Wenn man beginnen möchte zu verstehen, was Menschen denken, gibt es kaum einen besseren Ausgangspunkt als das Gehirn. Es gibt verschiedene Methoden, die unterschiedliche Ansätze und Einblicke ermöglichen, um Veränderungen der Gehirnaktivität zu erkennen, doch keine ist so direkt wie das EEG (1).

Durch die Erfassung der Veränderungen der elektrischen Aktivität, die bei der Kommunikation zwischen Neuronen auftreten, spiegelt das mittels EEG aufgezeichnete Signal im Wesentlichen eine direkte Umwandlung der neuronalen Aktivität in Daten wider (2).

Zwar ist das EEG keine bildgebende Verfahren mit derselben hohen räumlichen Auflösung wie die MRT, doch ist seine zeitliche Auflösung praktisch unübertroffen. Kombiniert man all dies mit seiner im Vergleich zu MRT, PET usw. relativen Mobilität, wird deutlich, warum das EEG heute eine der wichtigsten Methoden in den Neurowissenschaften und anderen Fachgebieten ist.

Diese bildgebende Verfahren bietet daher Forschern, die mehr über das Gehirn erfahren möchten, großartige Möglichkeiten; doch wie bei jedem bildgebenden Verfahren gibt es auch bei der Vorbereitung und Durchführung von Studien mit diesem Gerät gewisse Herausforderungen.

Um Ihnen dabei zu helfen, haben wir im Folgenden fünf wichtige Punkte aufgeführt, die Sie vor der Durchführung eines EEG-Experiments berücksichtigen sollten. Da bei Ihrem eigenen Experiment möglicherweise noch weitere Aspekte zu beachten sind, empfehlen wir Ihnen, nach Möglichkeit fachkundige Hilfe und Beratung in Anspruch zu nehmen. Als Kunde von iMotions steht Ihnen unser Expertenteam zur Seite und unterstützt Sie bei jedem Schritt.

5 wichtige Punkte für eine optimale Einrichtung der EEG-Ausrüstung:

1. EEG-Geräte

Lesen Sie mehr: Was ist ein EEG (Elektroenzephalogramm)?

Der erste Schritt bei der Aufnahme von Forschungsarbeiten mit EEG besteht darin, zu entscheiden, welches Gerät Sie für Ihren Forschungsaufbau anschaffen möchten. Je nach Art Ihrer Forschung spielen dabei verschiedene Faktoren eine Rolle.

Kanäle

Vielleicht sollten Sie bei der Auswahl des Geräts zunächst überlegen, wie viele Kanäle Sie benötigen. Mehr Kanäle bedeuten mehr Daten – oft ist das von Vorteil, aber nicht in jedem Fall unbedingt erforderlich. Wenn Sie sich nur für die Gehirnaktivität in den frontalen Regionen des Gehirns interessieren, benötigen Sie nicht unbedingt ein System mit 128 Kanälen.

Abtastrate

Das Nyquist-Theorem (das gar nicht so beängstigend ist, wie es klingt) besagt, dass man für jedes Signal, das man erfassen möchte, eine doppelt so hohe Abtastrate benötigt. Um die schnellsten Signale von Interesse mit EEG zu erfassen, reicht eine Abtastrate von 128 Hz völlig aus (3). Eine höhere Abtastrate liefert natürlich detailliertere Daten; wenn es Ihr Budget zulässt, sollten Sie sich daher eher für eine höhere als für eine niedrigere Abtastrate entscheiden.

Verstärker

Der Verstärker, der oft den teuersten Teil der EEG-Ausrüstung ausmacht, verstärkt (was nicht weiter verwunderlich ist) das von den Elektroden aufgezeichnete Signal und macht die Daten damit im Wesentlichen besser sichtbar. Dies ist einer der wichtigsten Aspekte der EEG-Ausrüstung für die Gewährleistung der Datenqualität und sollte daher nicht außer Acht gelassen werden (einige Headsets verfügen nicht über einen Verstärker, sodass das Signal später verstärkt werden muss).

