Mikä on EEG (elektroenkefalografia) ja miten se toimii?

Aivosi pyörittävät esitystä. Ajattele viimeistä kertaa, kun yritit ratkaista ristisanatehtävää tai aloitit uuden kielen oppimisen. Muistele, milloin viimeksi heräsit kesken oudon unen tai sinun piti löytää tiesi kaupungissa, jossa et ole koskaan ennen käynyt.

Allessasi ajattelet, uneksit, näet ja aistit, aivosi ovat jatkuvasti aktiivisia, omaksuvat kaiken tiedon, tiivistävät ja yhdistävät olemassa olevaa tietoa uudelleen ja yhdistävät kaiken yhtenäiseksi kokemukseksi. Sinulle tuo kokemus muodostaa todellisuutesi.

Aivosi ovat elävät. Aivosi muokkaavat sitä, miten näet ympäristösi, suodattavat tai korostavat sinulle merkityksellisimpiä kohteita ja tietoja. Ne luovat omia tarinoitaan, jotka perustuvat ajatuksiisi, tunteisiisi, toiveisiisi ja kokemuksiisi ja ohjaavat lopulta käyttäytymistäsi.

Tässä artikkelissa saat perustiedot EEG:stä ja sen toiminnasta:

• EEG mittaa aivojen sähköistä toimintaa
• Mikä on EEG ja miten se toimii
• Miten EEG-tietoja voidaan tulkita
• EEG-integraatiot
• EEG hinnat
• EEG ja ärsykkeen esittäminen

EEG mittaa aivojen sähköistä toimintaa

Aivot koostuvat miljardeista soluista, joista puolet on neuroneja, puolet auttaa ja helpottaa neuronien toimintaa. Nämä neuronit ovat tiiviisti yhteydessä toisiinsa synapsien välityksellä, jotka toimivat estävän tai kiihottavan toiminnan portteina.

Jokainen synaptinen toiminta synnyttää hienovaraisen sähköisen impulssin, jota kutsutaan postsynaptiseksi potentiaaliksi. Yksittäisen hermosolun purkausta on tietysti vaikea havaita luotettavasti ilman suoraa kosketusta siihen. Kuitenkin aina kun tuhannet neuronit laukeavat synkronoidusti, ne synnyttävät sähkökentän, joka on riittävän voimakas leviämään kudoksen, luun ja kallon läpi. Lopulta se voidaan mitata pään pinnalta.

Ajattele tätä hienovaraisen maanjäristyksen jatkuvana jyrinänä. Itsessään jokainen purkaus saattaa olla liian pieni havaittavaksi, mutta jos niitä tapahtuu useita samaan aikaan, samassa paikassa ja samassa rytmissä, ne kaikki summautuvat megajäristykseksi, joka on havaittavissa jopa satojen kilometrien päässä.

Mikä on EEG ja miten se toimii?

Elektroenkefalografia eli EEG on fysiologinen menetelmä, jolla rekisteröidään aivojen tuottamaa sähköistä toimintaa päänahan pinnalle asetettujen elektrodien avulla. Nopeampaa soveltamista varten elektrodit asennetaan kylpysuojusten kaltaisiin elastisiin suojuksiin, joilla varmistetaan, että tiedot voidaan kerätä samanlaisista päänahan asennoista kaikilla vastaajilla.

Hieman pelottavasta nimestään (ja ääntämisestään) huolimatta sähköenkefalografian olennaisen ymmärtäminen on yllättävän yksinkertaista:

Sähköenkefalografia (EEG) Määritelmä:

• mittaa tuhansien neuronien synkronoidun toiminnan synnyttämää sähköistä aktiivisuutta (voltteina)
• Tarjoaa erinomaisen aikaresoluution, jonka avulla voidaan havaita aivokuorialueiden sisällä tapahtuva aktiivisuus -jopa alle sekunnin aikajänteellä

Koska elektrodien mittaamat jännitevaihtelut ovat hyvin pieniä, tallennetut tiedot digitoidaan ja lähetetään vahvistimeen. Vahvistettu data voidaan sitten näyttää jännitearvojen sekvenssinä.

