Was ist das EEG (Elektroenzephalographie) und wie funktioniert es?

Ihr Gehirn hat das Sagen. Denken Sie an das letzte Mal, als Sie versucht haben, ein Kreuzworträtsel zu lösen oder eine neue Sprache zu lernen. Erinnern Sie sich an das letzte Mal, als Sie mitten in einem seltsamen Traum aufgewacht sind oder sich in einer Stadt zurechtfinden mussten, in der Sie noch nie zuvor gewesen sind.

Während Sie denken, träumen, sehen und fühlen, ist Ihr Gehirn ständig aktiv, nimmt alle Informationen auf, verdichtet und verknüpft vorhandene Daten und integriert alles zu einer konsistenten Erfahrung. Für dich stellt diese Erfahrung deine Realität dar.

Dein Gehirn ist lebendig. Ihr Gehirn formt, wie Sie Ihre Umgebung sehen, filtert oder hebt die für Sie wichtigsten Objekte und Informationen hervor. Es erschafft seine eigenen Geschichten, die auf Ihren Gedanken, Emotionen, Wünschen und Erfahrungen beruhen und letztlich Ihr Verhalten steuern.

In diesem Artikel erhalten Sie einen grundlegenden Überblick über das EEG und seine Funktionsweise:

• EEG misst elektrische Aktivität des Gehirns
• Was ist EEG und wie funktioniert es
• Wie können EEG-Daten interpretiert werden
• EEG-Integrationen
• EEG-Preise
• EEG und Reizdarbietung

EEG misst elektrische Aktivität des Gehirns

Das Gehirn besteht aus Milliarden von Zellen, von denen die Hälfte Neuronen sind und die andere Hälfte die Aktivität der Neuronen unterstützt und fördert. Diese Neuronen sind dicht über Synapsen miteinander verbunden, die als Tore für hemmende oder erregende Aktivitäten dienen.

Jede synaptische Aktivität erzeugt einen subtilen elektrischen Impuls, der als postsynaptisches Potenzial bezeichnet wird. Natürlich ist es schwierig, den Impuls eines einzelnen Neurons ohne direkten Kontakt mit ihm zuverlässig zu erfassen. Wenn jedoch Tausende von Neuronen synchron feuern, erzeugen sie ein elektrisches Feld, das stark genug ist, um sich durch Gewebe, Knochen und Schädel auszubreiten. Schließlich kann es auf der Kopfoberfläche gemessen werden.

Stellen Sie sich dies als ein ständiges Grollen von subtilen Erdbeben vor. Für sich genommen mag jeder Ausbruch zu klein sein, um bemerkt zu werden, aber wenn mehrere von ihnen zur gleichen Zeit, am gleichen Ort und im gleichen Rhythmus auftreten, summieren sie sich zu einem Mega-Beben, das selbst in Hunderten von Kilometern Entfernung spürbar sein wird.

Was ist das EEG und wie funktioniert es?

Die Elektroenzephalographie (EEG) ist die physiologische Methode der Wahl, um die vom Gehirn erzeugte elektrische Aktivität mit Hilfe von Elektroden aufzuzeichnen, die auf der Oberfläche der Kopfhaut angebracht werden. Zur schnelleren Anwendung werden die Elektroden in elastischen Kappen, ähnlich einer Badekappe, angebracht, so dass die Daten bei allen Probanden an identischen Kopfhautpositionen erfasst werden können.

Trotz des etwas abschreckenden Namens (und der Aussprache) ist es erstaunlich einfach, das Wesentliche der Elektroenzephalographie zu erfassen:

Definition Elektroenzephalographie (EEG):

• misst die elektrische Aktivität, die durch die synchronisierte Aktivität von Tausenden von Neuronen erzeugt wird (in Volt)
• ermöglicht eine hervorragende zeitliche Auflösung, die es erlaubt, die Aktivität innerhalb der kortikalen Bereiche zu erkennen – sogar auf Zeitskalen von weniger als einer Sekunde

Da die an den Elektroden gemessenen Spannungsschwankungen sehr klein sind, werden die aufgezeichneten Daten digitalisiert und an einen Verstärker gesendet. Die verstärkten Daten können dann als eine Folge von Spannungswerten angezeigt werden.

Preisunterschiede bei EEG-Systemen sind in der Regel auf die Anzahl der Elektroden, die Qualität der Digitalisierung, die Qualität des Verstärkers und die Anzahl der Schnappschüsse zurückzuführen, die das Gerät pro Sekunde aufnehmen kann (dies ist die Abtastrate in Hz).

