Der Einfluß okularer Artefakte auf das … · 4.2 Zeitgebundene willkürliche Blinks ... 5.1 Abschließende Bemerkungen zur EMCP..... 60 5.2 Hinweise für die fehlerhafte Schätzung

Der Einfluß okularer Artefakte

auf das Electroencephalogramm

Eine Evaluation des Augenkorrekturalgorithmus

von Gratton, Coles & Donchin (1983)

Diplomarbeit von

Sabine Christ

Matrikel-Nr. 470193

Betreuer:

Prof. Dr. Dieter Bartussek

Dr. Ewald Naumann

Inhaltsverzeichnis

1 Einführung ................................................................................................................. 1

2 Der Einfluß okularer Artefakte ................................................................................... 12.1 Die Generierung okularer Artefakte..................................................................... 32.2 Überblick über Methoden der Augenartefaktkorrektur ......................................... 5

2.2.1 Ausschluß-Verfahren .................................................................................... 52.2.2 Rechnerische Modelle ................................................................................... 6

2.2.2.1 Beschreibung der Regressions-Methoden ............................................... 62.2.2.2 Unterscheidung der rechnerischen Modelle............................................. 8

2.3 Das Modell von Gratton et al. (1983) bzw. Gratton & Coles (1989) .................. 142.4 Alternative: Eliminierung von Augenartefakten mit Hilfe der Schätzung der

Current Source Densitiy (CSD) ......................................................................... 18

3 Methoden................................................................................................................. 213.1 Planung einer Evaluations-Studie....................................................................... 213.2 Versuchsaufbau ................................................................................................. 253.3 Datenerhebung .................................................................................................. 283.4 Datenauswertung............................................................................................... 30

3.4.1 Datenauswertung für die Evaluation der EMCP .......................................... 303.4.2 Datenauswertung für die Schätzung der Current Source Density (CSD)...... 32

4 Ergebnisse................................................................................................................ 344.1 Unwillkürliche Blinks ........................................................................................ 344.2 Zeitgebundene willkürliche Blinks...................................................................... 404.3 Reizbezogene willkürliche Blinks....................................................................... 434.4 Cerebrale Potentiale vor willkürlichen Bewegungen........................................... 464.5 Reizbezogene Reaktionen im Oddball-Paradigma (ereigniskorrelierte

Potentiale)......................................................................................................... 474.6 Augenartefaktkorrektur über die komplette Meßstrecke .................................... 524.7 Ergebnisse für die Eliminierung von Augenartefakten mit

Hilfe der Schätzung der CSD ............................................................................. 58

5 Diskussion................................................................................................................ 605.1 Abschließende Bemerkungen zur EMCP............................................................ 605.2 Hinweise für die fehlerhafte Schätzung der CSD ................................................ 61

6 Danksagung ............................................................................................................. 63

7 Literaturliste............................................................................................................. 64

Der Einfluß okularer Artefakte auf das Electroencephalogramm Seite 1

1 Einführung

Augenbewegungen und Blinks kommen während der Messung des Electroencepha-

logramm (EEG) sehr häufig vor und verursachen große Augenartefakte. Sie treten prak-

tisch bei jeder Aufgabenstellung auf und erscheinen auch als Reaktionen auf bestimmte

Reize. Die Größe und Häufigkeit dieser Artefakte ist nicht konstant, sie verändert sich je

nach Aufgabenstellung und Population (Gratton, 1998).

Oft ist schon die Bestimmung von Blinks irreführend. Neuere Studien bestimmen folgen-

de definierende Eigenschaften für Blinks: Regelmäßiges Schließen und nachfolgendes

Öffnen des Augenlids, wobei die Dauer, die das Auge beim Blink geschlossen ist, kürzer

ist als bei anderen Augenschließungen (bis 300ms) (Kong & Wilson, 1998).

Zur Eliminierung von Augenartefakten wurden zahlreiche Korrekturverfahren ent-

wickelt. Von Gratton, Coles & Donchin (1983) bzw. Gratton & Coles (1989) liegt ein

Modell vor, bei dem die Effekte von Blinks und Augenbewegungen gewichtet und an-

schließend von den EEG-Kanälen subtrahiert werden. Dieses Modell wurde in einigen

Untersuchungen bestätigt, es gibt allerdings auch Hinweise darauf, daß vor allem an

frontopolaren Elektrodenpositionen ungenaue Berechnungen resultieren. Daher soll die-

ses Modell einer Überprüfung unterzogen werden.

Zunächst wird in Kapitel 2 dargestellt, welchen Einfluß Augenartefakte auf das EEG

ausüben und es werden verschiedene Methoden zur Augenartefakt-Korrektur vorgestellt.

Anschließend wird detailliert erklärt, wie das Modell von Gratton et al. (1983) bzw.

Gratton & Coles (1989) versucht, Augenartefakte zu eliminieren. Zusätzlich wird ein

alternatives Verfahren präsentiert, mit dem eine artefaktfreie Schätzung des Potentials

an einer bestimmten Position erfolgen soll (Schätzung der Current Source Density).

Es wurde eine Experiment durchgeführt, welches die beiden Modelle unter verschiede-

nen Gesichtspunkten prüft. Diese Untersuchung wird in Kapitel 3 vorgestellt, nachfol-

gend werden die Ergebnisse der Untersuchung präsentiert (Kapitel 4), wobei eine de-

skriptive Auswertung im Vordergrund steht und auf eine statistische Auswertung ver-

zichtet wurde. In einer abschließenden Diskussion werden schließlich weiterführende

Aspekte bezüglich der Ergebnisse erörtert (Kapitel 5).

2 Der Einfluß okularer Artefakte


Mit dem Electroencephalogramm (EEG) werden Spannungsdifferenzen zwischen jeweils

zwei Elektroden gemessen. Potentialveränderungen weisen auf elektrische Aktivität im

Gehirn hin. Können solche Potentialveränderungen nicht auf cerebrale Aktivität zurück-

geführt werden, spricht man von Artefakten. Man unterscheidet technische Artefakte, die

z. B. aufgrund von polarisierten Elektroden oder Elektrodendrifts auftreten, und biologi-

sche Artefakte, d. h. solche, die vom Körper extracranial erzeugt werden. Neben Mus-

kelpotentialen, EKG-Einstreuungen und Hautpotentialen (Schandry, 1998), spielen vor

allem okulare Artefakte, also Augenbewegungen und Lidschläge (“Blinks”), eine we-

sentliche Rolle, da ihre Potentiale diejenigen, die im Gehirn generiert werden, bei weitem

überschreiten. Während im Gehirn Potentiale bis zu 200 µV bzw. bei ereigniskorrelierten

Potentialen (EKP) unter 50 µV gemessen werden können (Birbaumer & Schmidt, 1991)

erreichen die Potentiale im Auge bis zu 800 µV (Brunia et al., 1989).

Augenartefakte kommen sehr häufig vor und treten u. a. als Folge bestimmter Reize oder

bei der Ausübung von Aufgaben auf. Sie variieren in Größe und Häufigkeit und je nach

Population oder Aufgabenstellung, was zu systematischen Veränderungen und Konfun-

dierung mit dem EEG oder EKP führen kann (Brunia et al., 1989; Gratton, 1998). So-

bald Blinks oder Augenbewegungen reizgebunden auftreten, verzerren ihre Potentiale

das gemittelte Skalp-Potential. Auch unregelmäßige Augen-Potentiale sind problema-

tisch. Sie können zwar durch die Mittelungstechnik eliminiert werden, führen jedoch zu

erhöhter Varianz (Gasser, Sroka & Möcks, 1986).

Elektrische Felder entstehen also auch im Auge; Bewegungen des Auges und des Au-

genlids führen zu Änderungen dieser Felder. Sie beeinflussen ebenso die elektrische Ak-

tivität des Skalp, da die elektrischen Augenfelder mit den Feldern, die innerhalb des

Schädels erzeugt werden, interagieren. (Gratton et al., 1983). Auch wenn sich die Pro-

pagation der Augenfelder über die Skalpelektroden verändert, verformt sich das EEG

(Gratton, 1998). Es ist daher notwendig, Augenartefakte aus dem EEG zu eliminieren.

Hierfür stehen zahlreiche Korrekturmethoden zur Verfügung, mit deren Hilfe die Verar-

beitung und Interpretation artefaktfreier Daten ermöglicht werden soll.


2.1 Die Generierung okularer Artefakte

Die elektrischen Felder des Auges lassen sich durch folgende Ansätze erklären:

1. Zwischen Cornea (am vorderen Teil des Auges) und Retina (am hinteren Teil des Au-

ges) existiert ein elektrisches Potential (Dipol), da die Cornea positiv, der hintere Teil

des Auges dagegen negativ geladen ist. Das Potential wird innerhalb des Auges er-

zeugt und strahlt aus in das umliegende Gewebe. So wird ein Potential-Feld erzeugt,

welches bis zu 1mV betragen kann und mit dem Auge rotiert. Ist bei einer Messung

das Auge geradeaus nach vorne gerichtet, sind Cornea und Retina gleich weit entfernt

von den Elektroden und die Potentialdifferenz ist konstant. Da das Electro-

oculogramm (EOG) als Veränderung bezüglich einer Baseline gemessen wird, beträgt

das EOG-Potential dann null (bei AC-Aufzeichnung). Eine Rotation des Auges bringt

die positiv geladene Cornea näher zu einer der Elektroden und entfernt die negativ

geladene Retina weiter von dieser Elektrode, so daß eine elektrische Feldänderung,

d.h. eine Potentialverschiebung erfolgt. Diese beträgt 10 µV bis 40 µV pro Grad

(Oster & Stern, 1980; Schandry, 1998).

Die Potentialverschiebung des Auges resultiert auch in elektrischer Aktivität der

Kopf-Oberfläche. Sie breitet sich über den gesamten Skalp aus und beeinflußt die O-

berflächen-Ableitung der Aktivität des Gehirns (EEG) (z. B. Gratton et al., 1983;

Oster & Stern, 1980).

Eine Verzerrung des EEG durch das EOG tritt also dann auf, wenn sich das Auge

bewegt oder wenn sich die Ausbreitung des EOG über die Skalp-Elektroden verän-

dert. Dabei betrachtet man Augenbewegungen als Kombination von Rotationen über

einem vertikalen und einem horizontalen Winkel. Vertikale Bewegungen verursachen

dabei hauptsächlich Veränderungen an der sagittalen Achse der Skalpoberfläche, hori-

zontale Bewegungen an der coronalen Achse (Gratton, 1998).

2. Blinks werden definiert als regelmäßiges Schließen und nachfolgendes Öffnen des

Augenlids. Sie führen in der EOG-Ableitung zu steilen Ausschlägen mit hoher Amp-

litude. Ihre Frequenz liegt bei ungefähr 4 Hz bis 10 Hz (Gratton & Coles, 1989). Vor

allem an frontalen Skalp-Elektroden, also in der Nähe der Augen, können Blinks die

EEG-Aufzeichnung überlagern. Im Unterschied zur Skalp-Haut, deren leitfähigen Ei-

genschaften relativ konstant ist, ist die Position der Augenlider bezüglich der Augen

nicht fixiert. Bei einem Blink bewegen sich die Augenlider über das Auge. Diese wir-


ken wie gleitende Elektroden, die ein elektrisches Feld erzeugen, welches sich über

den Schädel fortpflanzt (Barry & Jones, 1965; nach Gratton et al., 1983, S. 468). Das

Schließen eines Augenlids hat eine Erhöhung der Leitfähigkeit zwischen den Elektro-

den und dem Dipol des Augapfels zur Folge. Es kommt daher zu Spannungsänderun-

gen zwischen den Elektroden von ca. 0,5 mV (Schandry, 1998).

Die elektrischen Felder bei Augenbewegungen und Blinks unterscheiden sich, daher er-

folgt auch die Ausbreitung dieser Potentiale über dem Skalp auf verschiedene Weise:

Eine Aufwärtsbewegung des Auges führt zu ungefähr gleich großen Potentialen am Vor-

derhirn (positiv) und unter dem Auge (negativ), während bei Blinks das positive Potenti-

al am Vorderhirn größer ist als das negative Potential unter dem Auge (Overton & Shag-

ass, 1969). Bei Augenbewegungen wird außerdem die Potentialverschiebung länger auf-

rechterhalten als bei Blinks (Brunia et al., 1989). Für die Korrektur der Augenartefakte

ist es daher sinnvoll, die vertikalen und horizontalen Komponenten des EOG separat zu

schätzen sowie zwischen Blinks und Augenbewegungen zu unterscheiden (Gratton &

Coles, 1989).

Die Ausbreitung des Potentials infolge von Augenbewegungen bei offenen Augen unter-

scheidet sich von der bei geschlossenen Augen (Gasser et al., 1986), und willkürliche

Blinks haben einen anderen Einfluß auf die Ausbreitung als unwillkürliche Blinks, genau-

so unterscheiden sich Aufwärts- und Abwärtsbewegungen des Auges hinsichtlich ihrer

Ausbreitung (Elbert, Lutzenberger, Rockstroh & Birbaumer, 1985).


2.2 Überblick über Methoden der Augenartefaktkorrektur

Grundsätzlich unterscheidet man zwei Möglichkeiten, ein EEG oder EKP von Augenar-

tefakten zu befreien. Entweder man schließt diejenigen Epochen, die Augenartefakte

aufweisen, von der Datenanalyse aus oder man bedient sich mathematischer Algorith-

men, d. h. die Augenartefakte werden rechnerisch reduziert oder eliminiert.

Im übrigen hat man auch die Möglichkeit, Augenartefakte bereits während der Untersu-

chung einzuschränken, indem man die Versuchspersonen (Vpn) bittet, einen Punkt mit

den Augen zu fixieren (Brunia et al., 1989). Augenartefakte lassen sich jedoch nicht voll-

ständig vermeiden.