EEG-järjestelmien hintaerot johtuvat tyypillisesti elektrodien määrästä, digitoinnin laadusta, vahvistimen laadusta ja siitä, kuinka monta tilannekuvaa laite voi ottaa sekunnissa (tämä on näytteenottotaajuus hertseinä).

EEG on yksi nopeimmista saatavilla olevista kuvantamismenetelmistä, koska sen näytteenottotaajuus on usein korkea. Sata vuotta sitten EEG:n aikajakso piirrettiin paperille – nykyään tiedot näytetään (onneksi) digitaalisesti jatkuvana jännitevirtana näytöllä. Mutta se on vasta alkua – sinun on myös ymmärrettävä, mitä tiedot kertovat sinulle.

Takaisin alkuun

Miten EEG-tietoja voidaan tulkita?

Koska EEG tarkkailee aivojen tuottaman sähköisen aktiivisuuden ajallista kulkua, voit tulkita, mitkä aivokuoren alueet vastaavat tiedonkäsittelystä tiettynä ajankohtana:

Aivojen alueet ja mitä ne tekevät

1. Takaraivokuori

Takaraivokuori on aivojemme visuaalisen tiedonkäsittelyn keskus, ja se sijaitsee kallon takimmaisessa osassa. Kaikki näkemämme asiat käsitellään täällä (joskin jonkin verran prosessointia tapahtuu myös ennen ja jälkeen signaalin saapumisen). Visuaalisilla ärsykkeillä (videot, kuvat) tehdyissä EEG-kokeissa keskitytään usein vaikutuksiin takaraivon alueilla.

1. Parietaaliaivokuori

Parietaaliaivokuori huolehtii ulkoisista lähteistä peräisin olevan tiedon ja kehomme sisäisen aistipalautteen yhdistämisestä. Parietaaliaivokuori vastaa kaikkien näiden tietolähteiden yhdistämisestä johdonmukaiseksi esitykseksi siitä, miten kehomme suhtautuu ympäristöön ja miten kaikki ympäristössä olevat asiat (esineet, ihmiset) suhtautuvat meihin tilallisesti. Tehtävät, jotka edellyttävät silmän tai käden liikkeitä sekä silmä-käsi-koordinaatiota, olisivat mahdottomia ilman parietaaliaivokuorta, joka myös käsittelee, tallentaa ja hakee käsillä olevien esineiden muodon, koon ja orientaation.

1. Temporaaliaivokuori

Temporaaliaivokuori liittyy aistitiedon käsittelyyn johdettuihin eli ylempiin merkityksiin visuaalisten muistojen, kielen ja emotionaalisten mielleyhtymiin avulla. Vasen ohimoaivokuori osallistuu kirjoitetun ja puhutun kielen ymmärtämiseen. Mediaaliset (sisemmät) alueet ovat aktiivisempia avaruudellisen navigoinnin aikana.

1. Otsalohkoaivokuori

Ihmisen aivojen etuosa on suurentunut verrattuna useimpiin muihin nisäkkäisiin. Pohjimmiltaan otsalohko vastaa toimeenpanevista toiminnoista: se auttaa meitä säilyttämään hallinnan, suunnittelemaan tulevaisuutta ja seuraamaan käyttäytymistämme. Sen lisäksi, että alueelliset ominaisuudet osoittavat, mistä tietty sähköinen aktiivisuus on peräisin, voidaan myös analysoida, mitkä taajuudet ensisijaisesti ohjaavat meneillään olevaa toimintaa.

EEG:llä mitattavat neuraaliset värähtelyt näkyvät jopa käsittelemättömässä, suodattamattomassa ja käsittelemättömässä raakadatassa. Signaali on kuitenkin aina sekoitus useista taustalla olevista perustaajuuksista, joiden katsotaan heijastavan tiettyjä kognitiivisia, affektiivisia tai tarkkaavaisuuden tiloja. Aina kun aivot ovat tietyssä tilassa, taajuusmallit muuttuvat, mikä antaa tietoa kognitiivisista prosesseista.

