Elektroencefalografija: metoda i instrumentacija

Elektroencefalografija: metoda i

instrumentacija

- diplomski rad -

Mentori:

Kandidat:

Doc. dr Platon Sovilj Olivera Stojanović, 260/09
Prof. dr Olivera Klisurić

Novi Sad, 2013.

UNIVERZITET U NOVOM SADU

PRIRODNO-MATEMATIČKI

FAKULTET

DEPARTMAN ZA FIZIKU

Sadržaj:

Uvod ...................................................................................................................................................... 1

Fizičke osnove moždanih potencijala ................................................................................................... 2

2.1

Početak istraživanja bioelektriciteta .............................................................................................. 2

2.2

Struktura nervnog sistema ............................................................................................................. 2

2.2.1

Nervna ćelija ......................................................................................................................... 2

2.2.2

Sinapsa .................................................................................................................................. 3

2.2.3

Ćelijska membrana ................................................................................................................ 4

2.3

Membranski i akcioni potencijal ................................................................................................... 4

2.4

Neuroni i bioelektrične pojave [1] ................................................................................................ 6

Razvoj EEG sistema i njihova primena. Karakteristične pojave kod EEG signala .............................. 7

3.1

Počeci elektroencefalografije ........................................................................................................ 7

3.2

Karakteristične pojave kod EEG signala ...................................................................................... 7

3.2.1

Patološka elektroencefalografska aktivnost .......................................................................... 8

3.3

Klinička primena elektroencefalografije ....................................................................................... 9

3.4

Primena elektroencefalografije u istraživanjima ........................................................................... 9

Osnove elektroencefalografskih sistema ............................................................................................. 10

4.1

Vrste i struktura merno-akvizicionih sistema u elektroencefalografiji ....................................... 10

4.2

Merenje biopotencijala ................................................................................................................ 10

4.2.1

Smetnje pri merenju EEG signala ....................................................................................... 12

4.3

Elektrode ..................................................................................................................................... 15

4.3.1

Postavljanje elektroda ......................................................................................................... 17

4.4

Pojačavač .................................................................................................................................... 17

4.5

Digitalizacija EEG signala .......................................................................................................... 18

4.6

Računarska podrška za skladištenje, prezentaciju i digitalnu obradu EEG signala .................... 18

4.7

Digitalni interfejs ........................................................................................................................ 20

4.8

Napajanje .................................................................................................................................... 20

4.9

Galvanska izolacija ..................................................................................................................... 20

4.10

Sistemi za merenje evociranih potencijala .................................................................................. 21

4.10.1

Primer eksperimenta ........................................................................................................... 21

Savremeni trendovi u elektroencefalografiji ....................................................................................... 24

5.1

Komercijalni EEG uređaji i njihovi parametri ............................................................................ 24

Struktura korišćenog sistema za merenje i akviziciju ERP potencijala .............................................. 35

Rezultati merenja i diskusija ............................................................................................................... 37

7.1

Realizacija eksperimenta............................................................................................................. 37

7.2

Rezultati merenja ........................................................................................................................ 38

7.3

Diskusija ..................................................................................................................................... 49

Zaključak............................................................................................................................................. 51

Dodatak A ........................................................................................................................................... 52

10.

Biografija ............................................................................................................................................ 53

11.

Literatura ............................................................................................................................................. 54

Slika 7.10. ERP signal ispitanika br.4. ........................................................................................................ 43

Slika 7.11. Signal P300 ispitanika br.4. sa pikom na 457 ms. .................................................................... 43

Slika 7.20. ERP signal ispitanika br.11. ...................................................................................................... 44

Slika 7.21. Signal P300 ispitanika br.11. sa pikom na 461 ms. .................................................................. 44

Slika 7.12. ERP signal ispitanika br.6. ........................................................................................................ 45

Slika 7.13. Signal P300 ispitanika br.6. sa pikom na 285 ms. .................................................................... 45

Slika 7.14. ERP signal ispitanika br.5. ........................................................................................................ 46