2.2.1 Ausschluß-Verfahren

Beim Ausschluß-Verfahren werden einzelne Trials, Meßstrecken oder Vpn, die zu viele

Augenartefakte aufweisen, eliminiert. Man bestimmt sie zunächst, indem aufgrund visu-

eller Inspektion oder anhand eines festgelegten Kriteriums diejenigen Meßstrecken aus-

gewählt werden, die eine bestimmte Amplitude (z.B. Aktivität über 50 µV ausgehend

von einer Baseline), Varianz oder Steigung überschreiten. Diese Strecken werden dann

verworfen. Diese Prozedur, die keine komplexen Rechenoperationen erfordert, wird

nach wie vor sehr häufig angewandt (z. B. Gratton, 1998).

Kommt eine subjektive Identifikation der Artefakte aufgrund visueller Inspektion zur

Anwendung, bleibt die Gefahr bestehen, daß teilweise artefakt-befallene Meßstrecken

angenommen werden (Brunia et al., 1989). Eine zum Teil automatisierte Unterstützung

ist bei der Bestimmung der Artefakte möglich. Die Festlegung des Kriteriums für Arte-

fakte muß sorgfältig abgewägt werden. Es muß so beschaffen sein, daß zu großer Daten-

verlust vermieden wird, jedoch trotzdem alle artefakt-befallenen Epochen eliminiert wer-

den. Insbesondere bei Augenbewegungen ist die Wahl eines solchen Kriteriums proble-

matisch, dagegen kann die Methode zur Eliminierung von Blinks eher zur Anwendung

kommen (Gasser et al., 1986). Unmöglich ist die Ausschluß-Methode dann, wenn Au-

genbewegungen oder Lidschluß Teil der experimentellen Aufgabe sind. Soll beispielswei-

se ein sich bewegendes Objekt mit den Augen auf dem Bildschirm verfolgt werden oder

ist der Blink-Reflex Gegenstand der Untersuchung, können Unregelmäßigkeiten im EOG

nicht als Augenartefakte definiert werden. Es müssen rechnerische Methoden zur An-

wendung kommen (Brunia et al., 1989; Gratton, 1998).

Eine weitere Einschränkung ergibt sich, wenn die verschiedenen experimentellen Bedin-

gungen oder Vpn-Populationen unterschiedliche Augenbewegungs- oder Blink- Ge-


wohnheiten (z. B. Blink-Häufigkeiten o. ä.) mit sich bringen, da dann diejenigen Prozesse

beeinflußt werden, die untersucht werden sollen. Treten Augenbewegungen in Abhän-

gigkeit von psychologischen Prozessen auf, wie dies z. B. bei Aufmerksamkeitsprozessen

oder Ermüdung der Fall ist (Brunia et al., 1989), bestünden die artefakt-freien Meßstre-

cken hauptsächlich aus unrepräsentativen Trials. Genauso wären bei einer Untersuchung,

bei der die Augenaktivität Teil des Experimentes ist, gerade die artefakt-freien Epochen

nicht von Bedeutung. Außerdem kann es bei bestimmten Vpn-Gruppen zu übermäßigem

Datenverlust bei Anwendung der Ausschluß-Methode kommen. Insbesondere Kinder

sowie psychiatrische bzw. neurologische Patienten tendieren dazu, häufiger zu blinzeln

und Augenbewegungen zu vermeiden (Gratton et al., 1983, Gratton, 1998).

Oft ist die Anwendung des Ausschluß-Verfahrens mit der Instruktion kombiniert, Au-

genbewegungen und Blinks möglichst zu vermeiden. Diese Instruktion stellt in den

meisten Fällen eine zusätzliche Aufgabe dar (“additional task” bzw. “secondary task”),

die aus experimenteller Aufgabe sowie Selbstkontrolle der Augenaktivität besteht. Sie

kann unabhängig von der eigentlichen Untersuchung zu unterschiedlichen Effekten bei

verschiedenen Populationen führen (Croft & Barry, 1998 (1)) und stört möglicherweise

diejenigen Prozesse im Gehirn, die Gegenstand der Untersuchung sind (Brunia et al.

1989; Gratton, 1998). Verleger (1991; nach Gratton, 1998, S. 46) konnte nachweisen,

daß diese zweite Aufgabe eine Amplituden-Veränderung bei evozierten Potentialen (z. B.

N1, P3) mit sich bringt. Außerdem berichten Berg & Davies (1988) von Bereitschafts-

potentialen vor willkürlichen Sakkaden und Blinks, welche evtl. vor bzw. nach der Re-

aktion auftreten können und noch innerhalb der interessierenden Meßstrecke liegen.

2.2.2 Rechnerische Modelle

2.2.2.1 Beschreibung der Regressions-Methoden

Die Modelle der Augenartefakt-Korrektur mit Hilfe von rechnerischen Methoden versu-

chen, den Datenverlust, der aus der Eliminierung von Meßstrecken resultiert, zu vermei-

den. Man geht dabei von einer linearen Addition der Gehirn-Aktivität und der Augenar-

tefakte aus (Regressions-Modelle): Das gemessene EEG (EEGg) setzt sich demnach zu-

sammen aus dem wahren, nicht meßbaren EEG (EEGw) und den Effekten der horizonta-

len und vertikalen EOG-Artefakte an diesen Elektroden (hEOG bzw. vEOG). Das Mo-

dell läßt sich also durch folgende Parameter charakterisieren:


EEGg = EEGw + hEOG + vEOG

Nach diesem Modell ist das wahre EEG an einer bestimmten Elektrodenposition schätz-

bar durch eine Subtraktion der horizontalen und vertikalen Augenpotentiale vom gemes-

senen EEG. Dabei müssen die EOG-Potentiale gewichtet werden, da sich das EOG-

Signal nicht gleichmäßig über den Skalp fortpflanzt. Es wird daher ein separater Propa-

gationsfaktor für jede Elektrodenposition gesucht, mit dem das EOG-Signal vor der

Subtraktion multipliziert wird. Die unterschiedlichen rechnerischen Verfahren zur Au-

genartefakt-Korrektur unterscheiden sich vor allem hinsichtlich dieser Schätzung der

Propagationsfaktoren. Generell nehmen diese Faktoren als Funktion der Entfernung vom

Auge ab, d. h. an frontopolaren bzw. frontalen Skalpelektroden sind sie größer als an

parietalen oder occipitalen, da die Augenartefakte auf die vorderen Skalpelektroden ei-

nen größeren Einfluß ausüben. Eine Abweichung dieses Prinzips ergibt sich, wenn sich

die Richtung der Augenbewegung ändert: Die Midline-Elektroden werden eher von ver-

tikalen, laterale Elektroden stärker von horizontalen Augenbewegungen beeinflußt

(Gratton, 1998).

Dieses Modell setzt voraus, daß der Effekt von Augenbewegungen auf verschiedene

Elektrodenpaare linear ist. D. h. das Verhältnis der Potentialveränderung durch hori-

zontale und vertikale Augenbewegungen bzw. durch Blinks sollte bei verschiedenen E-

lektrodenpaaren konstant sein. Diese Linearitäts-Annahme konnte in zahlreichen Unter-

suchungen für horizontale und für vertikale Abwärts-Augenbewegungen nachgewiesen

werden (z. B. Corby & Kopell, 1972; Overton & Shagass, 1969). Eine geringe Abwei-

chung der Linearität wurde für vertikale Aufwärts-Augenbewegungen gefunden. Ver-

mutlich spielt hier die gleichzeitige Augenlid-Bewegung eine Rolle (Hillyard & Galam-

bos, 1972). Außerdem ist das Verhältnis dieser Effekte okularer Artefakte auf verschie-

dene Elektrodenpaare auch nur dann konstant, wenn Augenbewegungen bzw. Blinks bei

beiden Augen gleichartig sind, d. h. keine Konvergenz bzw. Divergenz vorliegt. Beide

Augen werden also jeweils mit dem selben Faktor gewichtet; leistet ein Auge einen ande-

ren Beitrag zum Gesamtergebnis als das andere, ist die Linearitäts-Annahme verletzt.

Ein Problem der Regressions-Modelle liegt darin, daß das korrigierte EEG aufgrund des

mathematischen Modells zwangsläufig unkorreliert ist mit dem EOG. Dies widerspricht

jedoch der Annahme, daß an den EOG-Kanälen immer auch Gehirn-Aktivität sowie an-

dere Potentiale, wie z. B. Hautpotentiale und Muskelartefakte vorhanden sind (Möcks,


Gasser & Sroka, 1989; van den Berg-Lenssen & Brunia, 1989). Im Allgemeinen geht

man jedoch davon aus, daß diese Abweichungen vernachlässigt werden können.

2.2.2.2 Unterscheidung der rechnerischen Modelle

Rechnerische Modelle können nach den im Folgenden aufgeführten Kriterien unterschie-

den werden:

Zunächst unterscheidet man on-line- und off-line-Korrekturen. Bei off-line Methoden (z.

B. Modelle von Verleger, Gasser & Möcks, 1982; Gratton et al., 1983; Jervis, Ifeachor

& Coelho, 1989; Elbert et al., 1985; Berg & Scherg, 1994) erfolgt die Augenartefaktkor-

rektur nach der Beendigung der Messung. Es konnte nachgewiesen werden, daß diese

reliabler sind als on-line Korrekturen (Gratton, 1998). Die on-line Technik (z. B. bei

Girton & Kamiya, 1973; Hillyard & Galambos, 1972), d. h. die Korrektur während der

Messung, hat den Vorteil, daß artefakt-behaftete Meß-Epochen, die nicht zur weiteren

Datenanalyse benutzt und daher eliminiert werden, im Anschluß an die regulären Meß-

durchgänge wiederholt werden können, so daß zu großer Datenverlust vermieden wird.

Dies setzt allerdings voraus, daß die Wiederholung dieser Epochen keine zusätzlichen

Konsequenzen mit sich bringt. On-line Korrekturen haben den Nachteil, daß vor der

Messung eine prä-experimentelle Eichung stattfinden muß. Dabei werden die Vpn gebe-

ten, die Augen zu bewegen; die so erhaltenen Effekte dienen als Schätzung der Propaga-

tionsfaktoren. Records (1979; nach Gratton et al., 1983, S. 469) fand allerdings, daß sich

die elektrischen Felder bei willkürlichen Augenbewegungen (in der Kalibra-tionsphase)

und unwillkürlichen Augenbewegungen (in der experimentellen Phase) unterscheiden und

die Propagationsfaktoren daher über- bzw. unterschätzt werden. Eine andere Möglich-

keit besteht darin, die Eichstichprobe unter identischen experimentellen Bedingungen zu

erheben. Jedoch findet sich dann auch EKP-Aktivität in den Kalibra-tions-Trials. (Grat-

ton et al., 1983; Gratton, 1998).

Als nächstes unterscheidet man Korrekturen in der Time Domain (z. B. Modelle von

Elbert et al., 1985; Gratton et al., 1983; Verleger et al., 1982; Berg & Scherg, 1994) von

Korrekturen in der Frequency Domain (z. B. Modelle von Gasser et al., 1986; van Driel,

Woestenburg & van Blokland-Vogelesang, 1989). Beim “Time Domain Approach

(TDA)” geht man von der Annahme aus, daß alle Frequenzen der EOG-Aktivität gleich-

mäßig auf die Skalp-Elektroden übertragen werden (“assumption of constant gain func-


tion”). Dies bedeutet, daß die Ausbreitung der EOG-Potentiale unabhängig von der Fre-

quenz auftritt und die Gewichtungsfaktoren für alle Frequenzen des EOG-Spektrums

daher konstant sind. Folglich wird ein EOG-Potential an jeder Spektral-Frequenz mit

dem selben Propagationskoeffizenten auf das EEG übertragen. Außerdem gehen diese

Modelle in der Regel davon aus, daß sich ein EOG-Potential unmittelbar von den Augen

auf den Skalp ausbreitet, d. h. eine mögliche zeitliche Verzögerung zwischen dem EOG

und dem Artefakt im EEG wird vernachlässigt. Diese Annahme erlaubt eine Berechnung

der Gewichtungsfaktoren durch lineare Regressions-Methoden. Ein bestimmter Anteil

der EOG-Amplitude kann also vom EEG subtrahiert werden (z. B. Gasser et al., 1986;

Möcks et al., 1989).

Im Gegensatz dazu geht man beim “Frequency Domain Approach (FDA)” von einer

Filterwirkung des Kopfes aus. Die Ausbreitung eines EOG-Signals über dem Skalp findet

demnach verzögert statt, außerdem ist die Ausbreitung der elektrischen Aktivität abhän-

gig von der Frequenz. Gasser (1985; nach Gasser et al., 1986, S. 705) konnte diese Ab-

hängigkeit bei der Übertragung der EOG-Aktivität auf EEG-Ableitungen nachweisen,

und zeigte, daß sich dies bei Blinks und Augenbewegungen unterschiedlich auswirkt. Die

divergierende Leitfähigkeit für die EOG-Aktivität spricht ebenfalls gegen einen konstan-

ten Gewichtungsfaktor für verschiedene EOG-Frequenzen. Durch Augenartefakte erhöht

sich das Power-Spektrum im Ruhe-EEG vor allem bei langsamen Delta- und Theta-

Bändern, insbesondere bei frontalen Ableitungen. Das Ausmaß eines frequenz-

abhängigen EOG-EEG-Transfers ist mit Hilfe einer Spektral-Analyse bestimmbar. Dabei

werden das EOG und das EEG kreuz-korreliert, und zwar für jedes Frequenzband sepa-

rat. Anschließend wird durch die EOG-Power dividiert. Bei Blink-Korrekturen belaufen

sich die Reduktionen im frontalen Bereich auf bis zu 50% im Delta-Band und bis zu 30%

im Theta-Band (Gratton, 1998).

Korrekturen in der Frequency Domain beinhalten also keine Berechnung eines Propaga-

tionsfaktors. Statt dessen wird eine Transfer-Funktion aus den aufgezeichneten Daten

geschätzt, die die Übertragung der EOG-Signale auf das EEG beschreibt (Möcks et al.,

1989; van den Berg-Lenssen & Brunia, 1989).