EEG:n taajuusalueet / taajuuskaistat

Delta (1 – 4 Hz)

• Delta Unilaboratorioissa delta-aaltoja tutkitaan unen syvyyden arvioimiseksi. Mitä voimakkaampi delta-rytmi, sitä syvempi uni. Lisääntyneen delta-tehon (lisääntynyt määrä delta-aaltojen tallenteita) on myös todettu olevan yhteydessä lisääntyneeseen keskittymiseen sisäisissä työmuistitehtävissä .
  

Theta (4 – 7 Hz)

• Theta liittyy monenlaiseen kognitiiviseen prosessointiin, kuten muistin koodaukseen ja hakuun sekä kognitiiviseen työmäärään . Aina kun joudumme vaikeiden tehtävien eteen (esimerkiksi laskemme 100:sta taaksepäin 7:n askelin tai muistelemme kotimatkaa töistä), theta-aallot korostuvat. Theta liittyy myös lisääntyneeseen väsymykseen .
  

Alfa (7 – 12 Hz)

• Alfa Aina kun suljemme silmämme ja tuomme itsemme rauhalliseen tilaan, alfa-aallot ottavat vallan. Alfa-aallot lisääntyvät, kun ollaan rentoutuneessa valvetilassa. Biofeedback-harjoittelussa käytetään usein alfa-aaltoja rentoutumisen seurantaan. Ne liittyvät myös estoon ja tarkkaavaisuuteen .
  

Beta (12 – 30 Hz)

• Beeta yli motoristen alueiden, beeta-taajuudet voimistuvat, kun suunnittelemme tai suoritamme minkä tahansa kehonosan liikkeitä . Mielenkiintoista on, että tämä beeta-taajuuksien lisääntyminen on havaittavissa myös, kun tarkkailemme muiden ihmisten kehon liikkeitä . Aivomme näyttävät jäljittelevän heidän raajojensa liikkeitä, mikä viittaa siihen, että aivoissa on monimutkainen ”peilineuronijärjestelmä”, jota beeta-taajuudet mahdollisesti koordinoivat.
  
  

  Gamma (>30 Hz, tyypillisesti 40 Hz)

• Gamma-Jotkut tutkijat väittävät, että gamma heijastelee tarkkaavaisuutta keskittymisessä ja toimii kantataajuutena, joka helpottaa tiedonvaihtoa aivoalueiden välillä . Toiset yhdistävät gamman nopeisiin silmänliikkeisiin, niin sanottuihin mikrosaccadeihin, joita pidetään olennaisina osina aistien käsittelyssä ja tiedon vastaanottamisessa .

EEG-datan analysointi voi muodostua varsin haastavaksi. Signaalinkäsittely, artefaktien havaitseminen ja vaimentaminen, ominaisuuksien poimiminen ja henkisten mittareiden, kuten työmäärän, sitoutumisen, uneliaisuuden tai vireystilan, laskeminen vaativat kaikki tiettyä asiantuntemusta ja kokemusta, jotta kerätyistä tiedoista voidaan tunnistaa ja poimia arvokasta tietoa oikein.
iMotionsin EEG-moduuli tarjoaa useita työkaluja ja valmiuksia, joiden avulla pääset nopeasti alkuun EEG-tutkimuksen tekemisessä, ja se pystyy suorittamaan osan tästä tietojenkäsittelystä automaattisesti. Seuraavassa käymme läpi tapoja, joilla EEG-moduuli voi auttaa tutkimuksen edistämisessä.

Takaisin alkuun

EEG-data ja analyysi

EEG-datan analyysi voi kieltämättä olla monimutkainen prosessi, minkä vuoksi iMotionsissa on useita ominaisuuksia, jotka on suunniteltu vähentämään tämän vaiheen taakkaa.

Frontaalista alfa-asymmetriaa, jota käytetään lähestymisen tai välttämisen tunteiden välittäjänä, käytetään tyypillisesti antamaan arvio siitä, kuinka houkutteleva tai vastenmielinen ärsyke on. Tämä ja tehon spektritiheys (PSD) voidaan laskea automaattisesti iMotions-ohjelmassa, ja analyysin tekemiseen käytetty R-koodi on täysin saatavilla ja läpinäkyvä.