2. So bringen Sie das EEG-Gerät am Teilnehmer an

Stellen Sie sicher, dass die Elektroden korrekt platziert sind. Dies betrifft sowohl die Elektroden, von denen Sie Daten erfassen, als auch die Referenzelektrode(n), die zur Kalibrierung der Datenerfassung dienen.

Um sicherzustellen, dass die Elektroden an der richtigen Stelle platziert werden, ist es wichtig, dass die zentralen Elektroden mit festgelegten Positionen auf der Kopfhaut übereinstimmen (z. B. befindet sich die Elektrode an der Position „Cz“ in der Mitte). Die Positionierung der Elektroden erfolgt meist nach dem 10-20-System, einer standardisierten Kartierung für EEG-Aufzeichnungen (4, 5).

Wenn das von Ihnen verwendete EEG-System über eine EEG-Kappe verfügt, müssen Sie lediglich die Elektroden an den entsprechenden Stellen in der Kappe anbringen und überprüfen, ob sie richtig sitzen (bei einigen Systemen, wie beispielsweise den ABM B-Alert-Headsets, wird dies dadurch erleichtert, dass die Elektroden miteinander verbunden sind).

3. Elektrische Leitfähigkeit im EEG

Um die vom Gehirn erzeugte elektrische Ladung zu erfassen, muss das Signal durch die Kopfhaut zur Elektrode gelangen. Um die Stärke des erfassten Signals zu maximieren, sollte die elektrische Leitfähigkeit so weit wie möglich gefördert werden.

Im Zusammenhang mit einem EEG-Headset bedeutet dies, dass die Kopfhaut sauber sein muss, um den elektrischen Widerstand zu verringern (es ist zwar unwahrscheinlich, dass Sie Ihre Probanden zum Duschen schicken müssen, doch das Abwischen der Bereiche, die mit den Elektroden in Kontakt kommen, mit Alkoholtüchern kann die elektrische Leitfähigkeit verbessern).

Die elektrische Leitfähigkeit lässt sich durch die Verwendung von Leitgel (bis zu einem gewissen Grad) ebenfalls stets verbessern; daher wird empfohlen, dieses zwischen Elektrode und Kopfhaut aufzutragen. Es sind auch trockene und halbtrockene Elektroden erhältlich, die eine schnellere Lösung für die Datenerfassung bieten können. Zwar bieten sie in der Regel keine so hohe Signaltreue, doch hängt es von Ihrer Forschungsfrage ab, wo Sie den Kompromiss zwischen dem Zeitaufwand für die Einrichtung und der Datenqualität ziehen.

4. Bewegungen bei der EEG-Datenerfassung minimieren

Bewegungen eines Teilnehmers, der ein EEG-Headset trägt, wirken sich stets negativ auf die Daten aus – jedes Verrutschen oder jede Störung an der Elektrode kann zu Artefakten oder Ungenauigkeiten führen. Auch wenn Sie nicht möchten, dass sich das Headset auf dem Kopf des Teilnehmers verschiebt, kann es sein, dass Ihr Experiment erfordert, dass der Teilnehmer aufsteht und sich bewegt.

Es gibt Möglichkeiten, solche Experimente durchzuführen – wählen Sie einfach ein Gerät, das mobile Aufzeichnungen ermöglicht. Geräte von NeuroElectrics, ABM und Emotiv (unter anderem) bieten EEG-Headsets an, die für den mobilen Einsatz konzipiert sind (oft über Bluetooth, aber auch über WLAN-Verbindungen).

Zwar ist eine stabile und kontrollierte Umgebung ideal für eine maximale Datenqualität, doch tolerieren diese Geräte allgemeine Bewegungen, wodurch Sie Ihren Experimenten mehr ökologische Validität verleihen können.