Ein Vergleich der beiden Korrektur-Ansätze läßt insbesondere in einem Punkt eine ge-

ringfügige Überlegenheit der Frequency Domain-Korrektur erkennen: Zwar sind sich die

Ergebnisse beider Korrektur-Methoden sehr ähnlich: das EEG wird bei großen EOG-

Potentialen korrigiert und bleibt bei kleinen EOG-Veränderungen fast unverändert, au-


ßerdem sind sowohl die Frequenzbänder als auch die Topographie nach beiden Korrek-

tur-Verfahren nahezu identisch. Die Unterlegenheit des TDA zeigt sich bei sehr langsa-

men Frequenz-Komponenten im Sub-Delta-Band durch eine zu starke “Glättung“ des

EEG. Dies führt bei langsamen Potential-Drifts während längerer Meß-Epochen zu Un-

genauigkeiten bei der Augenartefaktkorrektur (Gratton, 1998). Ein weiterer Vorteil des

FDA ist, daß die Unterscheidung zwischen Blinks und Augenbewegungen zuverlässiger

ist. Während die Bestimmung von Blinks bei Time Domain Korrekturen auf subjektiven

Urteilen beruht oder ein Amplituden-cutoff herangezogen wird, wird die Unterscheidung

bei Frequency Domain Korrekturen anhand der unterschiedlichen Frequenzspektren

durchgeführt (Blink: 800 µV pro 100 ms, Augenbewegung: 80 µV bis 400 µV pro 100

ms; Tursky, 1974; nach van Driel et al, 1989, S. 30). Nachteilig ist beim FDA, abgesehen

von dem Modell von Gasser et al. (1986), daß Frequency Domain Techniken nicht zwi-

schen synchroner und asynchroner Aktivität unterscheiden können. Dies führt oft zu Un-

genauigkeiten infolge von Scheinkorrelationen zwischen EOG und EEG, da eine hoch-

frequente EEG-Aktivität mit niedrigen Amplituden das Power-Spektrum des EOG ver-

zerren kann (Gratton, 1998). Außerdem sind Korrekturen in der Frequency Domain

dann problematisch, wenn nur kurze Meßstrecken aufgezeichnet werden. Niedrigfre-

quente Aktivität ist dann möglicherweise unterrepräsentiert, was zu unreliablen Ergebnis-

sen führen kann. Zudem ist die Korrektur in der FDA relativ aufwendig (Gratton & Co-

les, 1989).

Einige frühere Modelle haben den Nachteil, daß sie nicht in der Lage sind, zwischen

Blinks und Augenbewegungen zu differenzieren (z. B. Modell von Verleger et al., 1982).

Dahingehend unterscheiden sich solche Modelle, die separate Korrekturfaktoren für

Blinks und Augenbewegungen berechnen (z. B. Modell von Gratton et al., 1983; Gasser

et al., 1986). Overton und Shagass (1969) konnten zeigen, daß sich die elektrischen Fel-

der, die von Blinks erzeugt werden, von denen bei Augenbewegungen unterscheiden.

Obwohl sowohl Blinks als auch Augenbewegungen Einfluß auf den Dipol aufweisen,

findet man bei Blinks enorme Augenlid-Aktivität mit charakteristischen Feldern.

Die rechnerischen Verfahren unterscheiden sich zudem in der Anzahl der bipolaren EOG-

Ableitungen. In dieser Hinsicht lassen sie sich einteilen in einfache (z. B. Modelle von

Gratton et al., 1983; Verleger et al., 1982) und multiple (z. B. Gratton & Coles, 1989;


Jervis et al., 1989; Elbert et al., 1985) Regressions-Modelle. Einfache Regres-sions-

Modelle schätzen lediglich die vertikale Komponente des EOG. Bei multiplen Modellen

werden zwei Paare bipolarer Ableitungen, im Canthus jedes Auges für die horizontale

bzw. über und unter einem Auge für die vertikale Ableitung, herangezogen. Sie lassen

sich erweitern, indem mehrere horizontale oder vertikale Ableitungen zur Anwendung

kommen. Beispielsweise wird im Korrekturverfahren von Jervis et al. (1989) ein zusätz-

licher horizontaler Kanal herangezogen, d. h. man verzichtet auf eine binokulare Ablei-

tung zugunsten zweier monokularer Ableitungen und erhält so für jedes Auge jeweils

eine horizontale Ableitung. Genauso können bei der vertikalen Ableitung beide Augen

mit separaten Kanälen versehen werden.

Der Vorteil erweiterter multipler Modelle besteht darin, daß die Effekte von Vergenz-

bewegungen erfaßt werden können, da die beiden Augen verschiedene Gewichtungsfak-

toren erhalten. So kann das Fixieren von Objekten (konvergente Bewegungen) bzw. das

Blicken in die Ferne (divergente Bewegungen) zusätzlich berücksichtigt werden

(Schandry, 1998). Außerdem können auch radiale Komponenten bei der Berechnung der

Propagationsfaktoren einbezogen werden (REOG). Wie Elbert et al. herausfanden, kann

das REOG unabhängig von den anderen Komponenten bei bestimmten Augenbewegun-

gen zusätzliche Artefakte ermitteln (Elbert et al., 1985; Lutzenberger, Elbert, Rockstroh

& Birbaumer, 1985).

Möcks et al. (1989) weisen darauf hin, daß die Anzahl der Augenelektroden genau ein-

geschätzt werden sollte. Zwar ist es wichtig, möglichst viele unterschiedliche Effekte von

Augenartefakten zu berücksichtigen, jedoch können zu viele Augenkanäle zu Problemen

bei der statistischen Auswertung führen. Sie schlagen vor, für übliche EEG-Messungen

zumindest einen vertikalen und einen horizontalen Kanal abzuleiten.

Ergänzend legen einzelne Forschergruppen Modelle vor, deren Grundlagen auf weiteren,

z. T. abweichenden Annahmen beruhen:

Das Verfahren von van den Berg-Lenssen & Brunia (1989) beruht auf einem autoregres-

siven Modell der Gehirnaktivität. Die Gewichtungsfaktoren, die die Ausbreitung zwi-

schen den Augenkanälen und den Skalp-Kanälen beschreiben, werden durch eine Maxi-

mum Likelihood Methode bestimmt. Das Modell hat den Vorteil, daß die zeitliche Ver-

zögerung eines Signals von den EOG- zu den EEG-Elektroden aufgrund der Ausbreitung


des Artefaktes über den Skalp berücksichtigt werden kann. Zusätzlich kann mit Hilfe

eines Goodness-of-Fit-Testes die adäquate Anzahl der EOG-Kanäle abgeschätzt werden.

Berg & Scherg (1991, 1994) entwickelten Techniken, die von Modellen des Gehirns

beim Auftreten von Augenartefakten ausgehen. Sie kritisieren an Regressions-Modellen,

daß bei der Subtraktion der gewichteten Augenartefakte vom EEG auch ein gewisser

Anteil der EEG-Aktivität abgezogen wird, also elektrische Aktivität, die sich vom Gehirn

auf die Augenelektroden fortpflanzt.

Zum einen legen sie ein Dipol-Modell vor, welches in der Lage ist, den Einfluß der Aug-

apfel-Dipole auf die Oberflächen-Ableitungen abzuschätzen (Berg & Scherg, 1991). Ein

anderes Modell beschreibt die Topographie der elektrischen Aktivität, die von Augenar-

tefakten ausgeht. Es wird dabei berücksichtigt, daß sowohl an Skalp- als auch an Augen-

Elektroden sowohl Hirn- als auch Augenaktivität gemessen wird. Insofern ist das Modell

in der Lage, überlappende EEG- und EOG- Aktivität zu unterscheiden. Zusätzlich kön-

nen die Einflüsse von Blinks und Augenbewegungen sowie von Aufwärts- und Abwärts-

bewegungen unterschieden werden. Eine Vergleichsstudie zeigte, daß dieses Modell vor

allem für frontale Elektrodenpositionen den Regressionsmodellen überlegen ist (Berg &

Scherg, 1994). Allerdings sind komplexe, aufwendige Berechnungen notwendig; außer-

dem werden Annahmen über die Ausbreitung der elektrischen Potentiale über dem Skalp

zugrundegelegt, die nicht verifizerbar sind (Gratton, 1998).

Croft & Barry (1998 (1) und (2)) beschreiben eine Methode, bei der für sämtliche Au-

genbewegungen (Blinks, Sakkaden) nur ein Propagationsfaktor zugrundegelegt wird. Sie

konnten anhand von simulierten Daten zeigen, daß ein korrekter Propagationsfaktor

dann berechnet werden kann, wenn das Verhältnis zwischen EOG- und jeweils einer

EEG-Elektrode ausreichend groß ist. Bei ihrer sog. AAA-Methode (“aligned-artifact

averages”) werden Averages auf Grundlage von bestimmten Augenbewegungen gebil-

det. Der Transformationskoeffizient Β wird aus diesen Averages berechnet, die, anders

als ereigniskorrelierte Potentiale, nicht an ein bestimmtes Ereignis gebunden sind, son-

dern an bestimmte Merkmale im Augenkanal (z. B. das Blink-Maximum). Durch die

Mittelung werden sämtliche Potentiale eliminiert außer denjenigen, die durch die Augen-

bewegungen zustandekommen sowie neuronale Potentiale, die mit den Augenbewegun-

gen in Zusammenhang stehen.

Darüberhinaus beschreiben Sadavisan & Dunn (1994, 1996; nach Gratton, 1998, S. 47)

Modelle, die auf neuronalen Netzwerken und einer adaptiven Filter-Theorie beruhen.


Diese haben den Vorteil, daß keine Linearität zwischen EOG-Kanälen und den Artefak-

ten in den EEG-Kanälen vorausgesetzt wird.

Ein Vergleich der verschiedenen Augenkorrektur-Techniken führt nicht zu einer Ent-

scheidung zugunsten eines bestimmten Modells. Ein Problem bei der Bestimmung des

“besten” Modells ist die Auswahl eines geeigneten Kriteriums. Da das “wahre” EEG

unbekannt ist, kann kein Vergleich mit tatsächlichen Daten stattfinden. Verschiedene

Experten (z. B. Berg & Davies, 1988; O´Toole & Iacono, 1987) schlagen vor, die Re-

duktion der EEG-Varianz nach erfolgter Korrektur als Kriterium heranzuziehen. Jedoch

beruht diese Vorgehensweise auf der Annahme, daß die Korrekturverfahren lediglich

extracraniale Aktivität eliminieren. Diese Annahme kann nicht endgültig nachgeprüft

werden (Gratton & Coles, 1989).


2.3 Das Modell von Gratton et al. (1983) bzw. Gratton & Coles (1989)

Die Eye Movement Correction Procedure (EMCP) von Gratton et al. (1983) ist ein line-

ares Regressions-Modell und gründet auf dem Time Domain Aproach (TDA). Die Au-

genkorrektur erfolgt nach der Aufzeichnung (off-line Prozedur). Diese Methode kann

standardisiert verwendet werden. Sie ist auch in einem Software-Programm zur EEG-

Auswertung implementiert (Brain Vision Analyzer Version 1.02, ©Brain Products 1998-

99). Man hat dabei die Möglichkeit, die Augenkorrektur vollautomatisch durchzuführen

oder halbautomatisch, wobei jede artefakt-befallene Meßstrecke angezeigt wird, und man

entscheidet, ob die betreffende Strecke korrigiert werden soll.

Im Gegensatz zu einigen anderen Regressions-Modellen und dem Ausschluß-Verfahren

hat die EMCP im wesentlichen drei Vorteile.

Erstens sind keine prä-experimentellen Eichstichproben notwendig. Die Schätzung des

Propagationsfaktors wird mit Daten aus den experimentellen Sitzungen durchgeführt.

Zweitens unterscheidet diese Prozedur zwischen Blinks und Augenbewegungen. Es wer-

den jeweils separate Korrektur-Faktoren berechnet.

Drittens werden die Propagationsfaktoren nach der Subtraktion der ereigniskorrelierten

Aktivität berechnet. Ereigniskorrelierte Effekte, die sowohl im EEG als auch im EOG

auftreten, werden also korrekt eingeschätzt. Eine Schätzung ohne Subtraktion der ereig-

niskorrelierten Aktivität hätte eine Überschätzung der Propagationsfaktoren zur Folge.

Die Korrektur mittels EMCP erfolgt in mehreren Schritten:

In jeder Bedingung wird zunächst ein Mittelwert über alle Durchgänge (Trials) gebildet,

separat für jeden Elektrodenkanal. Dadurch erhält man eine Schätzung der ereigniskorre-

lierten Varianz in den EEG- und EOG-Kanälen.

Nach Abzug dieses Mittelwertes von den jeweiligen Einzel-Durchgängen wird eine arte-

fakt-freie Baseline als Mittelwert aller Zeitpunkte einer Epoche gebildet, welche subtra-

hiert wird. Man erhält dadurch für jeden Durchgang eine kanalabhängige Schätzung der

elektrischen Aktivität, die nicht ereigniskorreliert ist.

Zur Berechnung der Korrekturfaktoren wird anschließend eine lineare Regression durch-

geführt, in der die EEG-Daten als abhängige Variable und die EOG-Daten als unabhän-

gige Variable fungieren. Diese Berechnung erfolgt für Blinks und Augenbewegungen

getrennt, indem zunächst mit Hilfe eines Kriterium (Werte, die eine bestimmte Potential-

veränderung überschreiten) die Blinkstrecken isoliert werden und für diese ein Korrek-


turfaktor berechnet wird. Genauso wird ein weiterer Faktor für die restlichen Daten nach

dieser Blink-Korrektur berechnet. Die Propagationsfaktoren werden also aufgrund von

nicht-ereigniskorrelierter Aktivität bestimmt.

Im nächsten Schritt werden die Rohdaten korrigiert, indem die EOG-Werte, die mit dem

Korrekturfaktor gewichtet werden, vom EEG subtrahiert werden. Anschließend werden

die Daten gemittelt, um korrigierte ereigniskorrelierte Potentiale zu erhalten (Gratton et

al. 1983).