Muut valmistajat, kuten ABM ja Emotiv, voivat myös tarjota mahdollisuuden laskea omia mittareita – kuten uneliaisuuden tai sitoutumisen tasoja. Nämä mittarit ovat myös saatavilla iMotions-ohjelmistossa, jolloin pääset helposti käsiksi yksityiskohtaisiin tietoihin.

Analyysissä voi myös olla osia, jotka haluat jättää pois tai joita haluat tarkastella yksityiskohtaisemmin. iMotions tarjoaa kommentointityökalun, jota voidaan käyttää joko suorassa lähetyksessä tiedonkeruun aikana tai tiedonkeruun jälkeen. Tietojen merkitseminen ja tiettyjen segmenttien valitseminen käsittelyä tai vientiä varten on helppoa.

Tiedot, olivatpa ne sitten käsittelemättömiä, käsiteltyjä tai segmentoituja, voidaan luonnollisesti myös viedä helposti siirrettävissä muodoissa, jolloin voit viedä analyysisi haluamallesi alustalle. Tietokoneen käytöstä, kuten hiiren napsautuksista ja näppäinpainalluksista, on myös tietoa, mikä on erityisen hyödyllistä, kun ärsykkeiden vuorovaikutusta liitetään biosensoritietoihin.

EEG-integraatiot

iMotions mahdollistaa natiivit integraatiot kahdeksan eri EEG-kuulokkeen kanssa neljältä johtavalta EEG-laitteistoyritykseltä. Halusitpa sitten kerätä tietoja korkealla näytteenottotaajuudella toimivista 32-kanavaisista laitteista, joustavista ja langattomista 24-kanavaisista laitteista tai mitata frontaalista epäsymmetriaa 8-kanavaisella kuulokepannalla, iMotions tarjoaa suoraviivaisia ratkaisuja kuhunkin.

iMotions tarjoaa myös mahdollisuuden liittää useita, erilaisia biosensoreita toisiinsa luodaksesi syvällisemmän analyysin ihmisen käyttäytymisestä. Biosensorit, kuten silmäseurantalaitteet (näyttöpohjaiset, silmälasit tai virtuaalitodellisuus), kasvojen ilmeanalyysi, EDA, EKG ja EMG (muun muassa) voidaan helposti liittää mihin tahansa kokeeseen.

Tarkista: The Study of Human Behavior: Mittaaminen, analysointi ja ymmärtäminen

Näiden antureiden tiedot täydentävät toisiaan – kukin antaa uutta tietoa osallistujan tunneilmaisuista, fysiologisesta kiihtymyksestä tai visuaalisesta tarkkaavaisuudesta, jota ei ole saatavissa, kun tarkastellaan pelkkää EEG:tä.

Mahdollisuus liittää mukaan myös erilaisia muita antureita, joita ei ole natiivisti integroitu, käyttämällä LSL-protokollaa (Lab Streaming Layer). Tämän avulla muiden antureiden tiedot voidaan lähettää iMotionsiin ja synkronoida muiden tietolähteiden kanssa. Tätä täydentää mahdollisuus käyttää avointa sovellusrajapintaa periaatteessa minkä tahansa muun tietovirran liittämiseen. Käytännöllisesti katsoen mikä tahansa dataa tuottava laite voidaan liittää iMotionsiin, mikä luo uusia tutkimusmahdollisuuksia.

EEG-hinnat

Kuten monissa laitteissa (ja useimmissa asioissa elämässä): saat sen, mistä maksat. Monet hintaluokan yläpäässä olevista laitteista ovat erityisen kehittyneitä, tutkimustason laitteita, jotka tarjoavat uskomattoman herkkyyden ja joissa on myös suuri määrä antureita. Osittain vastapainona on se, että tietojen kerääminen ja analysointi kestää pidempään, mutta olivatpa tarpeesi mitkä tahansa – on aina hyvä puhua ensin asiantuntijoiden kanssa.

Sentähden olemme määritelleet hintahaarukan, jonka todennäköisesti löydät etsiessäsi tarpeisiisi täydellisesti sopivaa EEG-kuuloketta. Konkreettisia hintoja voi olla vaikea määritellä, koska jotkin niistä eivät ole julkisia tai niihin voi kohdistua akateemisia alennuksia, ja ne voivat vaihdella muun muassa valuuttakurssien muuttuessa.