5. Wie sehen EEG-Daten aus?

Wie das alte Sprichwort sagt: „Garbage In, Garbage Out“ – das Gleiche gilt für Daten. Im Idealfall sorgen Ihre Versuchsbedingungen, Ihr Aufbau und Ihre Ausrüstung gemeinsam für eine möglichst hochwertige Datenerfassung, und von da an wird der Prozess einfacher.

Es gibt jedoch einige Punkte, die Sie sowohl vor als auch nach dem Experiment beachten sollten, damit Sie möglichst genaue Ergebnisse für Ihre Studie erhalten.

Weitere Informationen: Alle Möglichkeiten des iMotions-EEG-Moduls

Betrachten wir die frontale Asymmetrie – ein weit verbreitetes Maß, das Werte liefern kann, die mit Annäherungs- oder Vermeidungsgefühlen in Verbindung stehen. Eine zuverlässige Auswertung dieser Daten setzt einen ausreichend langen Erfassungszeitraum von mindestens 30 Sekunden voraus (6). Es versteht sich von selbst, dass Sie sicherstellen müssen, dass Ihr Versuchsaufbau dies zulässt, wenn Sie diese Messgröße erfassen möchten.

Eine genaue Datenerfassung von anderen Geräten kann von einer ordnungsgemäßen Kalibrierungsphase abhängen, die durchgeführt werden sollte. Nach der Datenerfassung sind wahrscheinlich weitere Bearbeitungsschritte erforderlich, wie beispielsweise das Entfernen von Artefakten oder gegebenenfalls sogar das Löschen ganzer Aufzeichnungen (7).

Fazit

Man sollte bedenken, dass EEG-Experimente zwar wertvolle Einblicke in die Gehirnaktivität und kognitive Prozesse bieten können, die Durchführung dieser Studien jedoch von einer korrekten Versuchsplanung und -durchführung abhängt.

Ihre konkrete Forschungsfrage und Ihre Anforderungen bestimmen natürlich, welche weiteren Schritte Sie möglicherweise unternehmen müssen (diese 5 Grundlagen sind eigentlich nur der Anfang), aber wenn Sie diese Tipps befolgen, sind Sie auf dem besten Weg zu einer zuverlässigen Forschungsarbeit. Schauen Sie sich die 5 besten EEG-Forschungsartikel an, um sich inspirieren zu lassen.

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Literaturverzeichnis

1. Jackson AF, Bolger DJ. (2014). Die neurophysiologischen Grundlagen des EEG und der EEG-Messung: Ein Überblick für Laien. Psychophysiology, 51:1061–71.10.1111/psyp.12283

2. Buzsáki G., Anastassiou C. A., Koch C. (2012). Der Ursprung extrazellulärer Felder und Ströme – EEG, ECoG, LFP und Spikes. Nat. Rev. Neurosci. 13, 407–420. 10.1038/nrn3241

3. Weiergraber M, Papazoglou A, Broich K, Müller R. (2016). Abtastrate, Signalbandbreite und damit verbundene Fallstricke bei der EEG-Analyse. J Neurosci Methods, 268:53–5.

4. Jasper, Herbert H. (1958). Bericht des Ausschusses für klinische Untersuchungsmethoden in der Elektroenzephalographie. Elektroenzephalographie und klinische Neurophysiologie. 10 (2): 370–375.

5. Niedermeyer, E., & Lopes da Silva, F. H. (1999). Elektroenzephalographie: Grundlagen, klinische Anwendungen und verwandte Gebiete. Baltimore, MD: Williams & Wilkins.

6. Coan, J. A., & Allen, J. J. B. (2002). Das asymmetrische Gehirn. Richard J. Davidson und Kenneth Hugdahl (Hrsg.). Boston, MA, USA; MIT Press.

7. Urigüen JA, Garcia-Zapirain B. (2015). Entfernung von EEG-Artefakten – aktueller Stand der Technik und Leitlinien. J Neural Eng, 12: 31001