Slika 7.15. Signal P300 ispitanika br.5. sa pikom na 188 ms. .................................................................... 46

Slika 7.16. ERP signal ispitanika br.8. ........................................................................................................ 47

Slika 7.17. ERP signal ispitanika br.8, sa izraženim alfa talasima. ............................................................ 47

Slika 7.18. ERP signal ispitanika br.8, sa izraženim šiljatim signalima. .................................................... 48

Slika 7.19. Signal P300 ispitanika br.8. sa pikom na 359 ms. .................................................................... 48

Tabele:

Tabela 5.1. EEG uređaj Emotiv EPOC EEG .............................................................................................. 25

Tabela 5.2. EEG uređaj WaveRider 2cx ..................................................................................................... 26

Tabela 5.3. EEG uređaj WaveRider Pro ..................................................................................................... 27

Tabela 5.4. EEG uređaj SYMTOP EEG ..................................................................................................... 28

Tabela 5.5. EEG uređaj UEA-BZ EEG ....................................................................................................... 29

Tabela 5.6. EEG uređaj Mitsar-EEG 201 ................................................................................................... 30

Tabela 5.7. EEG uređaj g.tec USBamp ....................................................................................................... 31

Tabela 5.8. EEG uređaj Mitsar-EEG 202 ................................................................................................... 32

Tabela 5.9. EEG uređaj Mitsar-EEG 202 ................................................................................................... 33

Tabela 5.10. EEG uređaj Neuroscan Synamp2 ........................................................................................... 34

Tabela 7.1. Popis ispitanika sa rezultatima merenja za svakoga od njih. ................................................... 39

Tabela 7.2. Rezultati merenja za ispitanika br.2. ........................................................................................ 41

Tabela 7.3. Rezultati merenja za ispitanika br.4. ........................................................................................ 43

Tabela 7.7. Rezultati merenja za ispitanika br.11. ...................................................................................... 44

Tabela 7.4. Rezultati merenja za ispitanika br.6. ........................................................................................ 45

Tabela 7.5. Rezultati merenja za ispitanika br.5. ........................................................................................ 46

Tabela 7.6. Rezultati merenja za ispitanika br.8. ........................................................................................ 47

Uvod

Elektroencefalografija označava detektovanje moždane električne aktivnosti pomoću elektroda

postavljenih na površinu mozga. EEG signali predstavljaju karakterističnu ritmičku aktivnost frekvencija
između 1 i 100 Hz i nazivaju se „EEG talasi“.

U istraživanjima se koriste i merenja ERP (Event Related Potentials) signala, koji predstavljaju

električni odgovor mozga na neki stimulus (vizuelni ili auditivni) ili u toku nekih mentalnih aktivnosti.
Vrednosti ERP potencijala su male u odnosu na spontanu EEG aktivnost. Zbog toga se ovi potencijali
moraju usrednjavati.

U drugom poglavlju date su osnove moždanih potencijala (struktura nervnog sistema, membranski i

akcioni potencijal).

U trećem poglavlju predstavljen je istorijski pregled elektroencefalografije, opis pojava kod EEG

signala i primena EEG-a u kliničkim i naučnim istraživanjima.

Četvrto poglavlje opisuje fizičke osnove elektroencefalografskih sistema i merenja biopotencijala,

kao i smetnje koje se javljaju tokom merenja. Dat je opis svake celine merno-akvizicionog sistema,
sistema za merenja evociranih potencijala, kao i primer jednog ERP eksperimenta.

Peto poglavlje prikazuje trenutne komercijalne EEG uređaje sa njihovim karakteristikama.

U šestom poglavlju dat je opis strukture korišćenog sistema za merenje i akviziciju ERP potencijala.

Sedmo poglavlje prikazuje realizaciju samog eksperimenta, rezultate merenja i obrade podataka, sa

diskusijom.

Osmo poglavlje je zaključak rada i u njemu je dat kratak osvrt na rad u celini. U nastavku se nalazi

dodatak sa skraćenicama.