Tarkista: EEG-kuulokkeiden hinnat – yleiskatsaus 15+ EEG-laitteeseen

Valinnan tekeminen laitteiden välillä on tietysti parasta tehdä asiantuntijan kanssa, ja olemme aina käytettävissä, jos haluat keskustella tarpeistasi. Alta löydät joidenkin johtavien valmistajien kuulokkeiden hintaluokat.

EEG ja ärsykkeiden esittäminen

Kokeet ovat harvoin samanlaisia, ja tämä näkyy ärsyketyyppien moninaisuutena. iMotions mahdollistaa yhdellä alustalla lähes kaikenlaisten ärsykkeiden esittämisen – olipa kyse sitten kuvista, videosta, äänestä, peleistä, verkkosivuista, virtuaalitodellisuudesta (Virtual Reality, VR), mobiililaitteista tai todellisesta maailmasta (joskin on huomioitava tiettyjä näkökohtia, jos EEG:tä käytetään dynaamisissa ympäristöissä). EEG-laitteet synkronoidaan automaattisesti ärsykkeiden ja muiden mahdollisesti liitettyjen laitteiden kanssa – jolloin voit antaa iMotionsin suorittaa kokeen puolestasi.

Kokonaisvaltainen koealusta

iMotions on täydellinen käyttäytymislaboratorio yhdessä ohjelmistossa – kokeen suunnittelusta, laitteiden integroinnista ja synkronoinnista ärsykkeiden esitykseen, tiedonkeruuseen, käsittelyyn ja vientiin. Tarpeistasi riippuen iMotions tarjoaa myös useita analyysiominaisuuksia, jotka voivat nopeuttaa kokeellista prosessia. Näin ollen ei tarvita monimutkaista ja kallista ohjelmistojen tilkkutäkkiasetelmaa – koko koe voidaan ohjata ja suorittaa iMotionsissa.

Takaisin alkuun

Miten artikkelia siteerataan:

Bryn Franswoth, What is EEG (Electroencephalography) and How Does it Work?, (PÄIVITTÄINEN KÄYNNISTETTÄVISSÄOLOAIKAISESTI), Saatavissa: https://imotions.com/blog/what-is-eeg/.

Harmony, T. (2013). Delta-oskillaatioiden toiminnallinen merkitys kognitiivisessa prosessoinnissa. Frontiers in Integrative Neuroscience. 7:83 10.3389/fnint.2013.00083

Klimesch, W. (1999). EEG-alfa- ja theta-oskillaatiot heijastavat kognitiivista ja muistin suorituskykyä: katsaus ja analyysi. Brain Res. Rev., 29 (2-3), 169-195

Craig, A., Tran, Y., Wijesuriya, N., Nguyen, H. (2012). Väsymykseen liittyvät alueelliset aivoaaltojen aktiivisuuden muutokset. Psychophysiology 49:574-582

Klimesch, W. (2012). Alfa-kaistan oskilloitukset, tarkkaavaisuus ja hallittu pääsy tallennettuun tietoon. Trends Cogn Sci.16(12):606-17. 10.1016/j.tics.2012.10.007

Takahashi, K., Saleh, M., Penn, R. D., Hatsopoulos, N. G. (2011). Leviävät aallot ihmisen motorisessa aivokuoressa. Front Hum Neurosci. 5(40):40

Halder, S., Agorastos, D., Veit, R., Hammer, E. M., Lee, S., Varkuti, B., et al. (2011). Aivo-tietokoneliitännän hallinnan hermomekanismit. Neuroimage 55, 1779-1790. Doi: 10.1016/j.neuroimage.2011.01.021

Jia, X., Kohn, A. (2011). Gammarytmit aivoissa. PLOS Biology. 9(4):e1001045 doi: 10.1371/journal.pbio.1001045

Yuval-Greenberg, S., Tomer, O., Keren, A. S., Nelken, I., Deouell, L. Y. (2008). Ohimenevä indusoitu gammakaistavaste EEG:ssä minisakkadien ilmentymänä. Neuron. 58: 429-41. doi: 10.1016/j.neuron.2008.03.027

.