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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”