EEG ist eines der schnellsten verfügbaren bildgebenden Verfahren, da es häufig eine hohe Abtastrate hat. Vor hundert Jahren wurde der Zeitverlauf eines EEGs auf Papier aufgezeichnet – heute werden die Daten (zum Glück) digital als kontinuierlicher Spannungsfluss auf einem Bildschirm angezeigt. Aber das ist nur der Anfang – man muss auch verstehen, was die Daten aussagen.

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Wie können EEG-Daten interpretiert werden?

Da das EEG den zeitlichen Verlauf der vom Gehirn erzeugten elektrischen Aktivität überwacht, kann man interpretieren, welche Bereiche der Hirnrinde zu einem bestimmten Zeitpunkt für die Verarbeitung von Informationen zuständig sind:

Gehirnbereiche und ihre Aufgaben

1. Okzipitaler Kortex

Der okzipitale Kortex ist das visuelle Verarbeitungszentrum unseres Gehirns und befindet sich im hintersten Teil des Schädels. Alle Dinge, die wir sehen, werden hier verarbeitet (obwohl ein Teil der Verarbeitung auch vor und nach dem Eintreffen des Signals stattfindet). EEG-Experimente mit visuellen Reizen (Videos, Bilder) konzentrieren sich oft auf Effekte in den okzipitalen Regionen.

1. Parietaler Kortex

Der parietale Kortex ist für die Integration von Informationen aus externen Quellen und internen sensorischen Rückmeldungen aus unserem Körper zuständig. Der parietale Kortex ist für die Zusammenführung all dieser Informationsquellen zu einer kohärenten Darstellung der Beziehung zwischen unserem Körper und der Umgebung sowie der räumlichen Beziehung zwischen allen Dingen (Objekten, Menschen) in der Umgebung und uns verantwortlich. Aufgaben, die Augen- oder Handbewegungen sowie die Auge-Hand-Koordination erfordern, wären ohne den parietalen Kortex nicht möglich, der auch die Form, Größe und Ausrichtung von zu greifenden Objekten verarbeitet, speichert und abruft.

1. Temporaler Kortex

Der temporale Kortex ist an der Verarbeitung von sensorischem Input zu abgeleiteten oder höheren Bedeutungen unter Verwendung visueller Erinnerungen, Sprache und emotionaler Assoziationen beteiligt. Der linke temporale Kortex ist am Verstehen von geschriebener und gesprochener Sprache beteiligt. Mediale (innere) Regionen sind bei der räumlichen Navigation aktiver.

1. Frontaler Kortex

Der frontale Teil des menschlichen Gehirns ist im Vergleich zu den meisten anderen Säugetieren vergrößert. Der frontale Kortex ist im Wesentlichen für exekutive Funktionen zuständig: Er hilft uns, die Kontrolle zu behalten, für die Zukunft zu planen und unser Verhalten zu überwachen. Abgesehen von den regionalen Merkmalen, wo bestimmte elektrische Aktivitäten ihren Ursprung haben, kann man auch analysieren, welche Frequenzen die laufende Aktivität hauptsächlich antreiben.

Die neuronalen Oszillationen, die mit dem EEG gemessen werden können, sind sogar in ungefilterten, unverarbeiteten Rohdaten sichtbar. Das Signal ist jedoch immer eine Mischung aus mehreren zugrundeliegenden Grundfrequenzen, von denen man annimmt, dass sie bestimmte kognitive, affektive oder aufmerksamkeitsbezogene Zustände widerspiegeln. Immer wenn sich das Gehirn in einem bestimmten Zustand befindet, ändern sich die Frequenzmuster und geben Aufschluss über kognitive Prozesse.

EEG-Frequenzbereiche / Frequenzbänder

Delta (1 – 4 Hz)

• Delta In Schlaflabors werden Deltawellen untersucht, um die Tiefe des Schlafs zu beurteilen. Je stärker der Deltarhythmus, desto tiefer der Schlaf. Eine erhöhte Deltaleistung (eine erhöhte Anzahl von Deltawellenaufzeichnungen) wurde auch mit einer erhöhten Konzentration bei internen Arbeitsgedächtnisaufgaben in Verbindung gebracht.
  

Theta (4 – 7 Hz)

• Theta wird mit einer Vielzahl von kognitiven Verarbeitungen wie Gedächtniskodierung und -abruf sowie kognitiver Arbeitsbelastung in Verbindung gebracht. Wann immer wir mit schwierigen Aufgaben konfrontiert werden (z. B. von 100 in 7er-Schritten rückwärts zählen oder uns an den Heimweg von der Arbeit erinnern), treten Theta-Wellen stärker hervor. Theta wird auch mit erhöhter Müdigkeit in Verbindung gebracht.
  