Dieses Modell wurde zu einem multiplen Regressionsmodell erweitert, welches sowohl

Auf- und Abwärtsbewegungen als auch seitliche Augenbewegungen berücksichtigt. Es

dient dann jeweils ein vertikaler und ein horizontaler EOG-Kanal als Prädiktor für die

Augenartefakte. In der Topographie verringert sich der absolute Wert der vertikalen und

horizontalen Propagationsfaktoren üblicherweise monoton von anterioren zu posterioren

Elektrodenpositionen. Vertikale Propagationsfaktoren sind ungefähr symetrisch; hori-

zontale Korrekturfaktoren haben ähnliche Absolutwerte mit unterschiedlichen Vorzei-

chen für die rechte bzw. linke Seite; bei Elektroden auf der Mittellinie heben sich die

Werte daher weitgehend auf (Gratton & Coles, 1989).

Die Autoren konnten ihr Modell in zahlreichen Studien bestätigen. In einer Testserie zur

Prüfung der Validität des Modells verglichen sie die Ergebnisse der EMCP in einem

EKP-Experiment einerseits mit unkorrigierten, andererseits mit zufällig korrigierten Da-

tensätzen, welchen zufällige Propagationsfaktoren (Zahlen zwischen -1 und +1 aus einer

rechtwinkligen Verteilung) zugrundelagen. Als Kriterium wurde ein Abweichungsmaß

herangezogen, welches die Differenz zwischen dem zu bewertenden EKP und dem wah-

rem EKP (ermittelt nach dem traditionellen Ausschluß-Verfahren) beschreibt, wobei eine

geringere Differenz ein Urteil zugunsten des Modells bedeutet. Die Abweichungen von

EMCP-korrigierten EKPs waren in der Studie durchgehend kleiner als von unkorrigier-

ten EKPs und nur in Ausnahmefällen schnitten zufällig korrigierte EKPs besser ab.

Bei einer weiteren Testserie wurde die Reduktion der Varianz als Validitäts-Kriterium

herangezogen. Man ging davon aus, daß das Korrektur-Verfahren die Varianz zwischen

verschiedenen ereigniskorrelierten Potentialen bzw. zwischen den Durchgängen in einer

Epoche reduzieren sollte, da ein Teil der Varianz auf Augenbewegungen zurückgeht.

Dabei sollten sich korrigierte EKPs derselben Versuchsperson (Vp) bzw. derselben Be-

dingung ähnlicher sein als unkorrigierte, wenn korrigierte EKPs dem “wahren” ERP ent-


sprechen. Diese Annahme konnte durchweg bestätigt werden. Außerdem wurde geprüft,

ob sich die Gesamt-Varianz zu jedem Meßzeitpunkt der Durchgänge durch die EMCP

reduziert. Auch dies konnte in 99% der Fälle nachgewiesen werden.

Zur Prüfung der Reliabilität wurden die Propagationsfaktoren zweier gleichartiger expe-

rimenteller Sitzungen korreliert. Die Retest-Reliabilität wurde mit r=0.97 für Blinks und

r=0.91 für Sakkaden ebenfalls bestätigt.

Eine weitere Untersuchung sollte das Korrekturverfahren bei ereigniskorrelierten Blinks

evaluieren. In einer visuellen Erinnerungs-Aufgabe zeigte der VEOG-Kanal konsistente

Aktivität ca. 150 ms nach Reizbeginn, welche zum Teil synchron mit der EKP-Aktivität

auftrat. Eine Korrektur mit der EMCP ergab, daß die Kurve an der frontalen Elektrode

eine geringere Amplitude aufwies und etwas früher zur Baseline zurückkehrte. Die bei-

den Kurvenverläufe zeigten nach der Korrektur keine Synchronität mehr. Auch diese

Ergebnisse sprechen für das Modell (Gratton et al., 1983).

Bei einem Vergleich verschiedener Korrektur-Methoden zog Berg (1986) ein anderes

Kriterium heran. Er definierte ein Residuum als Restsignal nach der Mittelung des korri-

gierten EEG, welches zeitgebunden zum Blink-Maximum auftritt. Taucht dieses Resi-

duum proportional zum gemittelten EOG auf, kann man davon ausgehen, daß der

zugrundeliegende Propagationsfaktor für die Augenartefaktkorrektur ungeeignet ist. Mit

Hilfe dieses Kriteriums kann zusätzlich eingeschätzt werden, welches Ausmaß die arte-

fakt-bedingte Kontaminierung der EEG-Kanäle annimmt. Obwohl die Auswertung zeig-

te, daß alle getesteten Verfahren ähnliche Propagationskoeffizienten berechnen, unter-

schieden sich die Reliabilitäts-Koeffizienten (Split-Half-Reliabilität). Dabei schnitt die

Methode von Gratton et al. (1983) vor allem an der Elektrodenposition Pz schlechter ab

als die “Median-Methode”, die die Koeffizienten in den einzelnen Epochen berechnet und

danach einen Median über alle Epochen als Propagationsfaktor zugrundelegt (Methode

von Gratton et al.: r=.522; Median Methode: r=.890). An den übrigen Elektrodenpositi-

onen sind die Unterschiede weniger ausgeprägt (Fz: Gratton et al.: r=.936; Median Me-

thode: r=.965; Cz: Gratton et al.: r=.767; Median Methode: r=.864).

Zudem wurden Blink Time-locked Averages (BTA) verglichen. Diese erhält man, indem

die Maxima der auftretenden Blinks im EOG und EEG gemittelt werden. Die so berech-

neten Werte sind bezüglich Blinks zeitgebunden, nicht bezüglich Reizen wie dies beim

EKP der Fall ist. Die Auswertung der BTA zeigt, daß die Methode von Gratton et al.


(1983) bei einzelnen Vpn die Propagationsfaktoren ungenau berechnet; in den EEG-

Kurvenverläufen sind nach der Korrektur noch Blink-Formen erkennbar. Vor allem bei

den Elektrodenpositionen Cz und Pz wird deutlich, daß die Propagationsfaktoren zu

groß waren, d. h. es erfolgte eine Überkorrektur an diesen Positionen (Berg, 1986).

Lutzenberger & Elbert (1989) weisen darauf hin, daß die EMCP auf der Annahme be-

ruht, daß die Reaktion auf Stimuli bei EKPs konstant sind. Sind die Reaktionsmuster

jedoch instabil, muß ein Anstieg der Varianz befürchtet werden.


2.4 Alternative: Eliminierung von Augenartefakten mit Hilfe der Schätzung der

Current Source Densitiy (CSD)

Den in den Kapiteln 2.2 und 2.3 beschriebenen Artefaktkorrekturverfahren liegen mono-

polaren Ableitungen zugrunde. D. h. es werden Potentialdifferenzen zwischen zwei E-

lektroden gemessen, wobei eine Elektrode die Zielelektrode, die andere die Referenz-

elektrode darstellt. Als Referenz dient eine Position, von der man annimmt, daß sie e-

lektrisch inaktiv ist. Die entsprechende Elektrode sollte so weit vom Skalp entfernt plat-

ziert sein, daß Aufzeichnungen von Hirnströmen damit ausgeschlossen werden können.

Als inaktive Referenz werden z. B. Mastoiden, Ohrläppchen o. ä. verwendet. Die An-

nahme der elektrischen Inaktivität ist jedoch problematisch: Nunez (1981; nach Hage-

mann, 1999, S. 45) konnte zeigen, daß die Inaktivität einer Elektrodenposition physika-

lisch nicht nachweisbar ist und es scheint zudem kaum möglich, mit einer Elektrode eine

Ableitung mit einem absoluten Nullpotential zu erhalten.

Eine Alternative dazu stellt möglicherweise ein Verfahren von Hjorth (1975) dar, wel-

ches nicht Potentialdifferenzen zu einer Referenz ermittelt, sondern absolute Potentiale

an einer bestimmten Position: Mit Hilfe einer Schätzung der Current Source Density

(CSD; Quellenableitung) hat man die Möglichkeit, unabhängig von einer Referenz-

elektrode das Potential an einer Position zu einem beliebigen Zeitpunkt zu berechnen.

Dieses Verfahren geht von einem dreidimensionalen Modell aus, in welchem der Skalp

als Fläche, also als zweidimensionales Gebilde mit den Koordinaten x und y aufgefaßt

wird. Als dritte Dimension dient die elektrische Feldstärke (Φ). Werden zu einem belie-

bigen Zeitpunkt für alle Positionen x und y entsprechende elektrische Feldstärken Φ be-

stimmt, entsteht eine dreidimensionale Potentialmembran, die in Abbildung 2.1 veran-

schaulicht wird. Ein konvexer Hügel stellt dabei Positionen dar, an denen positive La-

dung aus dem Schädel austritt (“Quelle”) ein konkaves Tal dagegen Positionen, an denen

positive Ladung in den Schädel eintritt (“Senke”). Diese vertikalen Potentiale unterschei-

den sich von den tangentialen Potentialen, die entlang des Schädels propagieren. Solche

Positionen, an denen keine elektrische Feldstärke vorhanden ist (Φ = 0), also an denen

positive Ladung weder aus dem Schädel austritt, noch in den Schädel eintritt, sind als

Wendepunkte dargestellt. Diese sind aus der 2. Ableitung einer Funktion Φxy bere-

chenbar.


Weicht an einer Position die Feldstärke Φ von 0 ab, ist diese Größe definiert als ΦQuelle.

Sie stellt den absoluten Wert an einer bestimmten Position dar (Hagemann, 1999; Hjorth,

1975).

Da dieser Wert mit dem EEG nicht konkret meßbar ist, bedient man sich eines Diffe-

renzoperators, mit dessen Hilfe eine Schätzung des absoluten Wertes ΦQuelle ermöglicht

wird. Dieser sog. “5-Punkt-Operator” besteht aus zwei senkrecht aufeinanderliegenden

Strecken, deren Mittelpunkt die Zielposition 0 und deren Streckenenden die Umge-

bungspositionen 1, 2, 3 und 4 darstellen (s. Abbildung 2.2).

1 2

3 4

0

Bei der Verwendung dieses Operators sind 3 Voraussetzungen zu beachten:

1. Die Achsen müssen senkrecht aufeinanderliegen.

2. Die Umgebungspositionen müssen im gleichen Abstand von der Zielposition sein.

3. Die Schätzungen gehen von einem zweidimensionalen Modell des Skalp aus.

Abbildung 2.1: dreidimensionale Potentialmemb-

ran zu einem beliebigen Zeitpunkt; die Koordina-

ten x und y bezeichnen den zweidimensionalen

Skalp, die Koordinate Φ die elektrische Feldstär-

ke; nach Hjorth (1975)

Abbildung 2.2: 5-Punkt-Operator, Erläuterungen siehe

Text


Sind diese Voraussetzungen erfüllt, kann man zeigen, daß folgendes Verhältnis gilt:

ΦQuelle = (Φ0 Φ1) + (Φ0 Φ2) + (Φ0 Φ3) + (Φ0 Φ4),

wobei der Pfeil “abgeleitet gegen” bedeutet. Soll das Verhältnis mit Hilfe von Differen-

zen ausgedrückt werden, so erhält man die Gleichung

ΦQuelle = (Φ0 - Φ1) + (Φ0 - Φ2) + (Φ0 - Φ3) + (Φ0 - Φ4),

wobei Φ0, Φ1, Φ2, Φ3 und Φ4 die absoluten Potentiale an den Positionen 0, 1, 2, 3 und 4

darstellen. Diese absoluten Werte sind nicht meßbar, jedoch ist es möglich, die Poten-

tialdifferenzen (Φ0 - Φ1), (Φ0 - Φ2), (Φ0 - Φ3) und (Φ0 - Φ4) zu bestimmen. Durch an-

schließende Bildung der arithmetischen Summe dieser vier bipolaren Ableitungen kann

eine Größe ermittelt werden, die zur lokalen Quellenintensität ΦQuelle proportional ist

(siehe Hjorth, 1975).

Damit sollte dieses Verfahren geeignet sein, das absolute Potential an einer bestimmten

Zielposition zu schätzen. Dies hieße, daß der Einfluß von anderen Generatoren eliminiert

würde und an der Zielposition ein Potential ermittelt würde, welches frei von Artefakten

ist. Somit stellt es eine Alternative zu den bisher beschriebenen Augenartefaktkorrektur-

verfahren dar.

Es konnte hier lediglich auf die Grundannahmen des Modells sowie auf seine Bedeutung

für den Umgang mit Artefakten eingegangen werden. Für detaillierte Hintergründe, ins-

besondere physikalische Grundlagen sowie mathematische Herleitungen, wird auf die

Originalliteratur verwiesen.


3 Methoden

3.1 Planung einer Evaluations-Studie

Die EMCP, welche in Kapitel 2.1 beschrieben wurde, soll in der vorliegenden Studie

hinsichtlich verschiedener Aspekte evaluiert werden. Insbesondere soll die Eignung des

Korrekturverfahrens für frontopolare Positionen betrachtet werden, welche in vorange-

gangenen Untersuchungen noch nicht ausreichend berücksichtigt wurden. Darüberhinaus

soll das Verfahren zur Schätzung der CSD bezüglich seiner Verwendbarkeit als Methode

zur Eliminierung von Augenartefakten betrachtet werden. Im einzelnen gliedert sich die

Untersuchung in die nachfolgend beschriebenen Teilstücke:

Evaluation der EMCP bei unwillkürlichen Blinks

Unwillkürliche Blinks sind unkontrollierte physiologische Reaktionen, die bei jedem

Menschen auftreten und zur natürlichen Funktionsweise des Organismus gehören. Wie

bereits in Kapitel 2 beschrieben, breiten sich die el. Potentiale von Blinks im EEG über

sämtliche Elektrodenpositionen auf dem Skalp aus und müssen daher eliminiert werden.

Im ersten Teil dieser Studie soll beurteilt werden, inwiefern die EMCP geeignet ist, die

Effekte, die unwillkürliche Blinks auf das EEG ausüben, zu eliminieren. Es wird erwar-

tet, daß Meßstrecken, die in einer Ruhe-Bedingung aufgezeichnet werden, nach der Kor-

rektur mit der EMCP frei von EOG-Artefakten sind und die Form eines typischen Ruhe-

EEG aufweisen.

