio transitorio en

el potencial de membrana

producido por la entrada de iones.

(PSPE o PSPI).

Los ERPs provienen principalmente

de la activación postsináptica.

Organización de la corteza cerebral

La corteza es una estructura

plegada de 2 a 5 mm de groso,

de superficie aprox. 1600 a

4000 cm2 y posee alrededor de

1010 neuronas.

Una neurona piramidal puede

tener entre 104 y 105 sinapsis.

Un electrodo provee

estimaciones del promedio de

la actividad sináptica de entre

100 millones y 100 mil millones

de neuronas.

Cell assemblies

Para detectar un potencial en el cuero cabelludo, es necesario que se cumplan al menos 2 condiciones:

Las neuronas deben estar organizadas espacialmente, con sus dendritas alineadas en paralelo

La actividad sináptica de la población debe ocurrir sincrónicamente.

Un cell assembly es un grupo de neuronas que cumplen con estas condiciones (análogo a una red neuronal)

Generación de diferencia de potencial

Las células piramidales poseen entradas sinápticas inhibitorias cerca del soma y excitatorias cerca de la superificie de la corteza.

Las sinapsis excitatorias producen una entrada de cargas positivas en las dendritas apicales.

Esto produce un potencial negativo en el medio extracelular.

Se genera una corriente a través de la célula en dirección al soma.

Esto genera un dipolo con una fuente en la parte apical y un sumidero en el soma.

La organización espacial de

las células piramidales

permite que los dipolos se

sumen.

Esto genera un “dipolo

equivalente”, con un

sumidero cerca de la

superficie y una fuente cerca

del soma.

El flujo de corriente produce

una diferencia de potencial

que puede ser detectada.

Problema de la superposición

La contribución de un componente

a un electrodo depende de la

orientación del dipolo respecto al

electrodo y de la transmisión a

través del cerebro, cráneo y cuero

cabelludo.

Un electrodo capta señal

proveniente de todo el cerebro y

no solamente de las fuentes

cercanas a él.

Efecto del cráneo y cuero cabelludo

La alta resistencia de estas estructuras en relación a la baja

resistencia del cerebro hace que el potencial se distribuya

lateralmente.

Esto hace que el potencial registrado en un punto pueda

provenir de una fuente distante.

El cráneo disminuye la magnitud del componente en ¼.

Registro

Sistema Internacional 10-20

y sistema 10-10

Electrodos

En un registro de EEG deben

colocarse al menos 3 electrodos:

1 electrodo activo (A)

1 electrodo de referencia (R)

1 electrodo de tierra (G)

La diferencia de potencial que

medimos es:

V = (A - G) - (R - G)

La “referencia ideal” es una que esté

lo más lejos posible de la fuente de

señal y del electrodo activo.

Reference =

Left Mastoid

Reference=

Average of Fz, Cz, Pz

Reference =

Average of Fz, Cz, Pz,

O1/O2, and T5/T6

Efecto de la referencia sobre la onda ERP

A tener en cuenta durante el registro:

Frecuencia de muestreo (Nyquist)

Filtros online y offline

Impedancia de cada electrodo

Nivel de ruido (relación con número de ensayos)

Referencias (efecto sobre forma de onda)

Potenciales de piel (control del aire)

Temperatura

Actividad muscular

ERPs - Diseño experimental

Diseño experimental

Siempre comparamos al menos dos condiciones

Casi siempre tenemos un hipótesis a priori del efecto

esperado

En ERPs debemos hacer múltiples ensayos por condición

para observar un efecto (debido a la relación señal ruido).

Las diferencias de estímulo entre condiciones deben

mantenerse al mínimo, idealmente solo debe cambiar la

variable que estamos manipulando

El aumento en el número de condiciones complejiza el

análisis estadístico (haciéndolo menos fiable) y aumenta

significativamente el número de ensayos.

Oddball

Se evalúa la respuesta a

un estímulo de baja

frecuencia -deviant- entre

un conjunto de estímulos

más comunes -standard-

deviant

standard

Priming

Nomenclatura

Duration

Interstimulus Interval

(ISI)

Stimulus Onset Asynchrony

(SOA)

Intertrial Interval

(ITI)

SOA

ISI

Relación señal/ruido y número de ensayos

Número de ensayos: depende del número de condiciones

y de la magnitud del efecto.