Alpha (7 – 12 Hz)

• Immer wenn wir die Augen schließen und uns in einen ruhigen Zustand versetzen, übernehmen Alphawellen die Führung. In einem entspannten Wachzustand sind die Alphawellen erhöht. Beim Biofeedback-Training werden Alphawellen häufig zur Überwachung der Entspannung eingesetzt. Sie werden auch mit Hemmung und Aufmerksamkeit in Verbindung gebracht.
  

Beta (12 – 30 Hz)

• Beta über motorischen Regionen, Beta-Frequenzen werden stärker, wenn wir Bewegungen eines beliebigen Körperteils planen oder ausführen. Interessanterweise ist dieser Anstieg der Beta-Frequenzen auch zu beobachten, wenn wir die Körperbewegungen anderer Menschen beobachten. Unser Gehirn ahmt scheinbar deren Gliedmaßenbewegungen nach, was darauf hindeutet, dass es in unserem Gehirn ein kompliziertes „Spiegelneuronen-System“ gibt, das möglicherweise durch Beta-Frequenzen koordiniert wird.
  
  

  Gamma (>30 Hz, typischerweise 40 Hz)

• Gamma – Einige Forscher argumentieren, dass Gamma eine aufmerksame Fokussierung widerspiegelt und als Trägerfrequenz dient, um den Datenaustausch zwischen den Gehirnregionen zu erleichtern. Andere bringen Gamma mit schnellen Augenbewegungen, so genannten Mikrosakkaden, in Verbindung, die als integraler Bestandteil der sensorischen Verarbeitung und Informationsaufnahme angesehen werden.

Die Analyse von EEG-Daten kann recht schwierig sein. Signalverarbeitung, Artefakterkennung und -dämpfung, Merkmalsextraktion und die Berechnung mentaler Metriken wie Arbeitsbelastung, Engagement, Schläfrigkeit oder Wachsamkeit erfordern ein gewisses Maß an Fachwissen und Erfahrung, um die gesammelten Daten richtig zu identifizieren und wertvolle Informationen daraus zu extrahieren.
Das iMotions EEG-Modul bietet mehrere Werkzeuge und Funktionen, mit denen Sie schnell mit der EEG-Forschung beginnen können, und ist in der Lage, einen Teil dieser Datenverarbeitung automatisch durchzuführen. Im Folgenden gehen wir auf die Möglichkeiten ein, mit denen das EEG-Modul die Forschung vorantreiben kann.

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EEG-Daten und -Analyse

Die Analyse von EEG-Daten kann zugegebenermaßen ein komplexer Prozess sein, weshalb iMotions über mehrere Funktionen verfügt, die diesen Schritt erleichtern.

Die frontseitige Alpha-Asymmetrie, ein Maß für das Gefühl der Annäherung oder Vermeidung, wird in der Regel verwendet, um zu beurteilen, wie ansprechend oder abstoßend ein Reiz ist. Diese und die Leistungsspektraldichte (PSD) können in iMotions automatisch berechnet werden, und der R-Code, der zur Erstellung der Analyse verwendet wird, ist vollständig verfügbar und transparent.

Andere Hersteller wie ABM und Emotiv bieten möglicherweise auch die Möglichkeit, eigene Metriken zu berechnen, z. B. den Grad der Schläfrigkeit oder des Engagements. Diese Metriken werden ebenfalls in der iMotions-Software zur Verfügung gestellt, so dass Sie einfachen Zugang zu detaillierten Einblicken erhalten.

Es kann auch Teile der Analyse geben, die Sie ausschließen oder detaillierter betrachten möchten. iMotions bietet ein Anmerkungswerkzeug, das entweder live während der Datenerfassung oder nach der Datenerfassung verwendet werden kann. Es ist einfach, die Daten zu markieren und bestimmte Segmente für die Verarbeitung oder den Export auszuwählen.

Die Daten, ob roh, verarbeitet oder segmentiert, können natürlich auch in leicht übertragbare Formate exportiert werden, so dass Sie Ihre Analyse auf jede beliebige Plattform übertragen können. Es gibt auch Informationen über die Computernutzung, wie z.B. Mausklicks und Tastenanschläge, die besonders nützlich sind, wenn man die Stimulusinteraktion mit Biosensordaten in Verbindung bringt.