Evaluation der EMCP bei zeitgebundenen willkürlichen Blinks

Neben der spontanen Blink-Reaktion sind Menschen zudem in der Lage, Blinks willkür-

lich durch bewußtes Schließen und Öffnen der Augen auszulösen. In Kapitel 2.1 wurde

geschildert, daß sich die Potentiale, die durch unwillkürliche Blinks entstehen, von denen

bei willkürlichen Blinks unterscheiden. Teil 2 dieser Studie untersucht daher die Eignung

der EMCP bei willkürlich in bestimmten Zeitabständen (2 Sekunden) ausgeführten

Blinks. Eine solche Artefaktkorrektur sollte dazu führen, daß an EEG-Elektroden keine

wesentlichen Amplitudenauslenkungen an den Blink-Positionen mehr zu erkennen sind.

Evaluation der EMCP bei reizbezogenen willkürlichen Blinks

Im dritten Teil dieser Untersuchung wird geprüft, inwiefern sich die Ergebnisse einer

Augenartefaktkorrektur nach der EMCP bei reizbezogenen willkürlichen Blinks von der


bei zeitgebundenen willkürlichen Blinks unterscheidet. Um typische cerebrale Reak-

tionsmuster auf Reize zu evozieren, wird ein Oddball-Paradigma (s. unten) herangezogen

und nach Auftreten eines bestimmten Reizes eine Blink-Reaktion gefordert. Es wird er-

wartet, daß nach der Artefaktkorrektur keine Blink-Formen an den EEG-Kanälen mehr

vorhanden sind, jedoch typische ereigniskorrelierte Potentiale sichtbar werden.

Evaluation der EMCP bei cerebralen Potentialen vor willkürlichen Bewegungen

In Untersuchungen, die die Unterscheidung zwischen willkürlichen Bewegungen und

Reflex- bzw. konditionierten Bewegungen zum Inhalt hatten, konnten drei verschiedene

Potentiale vor willkürlichen Fingerbewegungen ermittelt werden: Je nach Topographie,

Form und Zeitverlauf unterscheidet man das Bereitschaftspotential (BP), die Pre-Motion

Positivity (PMP) und das Motor Potential (MP) (Deecke & Kornhuber, 1977). Dieser

Teil der Diplomarbeit befaßt sich mit dem BP. Dieses reflektiert die verschiedenen vorbe-

reitenden Prozesse, die mit der Ausführung von Bewegungen in Zusammenhang stehen

(Brunia, 1993). Es erscheint durchschnittlich ca. 800 ms vor schnellen Fingerbewegun-

gen und ist ein langsames, zunehmend negatives Potential, welches zunächst bilateral

ausgeprägt ist und vor allem an präzentralen und parietalen Elektrodenpositionen sowie

am Vertex beobachtet werden kann. Da das BP ab ca. 60 ms bis 50 ms vor einer Bewe-

gung vom MP überlagert wird, ist es in dieser Epoche ipsilateral über parietalen Elektro-

denpositionen etwas größer als über präzentralen Positionen. (Deecke & Kornhuber,

1977; Kornhuber, 1984).

Durchschnittlich hat das BP eine Ausprägung von -5,3 µV (SD 2,3). Man kann davon

ausgehen, daß sich das Potential, welches am Beginn eines Experiments normalerweise

größer ist, aufgrund von Habituation im Verlauf des Experimentes verkleinert (Deecke &

Kornhuber, 1977; Freude & Ullsperger, 1987).

An parietalen Elektrodenpositionen erscheint das BP symetrisch über den Hemisphären.

Über den kortikalen Handarealen (Elektrodenposition C3´ und C4´; s. Deecke, Scheid &

Kornhuber, 1969) kann ab ca. 400 ms vor einer Bewegung insbesondere bei Rechtshän-

dern eine Asymmetrie festgestellt werden, die an der kontralateralen Hemisphäre größer

ist als an der ipsilateralen. Diese Asymmetrie ist 150 ms vor der Bewegungsausführung

am stärksten ausgeprägt.

Das BP variiert bei verschiedenen experimentellen Bedingungen. Beispielsweise ist die

Amplitude bei komplexen Aufgaben größer ist als bei einfachen Aufgaben, was auf die

erforderliche erhöhte Aufmerksamkeit bei komplexeren Aufgaben zurückgeführt wird


(Becker et al., 1972; nach Deecke & Kornhuber, 1977, S. 145). Der erforderliche Kraft-

aufwand für eine Bewegung spielt zudem eine Rolle. Ein höherer Kraftaufwand hat eine

größere Negativität zur Folge, was auf ein erhöhtes Aktivierungsniveau bei höheren

Kraftanforderungen in den entsprechenden kortikalen Arealen zurückgeführt wird (Freu-

de & Ullsperger, 1987). Außerdem variiert die Latenz eines BP in Abhängigkeit von der

geforderten Geschwindigkeit der Bewegung (ca. 1300 ms vor langsamen Bewegungen,

ca. 800 ms vor schnellen Bewegungen). Auch die Amplitude ist vor langsamen Bewe-

gungen größer als bei schnellen Bewegungen (Deecke & Kornhuber, 1977).

Ferner konnte gezeigt werden, daß verschiedene psychologische Variablen wie intentio-

nale Anforderungen, Aufmerksamkeit und Motivation bei der Bewegungsausführung zu

Veränderung des BP führen. Beispielsweise konnte man nachweisen, daß die Wiederho-

lung einer einfachen Willkürbewegung zur Verringerung des BP führt. Ein Anstieg des

BP wurde nachgewiesen bei erhöhter Motivation, ausgelöst durch Belohnung (Freude &

Ullsperger, 1987).

Ähnlich wie bei willkürlichen Finger-Bewegungen wurden auch vor willkürlichen Au-

genbewegungen Potentiale vor der Ausführung beobachtet. Vor sakkadischen Augenbe-

wegungen wurden BP gefunden, die denen vor schnellen Finger-Bewegungen gleichen

(Deecke & Kornhuber, 1977).

Augenbewegungen werden durch Hirnnerven initiiert, welche auf sechs verschiedene

Augenmuskeln einwirken (Schandry, 1998). Aufgrund dieser Beteiligung des Gehirns an

der Innervierung von Augenbewegungen soll in dieser Studie geprüft werden, ob vor

willkürlichen Blinks cerebrale Potentiale erkennbar sind, die dem BP vor willkürlichen

Fingerbewegungen ähneln. Es wird erwartet, daß Average-Amplituden vor willkürlichen

Blink- und Fingerbewegungen eine ansteigende Negativität zeigen, die bei unwillkürli-

chen Blinks nicht auftritt. Außerdem soll untersucht werden, ob die EMCP dann in der

Lage ist, diese Potentiale bei willkürlichen Blinks, welche gleichfalls als EOG-Artefakte

zu bewerten sind, adäquat zu eliminieren.

Evaluation der EMCP bei ereigniskorrelierten Potentialen

Da sich in vielen Untersuchungen gezeigt hat, daß Blinks reizbezogen auftreten, selbst

wenn dies nicht Inhalt der Aufgabenstellung ist, soll in dieser Studie im fünften Teil un-

tersucht werden, inwiefern die EMCP geeignet ist, die Effekte solcher Augenartefakte zu

eliminieren. Anhand eines typischen Oddball-Paradigmas sollen ereigniskorrelierte Po-


tentiale, die bei Blink-, Fingerbewegungs- bzw. Zähl-Aufgaben auftreten, verglichen

werden.

Das Oddball-Paradigma wurde in zahlreichen früheren Untersuchungen herangezogen,

um bestimmte ereigniskorrelierte Potentiale zu evozieren (z. B. Naumann et al., 1992).

Es hat sich gezeigt, daß die P3-Komponente, die ca. 300 ms nach einem auslösenden

Reiz erscheint und maximal über dem Parietalkortex ist, relativ zuverlässig bei den meis-

ten Vpn auftritt. Das Paradigma scheint daher geeignet, die Auswirkungen der EMCP bei

reizbezogenen Reaktionen zu untersuchen.

Es wird erwartet, daß sich die entsprechenden Meßstrecken aus den drei Oddball-

Bedingungen vor der Augenartefaktkorrektur stark unterscheiden, nach der Korrektur

jedoch identisch bzw. nur geringfügig verschieden sind.

Eliminierung von Augenartefakten mit Hilfe der Schätzung der Current Source

Density (CSD)

Zusätzlich zur EMCP soll schließlich ein alternatives Verfahren zur Eliminierung von

Augenartefakten getestet werden. In Kapitel 2.4 wurde beschrieben, wie ein Modell zur

Berechnung der Current Source Density (Hjorth, 1975) herangezogen werden kann, um

artefakt-unabhängige Potentiale an einer bestimmten Elektrodenposition zu ermitteln. Ein

”5-Punkt-Operator” wird benutzt, um geeignete Daten hierfür zu erhalten. Geht man

davon aus, daß die Schätzung der CSD zur Ermittlung artefaktfreier Daten herangezogen

werden kann, sollten nach deren Berechnung keine Blink-Formen in den entsprechenden

Meßstrecken mehr zu erkennen sein.


3.2 Versuchsaufbau

Im Folgenden werden die sechs Bedingungen beschrieben, die im Experiment zur Unter-

suchung der o.g. Fragestellungen verwirklicht wurden. Die ausführlichen Instruktionen

für die Vpn befinden sich im Anhang. Den Vpn wurde mitgeteilt, daß es sich um eine

Untersuchung der Informationsverarbeitung bei akustischen Signalen handelte; nach Be-

endigung der Messung wurden sie über den tatsächlichen Untersuchungsinhalt aufge-

klärt. In allen Bedingungen sollten die Vpn ruhig und entspannt sitzen und die Augen

geradeaus auf einen Bildschirm richten, der für den Versuch keine Bedeutung hatte und

daher nach dem Anbringen der Elektroden abgeschaltet wurde. Vor jedem neuen Durch-

gang fand jeweils ein kurzer Test- bzw. Probedurchgang statt, um die Meßdaten zu kon-

trollieren und den Vpn die Möglichkeit zu geben, die Aufgabe zu üben.

1. Bedingung ”unwillkürliche Blinks”

Für die Bedingung ”unwillkürliche Blinks” bekamen die Vpn außer der Aufforderung,

ruhig und entspannt zu sitzen keine weiteren Instruktionen. Da die Häufigkeit der Lid-

schläge in einer Ruhebedingung intraindividuell zwar relativ konstant ist, interindividuell

jedoch stark schwankt (Schandry, 1998), richtete sich die Meßdauer nicht nach einem

bestimmten Zeitintervall, sondern nach der Blink-Geschwindigkeit; während der Mes-

sung wurde die Anzahl der Blinks von den Versuchsleiterinnen mitgezählt. Blinks waren

erkennbar an einem Schließen und nachfolgenden Öffnen des Augenlids, welches über

eine Kamera beobachtet werden konnte, und einer gleichzeitigen typischen zackenförmi-

gen Amplitudenauslenkung am VEOG-Kanal. Die Messung endete, wenn 30 Blinks auf-

gezeichnet worden waren.

2. Bedingung ”willkürliche Blinks”

In dieser Bedingung bekamen die Vpn die Instruktion, im Abstand von 2 Sekunden ein-

mal kurz mit den Augen zu blinzeln. Wie in Bedingung 1 endete die Messung nach 30

erkennbaren Blinks. Die Daten, die mit Hilfe dieser Bedingung gewonnen wurden, dien-

ten zum einen der vergleichenden Analyse der Artefaktkorrektur bei unwillkürlichen und

willkürlichen Blinks und zum anderen der Untersuchung von Potentialen vor einer Reak-

tion.


3. Bedingung ”willkürliche Fingerbewegung”

Um Potentiale vor einer Reaktion, die Ähnlichkeit mit dem BP bei motorischen Finger-

oder Handbewegungen aufweisen, sorgfältig zu analysieren, wurde zusätzlich zu Bedin-

gung 2 die Bedingung ”willkürliche Fingerbewegung” eingeführt. Da das BP hauptsäch-

lich über den motorischen Handarealen zu beobachten ist, wurden zusätzlich zu den

Midline-Elektroden die Positionen C3´ und C4´ abgeleitet (s. auch Kapitel 3.1). Die Vpn

wurden aufgefordert, mit dem rechten Zeigefinger eine Taste, die vor ihnen platziert war,

gedrückt zu halten; im Abstand von 2 Sekunden sollten sie den Finger kurz anheben und

danach sofort wieder auf die Taste legen. Die Taste war so mit dem Verstärker geschal-

tet, daß ein Anheben des Fingers zu einer deutlichen positiven Auslenkung im Kanal

”Finger” von mehreren mV führte. Die Messung endete, nachdem der Finger-Kanal 30

Mal deutliche Potentialveränderungen aufzeigte.

In dieser Bedingung wurde erwartet, daß typische Bereitschaftspotentiale auftreten (s.

Kapitel 3.1), die als Grundlage für den Vergleich von Komponenten vor willkürlichen

Blink-Reaktionen herangezogen werden sollten.

Um das Augenkorrektur-Verfahren in einem EKP-Paradigma analysieren zu können,

wurden verschiedene Oddball-Bedingungen realisiert. Es handelte sich um eine akusti-

sche Oddball-Aufgabe, wobei zwei verschiedene Reize (Töne von 1000 Hz und 1500 Hz,

die über Lautsprecher präsentiert wurden) im Verhältnis 30 (seltener Reiz) : 70 (häufiger

Reiz) dargeboten wurden und auf den seltenen Reiz (tiefer Ton) eine Reaktion erfolgen

sollte. Insgesamt wurden pro Vpn 100 Reize präsentiert, anschließend nochmals bis zu

10 zusätzliche Reize, um in den verschiedenen Oddball-Bedingungen eine unterschiedli-

che Anzahl von Reizen zu präsentieren. Diese zusätzlichen Reize wurden nicht in die

weitere Auswertung einbezogen. Das ISI betrug durchschnittlich 2 s. Die Präsentation

der Oddball-Aufgabe erfolgte über einen Steuer-Rechner, welcher auch das Auftreten der

seltenen bzw. häufigen Reize im aufgezeichneten Datensatz mit zwei unterschiedlichen

Triggern („5“ für häufige und „6“ für seltene Reize) kennzeichnete. Es wurden drei ver-

schiedene Oddball-Bedingungen realisiert:

4. Bedingung ”Oddball Blink”

Die Vpn bekamen die Instruktion, auf den seltenen Reiz eine Reaktion in Form eines

Blinks durchzuführen und auf den häufigen Reiz nicht zu reagieren. Die Meßdauer rich-

tete sich nach der Darbietungszeit der Oddball-Aufgabe (insgesamt 230 s). Dadurch


sollte ein Vergleich zeitgebundener willkürlicher Blinks aus Bedingung 2 mit reizbezoge-

nen Blinks ermöglicht werden.