El aumento en el número de ensayos mejora la relación

señal/ruido con la raíz del número de ensayos.

Ej:

Señal (S): 20 µV

Ruido (N): 50 µV

Con un ensayo:

S/N= 0.4

Con 4 ensayos:

S/N= 0.4*sqrt(4)=0.8

Con 600 ensayos:

S/N= 0.4*sqrt(600)=9.8

Para duplicar la

relación señal ruido

debo cuadruplicar el

número de ensayos y

así sucesivamente.

Usos

Por su resolución temporal

Medida continua del procesamiento entre estímulo y respuesta

Permite determinar su una manipulación experimental influye sobre un proceso A o un proceso B

¿Qué componente ERP es afectado?

Permite identificar múltiples procesos neurocognitivos

Un determinado efecto comportamental está a menudo acompañado de múltiples efectos ERPs (distintos componentes).

Es sencillo identificar múltiple procesos que contribuyen a la conducta).

Permite monitorear procesos automáticos no voluntarios

Se puede medir el procesamiento aún sin una respuesta comportamental.

ERPs

Definición

ERPs son fluctuaciones de voltaje en un electroencefalograma

originados por eventos o estímulos puntuales.

La onda ERP aparece en la superficie del cuero cabelludo como una

serie de picos positivos y negativos que varían en polaridad,

amplitud y duración.

El componente ERP tiene una magnitud de aprox. 5uV, diez veces

más pequeña que la actividad espontánea, por lo que solo pueden

observarse luego del promedio de múltiples ensayos.

Debe distinguirse el componente ERP de la onda ERP.

El componente ERP

Es la actividad neural registrada en el cuero cabelludo que

es generada en un determinado módulo neuroanatómico

(fisiologia) cuando se realiza una operación computacional

específica (funcionalidad).

Onda vs componente

Disminución en C2

aumenta amplitud

en P3

Aumento en C1

disminuye amplitud y

aumenta latencia en

P2

Caracterización

Latencia

Polaridad

Topografía

Significado funcional

Fuentes cerebrales

Algunos ERPs importantes

Auditivo

Mismatch negativity (MMN)

Es el ERP cognitivo más temprano, indica que se produjo un estímulo auditivo distinto a los anteriores.

Se genera en la corteza auditiva primaria.

Su amplitud es directamente proporcional a la diferencia entre los estímulos estándar y deviant.

Se considera relativamente automático y pre-atentivo (se produce independientemente de si se le presta atención al estímulo deviante o no).

Atencional

P3a y P3b

En respuesta a eventos infrecuentes (“context updating”)

pertinentes a una tarea.

Es sensible a la probabilidad del target

P3a:

Más temprano (280 ms)

Locación anterior

Indica orientación atencional

P3b:

En respuesta a eventos infrecuentes pero relevantes a la tarea

Locación parietal posterior

Lenguaje

N4 (Kutas y Hylliard, 1980)

Relacionado al procesamiento semántico

Su amplitud se modula por la expectativa de una palabra en una oración (cloze

probability)

Insensible a cambios de forma en las palabras

Me afeité el bigote y la BARBA

Insensible a incongruencia sintáctica

Todas las tortugas tienen cuatro pata

Procesamiento de la señal

Datos crudos (30 seg – 50 uV)

Datos crudos (1 seg – 20 uV)

Datos crudos (1 seg – 20 uV – blink)

Etapas

1. Filtrado

2. Definición de ensayos

3. Corrección por línea de base

4. Eliminación de artefactos:

oculares, musculares,

eléctricos

5. Promedio por condición y

por electrodo

6. Análisis estadístico

1. Filtrado

2. Definición de ensayos (trials)

3. Corrección de línea de base

4. Remoción de artefactos

Remoción de artefactos

Sin artefacto

Ocular

Potencial de piel

5. Promedio de ensayos

por sujeto y por condición

ERP

“El gato”

“La gato”

“Los gato”

Topografía

Congruente

“El gato”

Incongruencia

de género

“La gato”

Incongruencia

de número

“Los gato”