EEG-Integrationen

iMotions ermöglicht native Integrationen mit acht verschiedenen EEG-Headsets von vier führenden EEG-Hardwarefirmen. Egal, ob Sie Daten von 32-Kanal-Geräten mit hoher Abtastrate, von flexiblen und kabellosen 24-Kanal-Geräten oder von einem 8-Kanal-Kopfband zur Messung der frontalen Asymmetrie erfassen möchten, iMotions bietet für jeden Fall eine unkomplizierte Lösung.

iMotions bietet auch die Möglichkeit, mehrere unterschiedliche Biosensoren miteinander zu verbinden, um eine tiefergehende Analyse des menschlichen Verhaltens zu erstellen. Biosensoren wie Eyetracker (bildschirmbasiert, mit Brille oder in der virtuellen Realität), Mimikanalyse, EDA, EKG und EMG (unter anderem) können problemlos in jedes Experiment einbezogen werden.

Sieh dir das an: The Study of Human Behavior: Messen, Analysieren und Verstehen

Die Daten dieser Sensoren ergänzen sich – jeder von ihnen liefert neue Informationen über den emotionalen Ausdruck, die physiologische Erregung oder die visuelle Aufmerksamkeit des Teilnehmers, die bei der alleinigen Betrachtung des EEG nicht verfügbar sind.

Über das LSL-Protokoll (Lab Streaming Layer) können auch eine Reihe anderer Sensoren angeschlossen werden, die nicht nativ integriert sind. Dadurch können Daten von anderen Sensoren an iMotions gesendet und mit anderen Datenquellen synchronisiert werden. Dies wird durch die Möglichkeit ergänzt, die offene API zu nutzen, um praktisch jeden anderen Datenstrom anzuschließen. Praktisch jedes datenproduzierende Gerät kann mit iMotions verbunden werden, was neue Forschungsmöglichkeiten schafft.

EEG-Preise

Wie bei vielen Geräten (und den meisten Dingen im Leben) gilt: man bekommt, wofür man bezahlt. Viele der Geräte am oberen Ende der Preisskala sind besonders fortschrittliche Geräte für die Forschung, die eine unglaubliche Empfindlichkeit und eine große Anzahl von Sensoren bieten. Ein Teil des Kompromisses besteht darin, dass es länger dauert, die Daten zu sammeln und zu analysieren, aber was auch immer Ihre Bedürfnisse sind – es ist immer gut, zuerst mit den Experten zu sprechen.

Deshalb haben wir die Preisspanne festgelegt, die Sie wahrscheinlich finden werden, wenn Sie nach dem EEG-Headset suchen, das perfekt auf Ihre Bedürfnisse zugeschnitten ist. Die genauen Preise können schwer zu ermitteln sein, da einige nicht öffentlich sind oder akademischen Rabatten unterliegen und unter anderem aufgrund von Währungsschwankungen schwanken können.

Sieh dich um: EEG-Headset-Preise – Ein Überblick über 15+ EEG-Geräte

Eine Auswahl zwischen den Geräten trifft man natürlich am besten mit einem Experten an der Hand, und wir stehen Ihnen jederzeit zur Verfügung, wenn Sie Ihre Bedürfnisse besprechen möchten. Nachfolgend finden Sie die Preisspanne der Headsets einiger führender Hersteller.

EEG und Stimuluspräsentation

Experimente sind selten gleich, und dies spiegelt sich in der Vielfalt der Stimuli wider. iMotions ermöglicht es, in einer einzigen Plattform praktisch jede Form von Stimulus zu präsentieren – ob Bilder, Video, Audio, Spiele, Webseiten, virtuelle Realität (VR), mobile Geräte oder in der realen Welt (obwohl es einige Aspekte zu berücksichtigen gibt, wenn EEG in dynamischen Umgebungen verwendet wird). Die EEG-Geräte werden automatisch mit den Stimuli und allen anderen angeschlossenen Geräten synchronisiert, so dass Sie iMotions das Experiment für sich durchführen lassen können.

Komplette Experimentierplattform

iMotions ist ein komplettes Verhaltenslabor in einer Software – von der Versuchsplanung, Geräteintegration und -synchronisation bis hin zur Stimuluspräsentation, Datenerfassung, -verarbeitung und -export. Je nach Bedarf bietet iMotions auch verschiedene Analysefunktionen, die den Versuchsprozess beschleunigen können. Das bedeutet, dass kein komplexer und kostspieliger Patchwork-Aufbau von Software erforderlich ist – das gesamte Experiment kann in iMotions gesteuert und durchgeführt werden.

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Wie wird der Artikel zitiert:

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

Harmony, T. (2013). Die funktionelle Bedeutung von Delta-Oszillationen bei der kognitiven Verarbeitung. Frontiers in Integrative Neuroscience.7:83 10.3389/fnint.2013.00083

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