Zusätzlich konnte aufgrund dieser Bedingung eine Analyse unsystematischer Blinks in

einem reizbezogenen Paradigma erfolgen, die mit systematischen Blinks verglichen wer-

den sollten. Dies wurde mit Hilfe der Reaktionen auf häufige Reize, auf die unsystemati-

sche Blinks folgten und auf seltene Reize, auf welche die Lidschläge systematisch auf-

traten, realisiert.

Außerdem diente diese Bedingung der vergleichenden Analyse von ereigniskorrelierten

Potentialen unter verschiedenen Reaktionsbedingungen (Blink, Fingerbewegung und

Zählen als Reaktion). Weitere Oddball-Bedingungen sind nachfolgend beschrieben:

5. Bedingung ”Oddball Finger”

Die Vpn hatten die Aufgabe, bei Erscheinen des seltenen Reizes den rechten Zeigefinger,

der auf der Taste vor der Vp platziert war (vgl. 3. Bedingung), kurz anzuheben und da-

nach sofort wieder auf die Taste zu legen. Bei Erscheinen des häufigen Reizes sollte kei-

ne Reaktion erfolgen. Die Meßdauer betrug 230 s.

6. Bedingung ”Oddball Zählen”

Als weitere Vergleichs-Bedingung diente eine herkömmliche Oddball-Aufgabe, bei der

der seltene Reiz leise mitgezählt werden sollte, der häufige Reiz erforderte keine Reakti-

on. Die Meßdauer betrug wiederum 230 s.


3.3 Datenerhebung

Es wurden Daten von 12 Vpn (9 Frauen, 3 Männer) im Alter zwischen 18 und 41 Jahren

aufgezeichnet. Es handelte sich um Studenten (Rechtshänder, ohne Kontaktlinsen), die

freiwillig an der Untersuchung teilnahmen und darüber informiert wurden, daß sie den

Versuch jederzeit und ohne Angabe von Gründen abbrechen können. Die Aufzeichnung

dauerte pro Vpn ca. eine Stunde, wofür diese mit DM 20,00 entlohnt wurden. Die Vpn

saßen in einem abgedunkelten, elektrisch abgeschirmten und lärmgeschützten Raum.

Die insgesamt sechs Bedingungen wurden in Blöcken unterschiedlicher Reihenfolge dar-

geboten: Die Bedingung ”unwillkürliche Blinks” wurde stets zu Anfang präsentiert, da

ansonsten eine Vermeidung von Sequenz-Effekten nicht möglich ist. ”Willkürliche Fin-

gerbewegung” und ”Oddball Finger” sowie ”willkürliche Blinks” und ”Oddball Blink”

wurden jeweils als Block zusammengefaßt. ”Oddball Zählen” wurde als separater Block

behandelt. Von jeder Vp wurde ein fortlaufender Datensatz aufgezeichnet (CNT-File)

und anschließend in Einzelsegmente unterteilt, so daß letztendlich jeweils sechs Seg-

mente zur weiteren Auswertung zur Verfügung standen.

Zur Evaluation der EMCP wurden EEG-Daten von den Elektrodenpositionen Fpz, Fz,

Cz und Pz (Internationales 10-20-System nach Jasper, 1958) sowie die Positionen C3´

und C4´ (s. Deecke, Scheid & Kornhuber, 1969) aufgezeichnet. Die Überprüfung des

CSD-Verfahrens nach Hjorth (1975) erforderte zusätzlich 4 Umgebungselektroden um

die Elektrodenposition Fpz (CSD_1, CSD_2, CSD_3, CSD_4), welche mit einer eigens

angefertigten Schablone positioniert wurden. Da eine Umreferenzierung von Cz auf ver-

bundene Mastoiden erfolgen sollte, wurde die Aktivität an den Elektrodenpositionen A1

und A2 ebenfalls erfaßt. Es wurden Ag/AgCl-Elektroden verwendet. Für das EOG

(VEOG und HEOG) wurden kleinere Ag/AgCl-Augenelektroden über und unter dem

linken Auge für vertikale Augenbewegungen und in den Augenwinkeln für horizontale

Augenbewegungen angebracht. Das EOG wurde bipolar erfaßt. Die elektrische Verbin-

dung zwischen Kopfhaut und Elektroden wurde mit einer speziellen Elektrodenpaste

(EC2TM, Firma Grass Instrument Division/Astro-Med, Inc.) hergestellt, die auch der Fi-

xierung der Elektroden diente.

Um Impedanzen von weniger als 5 kΩ zu erhalten, wurden vor dem Anbringen der E-

lektroden die entsprechenden Stellen der Kopfhaut mit medizinischem Alkohol gereinigt

und anschließend mit Elektrodengel (Abrasives Elektrodengel, Fa. Theodor Körner-

Apotheke) behandelt. Dies diente auch der Reduktion von Hautpotential-Artefakten.


Zusätzlich wurde zur Feststellung von Fingerbewegungen ein Kanal ”Finger” herangezo-

gen und mit der entsprechenden Tastatur verbunden. Die Taste, welche mit dem rechten

Zeigefinger von den Vpn bedient werden sollte, war auf einem Tisch rechts vor den Vpn

angebracht und bipolar mit dem Verstärker verschaltet.

Das EEG wurde mit einem digitalen 32-Kanal Verstärkersystem (Syn-Amps System,

Neuro Scan, Inc) abgeleitet (AC-Ableitung), wobei lediglich die 14 zuvor beschriebenen

Kanäle benutzt wurden. An den Verstärker war ein Meßrechner angeschlossen (Soft-

ware: Scan 3.2, Neuro Scan Inc.). Ein 35 Hz Lowpass-Filter wurde eingesetzt und es

wurde mit einer Abtastrate von 100 Hz digitalisiert.

Die Versuchssteuerung erfolgte über einen separaten Steuerungs-PC, die Darbietungs-

Sequenzen wurden zufällig innerhalb eines eigens entwickelten Steuerungs-Programms

ausgewählt, welches auch den gesamten Versuchsablauf bestimmte.


3.4 Datenauswertung

3.4.1 Datenauswertung für die Evaluation der EMCP

Die aufgezeichneten Daten wurden mit speziellen Auswertungsprogrammen weiterverar-

beitet (Brain Vision Analyzer Version 1.02, ©Brain Products 1998 – 99 sowie EkpScan

Version 1.03.03, ©EEG-Labor Uni-Trier 1998-2000). Zur Überprüfung der EMCP

wurden die Rohdaten gefiltert (High Cutoff: 12 Hz) und es erfolgte eine Umreferenzie-

rung von Cz auf A1/A2. Blinks sowie der Beginn von Fingerbewegungen wurden mit

Hilfe von Triggern an allen Elektrodenpositionen gekennzeichnet (Trigger „blink“ bzw.

Trigger „finger“). Blinks wurden dabei bestimmt als diejenigen Meß-strecken im VEOG,

welche eine typische Blink-Form aufweisen und eine Amplitude von -200 µV bis -500

µV (je nach Vpn) übersteigen. Der Beginn von Fingerbewegungen wurde identifiziert als

positive Amplitudenauslenkungen von mehr als 1000 µV im Kanal „Finger“. Nach der

Unterteilung des Datensatzes in Einzelsegmente standen die sechs zuvor beschriebenen

Bedingungen zur Auswertung zur Verfügung. Innerhalb der einzelnen Segmente wurde

wie folgt fortgefahren:

Aufgrund der vorhandenen Trigger wurden Epochen von 2100 ms Dauer ausgewählt

(1100 ms vor und 1000 ms nach dem Trigger), wobei der Zeitbereich -1100 ms bis

-1000 ms für die Baseline-Korrektur herangezogen wurde und der Zeitbereich -1000 ms

bis 1000 ms in die Datenauswertung einging. In den Bedingungen 1. „unwillkürliche

Blinks“, 2. „zeitgebundene willkürliche Blinks“ sowie 3. „Oddball Blink“ wurde hierfür

der Trigger „blink“, in der Bedingung 3. „willkürliche Fingerbewegung“ der Trigger

„finger“ und in den Oddball-Bedingungen die Trigger für häufige („5“) und seltene („6“)

Reize herangezogen.

In Bedingung 1. „unwillkürliche Blinks“ wurden zusätzlich als Vergleichsmaß Epochen

von ebenfalls 2100 ms (abzüglich des Zeitbereichs –1100 ms bis –1000 ms für die Base-

linekorrektur) erzeugt, welche nach dem herkömmlichen Ausschluß-Verfahren (s. Kapi-

tel 2.2.1) korrigiert wurden. Hierzu wurden Meßstrecken mit Augenartefakten eliminiert,

anschließend wurden die verbleibenden Strecken in die einzelnen Epochen unterteilt.

Die so produzierten Epochen von 2000 ms Dauer wurden dann nach erfolgter Baseline-

Korrektur, je nach Trigger innerhalb ihrer Bedingung separat für jede Elektrodenposition

gemittelt, so daß die jeweiligen Averages (gemittelte Strecken) zur Verfügung standen.

Um die Auswirkung der EMCP beurteilen zu können, wurde zum Vergleich jeweils zu-

sätzlich ein augenartefakt-korrigierter Average erstellt. Dazu wurde vor der Mittelung


die EMCP angewandt. Nur der vertikale Augenkanal (VEOG) wurde in die Korrektur

einbezogen, da aufgrund der Aufgabenstellung keine horizontale Augenbewegungen und

damit kaum Varianz auf dem HEOG-Kanal zu erwarten waren und sich außerdem die

Werte des HEOG bei Midline-Elektroden, die hauptsächlich für die Auswertung von

Interesse waren, aufheben. Eine Überprüfung der Daten ergab, daß die zusätzliche Kor-

rektur des HEOG-Kanals keinerlei Auswirkungen hatte.

Für genaue Aussagen über die Korrektur bei jeder Versuchsperson wurden Grand Means

über alle Vpn erstellt (d. h. die jeweiligen Averages aller Vpn wurden gemittelt), mit dem

das Ergebnis jeder Vpn verglichen werden sollte.

Als zusätzliche Auswertungs-Variante wurde in Anlehnung an die Ergebnisse von Croft

& Barry (1998 (1) und (2)) (s. Kapitel 2.2.2.2) eine zusätzliche Augenartefaktkorrektur

durchgeführt, in die die komplette Meßstrecke einbezogen wurde. Es sollte damit ge-

währleistet werden, daß die Varianz der Augenartefakte erhöht wird und somit evtl. ex-

aktere Korrekturergebnisse erzielt werden. Hierzu wurde die EMCP zunächst auf den

kompletten Datensatz angewandt. Anschließend wurde der artefaktkorrigierte Datensatz

in die sechs Einzelsegmente untergliedert und wie zuvor zunächst die Trigger “blink“,

“finger“, „5“ und „6“ definiert, danach Epochen von 2100 ms Dauer ausgewählt und

nach der Baseline-Korrektur über alle so erhaltene 2000 ms Meßstrecken gemittelt. An-

schließend wurden wiederum Grand Means über alle Vpn erstellt.

Parametrisierung der P3-Komponente in den Oddball-Bedingungen:

Um Aussagen über Augenartefakte und Auswirkungen der EMCP bei ereigniskorrelier-

ten Potentialen machen zu können, sollte eine Parametrisierung der P3-Komponente in

den Oddball-Bedingungen durchgeführt werden. Die P3 wurde definiert als positiver

Peak im Zeitbereich von 280 ms bis 420 ms an der Elektrodenposition Pz. Die übrigen

interessierenden Kanäle (Fpz, Fz und Cz) wurde bezüglich dieser Referenzelektrode pa-

rametrisiert, wobei deren Peak bis zu ±20 ms vom Referenzpeak abweichen konnte.

Bildung von Average-Amplituden zur Ermittlung der BP

Um eine ansteigende Negativität vor willkürlichen Finger- bzw. Blinkbewegungen er-

mitteln zu können (BP), wurden für jede Vp Average-Amplituden für die folgenden Zeit-

bereiche berechnet: -990 ms bis -800 ms, -790 ms bis -600 ms, -590 ms bis -400ms, -390

ms bis -200 ms und -190 ms bis 0 ms. Hierfür wurden die Daten aus den Bedingungen 1.

„unwillkürliche Blinks“, 2. „zeitgebundene willkürliche Blinks“ und 3. „willkürliche Fin-


gerbewegungen“ an den Elektrodenpositionen C3´ und C4´ herangezogen, deren Ergeb-

nisse verglichen werden sollten.

Außerdem wurden für die Datenauswertung die Propagationsfaktoren herangezogen,

die bei der Anwendung der Augenartefaktkorrektur im entsprechenden Software-

Programm automatisch ausgegeben werden.

3.4.2 Datenauswertung für die Schätzung der Current Source Density (CSD)

Zur Überprüfung dieses Modells und seiner Anwendung als Korrekturverfahren für oku-

lare Artefakte wurde zusätzlich zu den bisher beschriebenen Ableitungen gegen eine Re-

ferenz ein “5-Punkte-Operator” verwirklicht. Um die Elektrodenposition Fpz wurden

vier Elektroden äquidistant im Abstand von 2,7 cm zu Fpz platziert, so daß der Operator

die in Kapitel 2.4 beschriebenen Bedingungen erfüllte. Die vier Umgebungselektroden

bildeten ein Quadrat mit der Kantenlänge 4,1 cm, wobei Fpz im Mittelpunkt des Quad-

rats lag. Zusätzlich wurde zur Bestimmung der Blinks auch der VEOG-Kanal bei der

Datenverarbeitung herangezogen. Wie zuvor bei der EMCP-Auswertung wurde auch

hier ein Filter (High Cutoff: 12 Hz) eingesetzt und Blinks wurden mit dem Trigger

„blink“ gekennzeichnet.

Die Messung umfaßte alle zuvor genannten Bedingungen, so daß zur Datenauswertung

(ebenfalls mit dem Software-Programm Brain Vision Analyzer Version 1.02, ©Brain

Products 1998 – 99) ein Datensatz mit folgenden fünf Elektrodenpositionen zur Verfü-

gung stand: Der Zielelektrode Fpz sowie die Umgebungselektroden CSD_1, CSD_2,

CSD_3 und CSD_4. Diese Kanäle wurden gegen Cz abgeleitet, so daß zunächst folgen-

der Vektor “Rohkanäle” zur Verfügung stand:

(ΦFpz Cz, ΦCSD_1 Cz, ΦCSD_2 Cz, ΦCSD_3 Cz, ΦCSD_4 Cz)

Da für die Schätzung der absoluten Feldstärke ΦFpz nicht die Ableitungen zwischen Um-

gebungselektrode und Cz, sondern die Differenzen zwischen Umgebungselektroden und

Zielelektrode notwendig sind, wurden die abgeleiteten Kanäle umgerechnet. Zunächst

wurden die vier entsprechenden Differenzen gebildet, so daß die Kanäle

“CSD_1 - Fpz”, “CSD_2 - Fpz”, “CSD_3 - Fpz” und “CSD_4 - Fpz”

resultierten. Der ursprüngliche Kanal “Fpz” wurde zur Veranschaulichung der Ergebnis-

se beibehalten. Entsprechend den Annahmen des Modells wurde dann eine arithmetische

Summe gebildet, indem für die Positionen (Fpz, CSD_1, CSD_2, CSD_3, CSD_4) der


Transformationsvektor (+4, -1, -1, -1, -1) angewandt wurde. Die gewählte Vorgehens-

weise steht in Einklang mit den Annahmen des Modells, da man zeigen kann, daß folgen-

des Verhältnis gilt:

ΦQuelle = (ΦFpz ΦCSD_1) + (ΦFpz ΦCSD_2) + (ΦFpz ΦCSD_3) + (ΦFpz ΦCSD_4) ↔

ΦQuelle = (ΦFpz Cz, ΦCSD_1 Cz, ΦCSD_2 Cz, ΦCSD_3 Cz, ΦCSD_4 Cz) x (+4, -1, -1, -

1)

Der Beweis hierfür ist Abbildung 3.1 zu entnehmen.

Behauptung:

ΦQuelle = (ΦFpz Cz, ΦCSD_1 Cz, ΦCSD_2 Cz, ΦCSD_3 Cz, ΦCSD_4 Cz) x (+4, -1, -1, -1)

Beweis:

(ΦFpz Cz, ΦCSD_1 Cz, ΦCSD_2 Cz, ΦCSD_3 Cz, ΦCSD_4 Cz) x (+4, -1, -1, -1) =

(+4) (ΦFpz Cz) + (-1) (ΦCSD_1 Cz) + (-1) (ΦCSD_2 Cz) + (-1) (ΦCSD_3 Cz) + (-1) (ΦCSD_4

Cz) =

(+4) (ΦFpz Cz) + (Cz ΦCSD_1) + ( Cz ΦCSD_2) + ( Cz ΦCSD_3) + ( Cz ΦCSD_4) =

((ΦFpz Cz) + (Cz ΦCSD_1)) + ((ΦFpz Cz) + (Cz ΦCSD_2)) + ((ΦFpz Cz) + (Cz ΦCSD_3)) + ((ΦFpz Cz) + (Cz

ΦCSD_4)) =

(ΦFpz ΦCSD_1) + (ΦFpz ΦCSD_2) + (ΦFpz ΦCSD_3) + (ΦFpz ΦCSD_4) = ΦQuelle

Abbildung 3.1: Beweisführung, Erläuterungen siehe Text

Der resultierende Kanal, welcher die Daten für die so berechnete elektrische Feldstärke

ΦFpz enthält, ist nachfolgend “CSD_new” benannt.


4 Ergebnisse

4.1 Unwillkürliche Blinks

Als erstes werden die Ergebnisse des Segmentes ”unwillkürliche Blinks” präsentiert (Ab-

bildung 4.1). Es werden die unbehandelten Daten aufgezeigt, d. h. die gemittelten

Meßstrecken dieses Segments vor der Augenartefaktkorrektur. Im rechten Teil der Ab-

bildung wird außerdem der Verlauf am VEOG-Kanal aufgezeigt.

Abbildung 4.1: Grand Mean im Segment ”unwillkürliche Blinks” vor der Augenartefaktkorrektur; ”0s” bezeichnet den Trigger ”blink”;

die linke Abbildung zeigt die Elektrodenpositionen Fpz, Fz, Cz und Pz, die rechte Abbildung den VEOG-Kanal; zu beachten ist die

unterschiedliche Skalierung!


Wie im Grand Mean zu erkennen ist, propagieren die Blinks über alle aufgezeichneten

Elektroden, und zwar von der frontopolaren zur parietalen Elektrodenposition abneh-

mend. Die durchschnittlichen Amplituden am Blink-Maximum können aus Tabelle 4.1

entnommen werden.

Tabelle 4.1: Potentiale zum Zeitpunkt des Blink-Maximum im Segment ”unwillkürliche Blinks” vor der Augenartefaktkorrektur

Elektrode GrandMean

Vp 001 Vp 002 Vp 003 Vp 004 Vp 005 Vp 006 Vp 007 Vp 008 Vp 009 Vp 010 Vp 011 Vp 012

Fpz 191,66 µV 121,05 µV 373,59 µV 128,57 µV 171,23 µV 290,03 µV 119,10 µV 324,54 µV 143,30 µV 149,27 µV 165,99 µV 310,73 µV 108,08 µVFz 64,32 µV 46,53 µV 89,50 µV 45,18 µV 60,84 µV 84,36 µV 33,90 µV 93,62 µV 44,77 µV 52,37 µV 64,13 µV 127,52 µV 35,53 µVCz 30,39 µV 22,84 µV 24,56 µV 19,84 µV 28,29 µV 38,70 µV 14,16 µV 39,08 µV 22,63 µV 23,83 µV 23,91 µV 55,68 µV 15,24 µVPz 30,15 µV 19,10 µV 17,05 µV 10,59 µV 12,88 µV 27,10 µV 12,64 µV 25,38 µV 12,80 µV 16,47 µV 6,91 µV 25,45µV 16,33 µV

VEOG -517,23 µV -343,78 µV -901,85 µV -347,55 µV -511,40 µV -823,73 µV -384,16 µV -657,55 µV -468,39 µV -339,68 µV -483,67 µV -710,33 µV -234,71 µV

Betrachtet man die maximalen Amplitudenauslenkungen der einzelnen Versuchspersonen

(Averages), zeigt sich einheitlich eine abnehmende Propagation von der frontopolaren

zur parietalen Elektrodenposition. Es handelt sich bei den Blinks jeweils um auffällige

Abweichungen vom blink-freien Teilstück in positiver Richtung, die 400 ms bis 700 ms

andauern (je nach Vpn) und dann wieder auf Baseline-Niveau zurückschwingen. Die

maximalen Amplituden der einzelnen Vpn sind ebenfalls aus Tabelle 4.1 zu ersehen.

Die Vpn weichen an Fpz zwischen 20,43 µV und 181,93 µV vom Grand Mean ab

(s=89,39 µV), an Fz zwischen 0,19 µV und 63,20 µV (s=27,52 µV), an Cz zwischen

2,1 µV und 25,29 µV (s=11,33 µV) und an Pz zwischen 3,05 µV und 23,24 µV

(s=10,75 µV). Die Varianz ist an der frontopolaren Elektrodenposition am größten und

nimmt zur parietalen Elektrodenposition ab.


Das Ergebnis einer Augenartefaktkorrektur mit der EMCP für unwillkürliche Blinks ist in

Abbildung 4.2 dargestellt (durchgezogene Linie; im Vergleich dazu Ausschnitte der un-

korrigierten Epoche als gepunktete Linie). Wie man im Grand Mean erkennen kann,

wurden die Elektrodenpositionen Cz und Pz offensichtlich auf das Niveau eines typischen

Ruhe-EEG korrigiert. Allerdings kann man an den Positionen Fpz und Fz nach wie vor

Residuen der Blinks erkennen. Das Residuum von 21,05 µV an Fpz und 7,61 µV an

Fz weist auf eine Ungenauigkeit der EMCP hin. Es wird nicht das gesamte Artefakt eli-

miniert; offensichtlich handelt es sich also um eine Unterkorrektur an den entsprechen-

den Elektrodenpositionen.

Betrachtet man die Aufzeichnungen der einzelnen Versuchspersonen separat, zeigt sich,

daß sich die Amplituden-Peaks durch die Augenartefaktkorrektur bei allen Vpn an allen

Elektrodenpositionen verringern. Wie aus Tabelle 4.2 ersichtlich wird, betragen die Ab-

weichungen der einzelnen Vpn vom Grand Mean nach der Korrektur an Fpz zwischen

2,19 µV und 53,49 µV(s=19,23 µV), an Fz zwischen 3,09 µV und 32,34 µV (s=12,97

µV), an Cz zwischen 0,50 µV und 18,44 µV (s=4,81 µV) und an Pz zwischen 1,43 µV

und 10,80 µV (s=3,74 µV). Die Varianzen sind also deutlich geringer als vor der Augen-

artefaktkorrektur.

Die Auswirkungen der EMCP sind nicht einheitlich bei allen Vpn. Zwar zeigen die meis-

ten Vpn das unterkorrigierte Muster, welches sich im Grand Mean abzeichnet, jedoch

scheint bei einer Vpn (Vp011) die Korrektur an allen Elektrodenpositionen auf das typi-

Abbildung 4.2: Grand Mean im Segment ”unwillkürliche

Blinks”, nach der Augenartefaktkorrektur (durchgezogene

Linie; Ausschnitte des Segments vor der Augenartefaktkor-

rektur als gepunktete Linie); ”0s” bezeichnet den Trigger

”blink”


sche Ruhe-EEG-Niveau korrigiert zu werden. Eine genauere Analyse zeigt, daß der

Amplituden-Peak auf deren VEOG-Kanal relativ groß ist (-710,33 µV). Außerdem wies

diese Vp während der Bedingung „unwillkürliche Blinks“ sehr wenige Blink-Reaktionen

auf, so daß aufgrund der Vorgehensweise bei der Datenaufzeichnung (die Bedingung

endete nach 30 durchgeführten Blinkreaktionen) ein relativ großer Datensatz zur Aus-

wertung zur Verfügung stand (950 s; im Gegensatz dazu die übrigen Vpn: 76 s bis 680

s). In ihrer Blink-Dauer sowie Blink-Form unterscheidet sich diese Vp nicht von den

übrigen Vpn bzw. vom Grand Mean.

Zwei Vpn zeigen eine Überkorrektur an Fpz (Vp010) bzw. an Fz (Vp006), also ein

deutliches Potential-Residuum in negativer Richtung. Deren Blink-Dauer und -Größe im

VEOG-Kanal sowie die Aufzeichnungsdauer des Segments „unwillkürliche Blinks“ un-

terscheiden sich nicht von den anderen Vpn.

Im Grand Mean erscheint vor dem Beginn des Blinks eine Auslenkung in positiver

Richtung auf dem VEOG-Kanal, offensichtlich ein Muskelpotential (Zeitbereich ca. -

150 ms bis -50 ms; s. Abbildung 4.1). Dieses tritt bei insgesamt acht Vpn auf, erreicht am

VEOG-Kanal eine Größe von 15 µV bis 75 µV und ist auch an der Elektrodenposition

Fpz als negative Auslenkung von -8 µV bis -40 µV noch sichtbar. Es wird durch die

EMCP bei den meisten Vpn überkorrigiert und erreicht nach der Korrektur an Fpz eine

Amplitude von -10 µV bis +15 µV. Nur bei zwei Vpn wird dieses Muskelpotential offen-

sichtlich perfekt korrigiert (Vp006 und Vp012). Die Averages der einzelnen Vpn befin-

den sich im Anhang.

Tabelle 4.2: Potentiale zum Zeitpunkt des Blink-Maximum im Segment ”unwillkürliche Blinks”, nach der Augenartefaktkorrektur; der

VEOG-Kanal wurde nicht korrigiert und erscheint daher nicht in der Auflistung

Elektrode GrandMean


Fpz 21,05 µV 30,58 µV 74,54 µV 31,00 µV 34,40 µV 41,30 µV -10,03 µV 10,91 µV 42,72 µV 14,90 µV -10,71 µV -5,58 µV 18,86 µVFz 7,61 µV -14,72 µV 11,92 µV 4,52 µV 19,86 µV 18,39 µV -14,32 µV -5,90 µV 39,95 µV 8,88 µV -6,95 µV 0,24 µV -2,58 µVCz 0,1 µV -12,54 µV -4,95 µV -1,88 µV 9,24 µV 11,87 µV -2,51 µV -0,71 µV 18,45 µV 8,51 µV -9,04 µV 0,51 µV -5,49 µVPz 0,1 µV -1,42 µV -2,16 µV -2,99 µV 4,854 µV 10,81 µV -2,30 µV 5,41 µV -3,41 µV 9,63 µV -6,05 µV 3,98 µV -7,57 µV

Ein Vergleich mit den Propagationsfaktoren dieses Segments bestätigt die vorgenannten

Ergebnisse. Es handelt sich hierbei um die Koeffizienten, mit denen die Werte des Au-

genkanals gewichtet werden, um den Anteil der Propagation vom Auge zur entsprechen-

den Elektrodenposition zu erklären (s. Kapitel 2). Zunächst kann die abnehmende Propa-

gation von der frontopolaren zur parietalen Elektrodenposition festgestellt werden. Die


Faktoren aller Vpn nehmen von Fpz nach Pz ab und es wird offensichtlich, daß sich die

Faktoren an Fpz deutlich von denen der übrigen Positionen abheben. Es ist zu beachten,

daß bei einer Vp (Vp008) lediglich 10 Artefakte in die Berechnung des Propagations-

faktors eingegangen sind, so daß über die niedrigeren Werte bei dieser Vp im Vergleich

zu den anderen Vpn keine Aussage gemacht werden kann (Tabelle 4.3).

Tabelle 4.3: Propagationsfaktoren im Segment ”unwillkürliche Blinks”

Elekt-rode


Fpz 0,29 0,34 0,30 0,27 0,32 0,33 0,50 0,21 0,43 0,37 0,43 0,41Fz 0,15 0,09 0,13 0,08 0,09 0,12 0,15 0,01 0,14 0,15 0,17 0,17Cz 0,10 0,03 0,06 0,04 0,03 0,04 0,06 0,01 0,06 0,07 0,07 0,09Pz 0,06 0,02 0,04 0,02 0,02 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,07

Zur Analyse der gefundenen Ungenauigkeit werden die Averages über artefaktfreie

Meßstrecken, nach dem herkömmlichen Ausschluß-Verfahren ermittelt, herangezogen.

Sie können beim Ruhe-EEG als Vergleichsmaß für die korrigierten Meßstrecken aufge-

faßt werden, d. h. als Maß für die ”wahren” Werte, da durch den Ausschluß artefaktbe-

hafteter Strecken, anders als bei ereigniskorrelierten Meßstrecken, nicht die Gefahr be-

steht, daß interessierende experimentelle Epochen verworfen werden (s. Kapitel 2.2.1).


Abbildung 4.3: Grand Mean im Segment ”unwillkürliche Blinks” nach der Augenartefaktkorrektur; durchgezogene Linie: Korrektur

nach der Ausschluß-Methode; gepunktete Linie: Korrektur nach der EMCP; ”0s” bezeichnet den Trigger ”blink”; die linke Abbildung

zeigt die Elektrodenpositionen Fpz, Fz, Cz und Pz, die rechte Abbildung den VEOG-Kanal, wobei die gepunktete Linie den unkorrigier-

ten Zustand abbildet; unterschiedliche Skalierung!

Abbildung 4.3 demonstriert beide Augenkorrekturverfahren im Vergleich. Im Gegensatz

zum EMCP-korrigierten Average (gepunktete Linie) sind bei der Korrektur nach dem

Ausschluß-Verfahren (durchgezogene Linie) keine Residuen an den EEG-Kanälen mehr

erkennbar, die auf Amplituden infolge von Blinks hinweisen. Man kann erkennen, daß

sich die beiden Kurven an den frontopolaren und frontalen Elektrodenpositionen stark

unterscheiden, während sie sich an centralen und parietalen Elektrodenpositionen ähneln.

Auch dies ist ein Hinweis darauf, daß die EMCP an den frontalen bzw. frontopolaren

Positionen nicht präzise korrigiert. Am VEOG-Kanal in Abbildung 4.3 wird deutlich, daß

infolge des Ausschluß-Verfahrens keine Blinks mehr vorhanden sind.


4.2 Zeitgebundene willkürliche Blinks

In Abbildung 4.4 sind die Daten des Segments ”zeitgebundene willkürliche Blinks” vor

der Augenartefaktkorrektur mit der EMCP dargestellt (durchgezogene Linie). Zum Ver-

gleich werden auch die entsprechenden Daten des Segments ”unwillkürliche Blinks” (ge-

punktete Linie) nochmals gezeigt. Man kann erkennen, daß willkürliche Blinks deutlich

größere Amplituden haben (s. Tabelle 4.4) und länger andauern, nämlich durchschnittlich

ca. 0,6 s im Gegensatz zu unwillkürlichen Blinks, die durchschnittlich ca. 0,5 s dauern.

Die abnehmende Propagation von der frontopolaren zur parietalen Elektrodenposition

tritt hier ebenfalls auf.

Abbildung 4.4: Grand Mean im Segment ”zeitgebundene willkürliche Blinks” vor der Augenartefaktkorrektur (durchgezogene Linie;

zum Vergleich die Daten im Segment „unwillkürliche Blinks“ als gepunktete Linie); ”0s” bezeichnet den Trigger ”blink”; die linke

Abbildung zeigt die Elektrodenpositionen Fpz, Fz, Cz und Pz, die rechte Abbildung den VEOG-Kanal; unterschiedliche Skalierung!

Abbildung 4.5 zeigt diese beiden Segmente im Vergleich nach der Korrektur mit der

EMCP. Auch bei willkürlichen Blinks führt dieses Verfahren an der frontopolaren und

frontalen Elektrodenposition nicht zu einer perfekte Korrektur. Die unterschiedliche

Blink-Form (Amplitudenpeak und Dauer) ist in der korrigierten Version ebenso zu er-

kennen. Die Residuen betragen 21,40 µV an Fpz bzw. 6,74 µV an Fz, sind also trotz der


ursprünglich größeren Peaks vor der Artefaktkorrektur kleiner als die entsprechenden

Residuen im Segment „unwillkürliche Blinks“.

Eine Einzelanalyse der Vpn zeigt, daß es sich bei acht Vpn um eine Unterkorrektur an

der Elektrodenposition Fpz handelt, bei einer dieser Vpn sogar um eine Unterkorrektur

an allen Elektrodenpositionen (Vp007), die von der frontopolaren zur parietalen Posi-

tion abnimmt. Zwei dieser Unterkorrekturen weisen zudem einen Peak in negativer

Richtung auf (Vp004 und Vp007), der weder in der unkorrigierten Version noch am

VEOG-Kanal zu erkennen ist. Bei drei Vpn scheint die Korrektur gelungen zu sein

(Vp001, Vp003 und Vp006). Die maximalen Amplitudenauslenkungen im Segment

”zeitgebundene willkürliche Blinks” vor und nach der Korrektur sind in den Tabellen 4.4

und 4.5 aufgeführt. Im Anhang befinden sich die Averages der einzelnen Vpn.

Abbildung 4.5: Grand Mean im Segment ”zeitgebundene willkür-

liche Blinks”, nach der Augenartefaktkorrektur (durchgezogene

Linie; zum Vergleich die Daten des Segments “unwillkürliche

Blinks” nach der Augenartefaktkorrektur als gepunktete Linie);

”0s” bezeichnet den Trigger ”blink”.


Tabelle 4.4: Potentiale zum Zeitpunkt des Blink-Maximum im Segment ”zeitgebundene willkürliche Blinks” vor der Augenartefaktkor-

rektur

Elektrode GrandMean


Fpz 311,63 µV 192,51 µV 496,34 µV 177,65 µV 270,03 µV 369,70 µV 172,01 µV 758,87 µV 269,66 µV 194,17 µV 321,78 µV 422,10 µV 189,53 µVFz 99,87 µV 77,06 µV 129,72 µV 63,50 µV 91,05 µV 115,97 µV 53,66 µV 216,01 µV 83,34 µV 62,07 µV 116,75 µV 169,37 µV 61,66 µVCz 41,71 µV 39,64 µV 40,63 µV 30,01 µV 45,25 µV 48,89 µV 20,24 µV 87,89 µV 40,32 µV 21,24 µV 43,47 µV 70,10 µV 26,57 µVPz 24,10 µV 29,15 µV 21,91 µV 15,22 µV 21,64 µV 32,37 µV 13,25 µV 52,48 µV 26,41 µV 10,04 µV 23,88 µV 29,61 µV 16,49 µV

VEOG -755,46 µV -538,86 µV -1214,06 µV -473,38 µV -915,73 µV -1047,95 µV -498,69 µV -1376,49 µV -827,21 µV -446,74 µV -783,94 µV -970,38 µV -343,23 µV

Tabelle 4.5: Potentiale zum Zeitpunkt des Blink-Maximum im Segment ”zeitgebundene willkürliche Blinks” nach der Augenartefakt-

korrektur, ohne VEOG-Kanal

Elektroden GrandMean


Fpz 21,40 µV 14,70 µV 30,00 µV 6,44 µV 14,04 µV 34,74 µV -5,93 µV 55,44 µV 17,33 µV 27,94 µV 39,8 µV 28,36 µV 53,36 µVFz 6,74 µV 9,48 µV 6,6 µV 3,44 µV -0,13 µV 11,77µV -6,41 µV 20,19 µV 4,13 µV 8,64 µV 19,10 µV 13,15 µV 11,00 µVCz 4,98 µV 3,05 µV 2,05 µV 3,65 µV -1,50 µV 7,98 µV -2,75 µV 18,20 µV 4,23 µV 3,68 µV 17,09 µV 8,76 µV 8,02 µVPz 3,76 µV 9,90 µV -3,81 µV 4,78 µV 3,89 µV 9,59 µV -3,65 µV 14,88 µV -1,18 µV 1,90 µV 0,55 µV 2,64 µV 5,44 µV

Die Propagationsfaktoren für das Segment „zeitgebundene willkürliche Blinks“ sind in

Tabelle 4.6 aufgeführt. Aufgrund der unterschiedlichen Blink-Form im Vergleich zum

Segment „unwillkürliche Blinks“ (längere Blinks mit größeren Amplituden) fallen auch

die Propagationsfaktoren bei allen Vpn entsprechend größer aus. Die Größe der Propa-

gationsfaktoren an der Position Fpz hebt sich auch in dieser Bedingung von den übrigen

Positionen ab. Während die Werte an Pz bis zu 0,04, an Cz bis 0,08 und an Fz bis 0,17

betragen, treten an der Position Fpz Faktoren zwischen 0,29 und 0,49 auf.

Tabelle 4.6: Propagationsfaktoren im Segment ”zeitgebundene willkürliche Blinks”

Elektroden Vp 001 Vp 002 Vp 003 Vp 004 Vp 005 Vp 006 Vp 007 Vp 008 Vp 009 Vp 010 Vp 011 Vp 012

Fpz 0,35 0,38 0,40 0,29 0,34 0,34 0,49 0,34 0,40 0,39 0,40 0,44Fz 0,14 0,11 0,14 0,10 0,12 0,15 0,14 0,10 0,14 0,14 0,16 0,17Cz 0,08 0,04 0,05 0,06 0,05 0,06 0,05 0,05 0,05 0,05 0,07 0,08Pz 0,04 0,03 0,01 0,03 0,02 0,03 0,02 0,03 0,03 0,04 0,03 0,04


4.3 Reizbezogene willkürliche Blinks

Blinks, die infolge eines Reizes willkürlich auftreten (durchgezogene Linie in Abbildung

4.6), zeigen vor der Augenartefaktkorrektur ein ähnliches Muster wie willkürliche Blinks

aufgrund eines vorgegebenen Zeitintervalls (gepunktete Linie in Abbildung 4.6). In der

Grafik ist zu erkennen, daß sich der entsprechende Grand Mean kaum unterscheidet.

Abbildung 4.6: Grand Mean im Segment “reizgebundene willkürliche Blinks” vor der Augenartefaktkorrektur; zum Vergleich die

Daten im Segment „zeitgebundene willkürliche Blinks“ als gepunktete Linie; “0s” bezeichnet den Trigger “blink”; die linke Abbildung

zeigt die Elektrodenpositionen Fpz, Fz, Cz und Pz, die rechte Abbildung den VEOG-Kanal; unterschiedliche Skalierung!

Vergleicht man diese beiden Segmente nach der EMCP-Korrektur, zeigt sich im Grand

Mean an der frontalen, centralen und parietalen Elektrodenposition offensichtlich eine

gelungene Korrektur. Wie in Abbildung 4.7 jedoch zu erkennen ist, ist die Korrektur an

der frontopolaren Position erneut fehlerhaft. Der unterschiedliche Kurvenverlauf an Fpz

spiegelt zum einen die geringfügig unterschiedliche Blink-Form bei zeitgebundenen bzw.


reizgebundenen willkürlichen Blinks (s. VEOG-Kanal, Abbildung 4.6 rechts) wieder,

zum anderen sind typische ereigniskorrelierte Potentiale aus dem Oddball-Paradigma zu

erkennen (durchgezogene Linie; die gepunktete Linie zeigt nochmals die korrigierte

Form aus der Epoche ”zeitgebundene willkürliche Blinks”).

Die angewandte Augenkorrekturmethode führt auch in diesem Segment meist zu einer

Unterkorrektur an Fpz. Es wird jedoch deutlich, daß reizgebundene Augenartefakte ge-

nauer korrigiert werden als zeitgebundene Artefakte. Diese Ergebnisse legen nahe, daß

man mit der EMCP zu zuverlässigeren Ergebnissen gelangt, wenn auf den EOG- und

EEG-Kanälen ausreichend ereigniskorrelierte Aktivität für die Subtraktion solcher Ef-

fekte vorhanden ist.

Die Amplituden-Peaks des Grand Mean und der einzelnen Vpn vor und nach der Arte-

faktkorrektur werden in den Tabellen 4.8 und 4.9 dargestellt. Betrachtet man die einzel-

nen Vpn separat, zeigen insgesamt acht Vpn das unterkorrigierte Muster an Fpz, wobei

eine Vp (Vp004) zudem an den Positionen Fz und Cz und Pz unterkorrigiert scheint,

eine weitere (Vp001) zudem an Pz. Bei vier Vpn (Vp006, Vp008, Vp009 und Vp010)

kann man von einer präzisen Korrektur an Fpz ausgehen, wobei hier eine Vp (Vp006)

an der Position Pz eine Unterkorrektur aufweist. Allerdings könnte es sich bei den Fehl-

korrekturen an Pz auch um eine Überlagerung mit dem EKP (P3-Komponente) handeln.

Abbildung 4.7: Grand Means in den Segmenten “reizgebundene will-

kürliche Blinks” (durchgezogene Linie) und “zeitgebundene willkürli-

che Blinks” (gepunktete Linie) nach der Augenartefaktkorrektrur; “0s”

bezeichnet den Trigger “blink”


Die Dauer der Blinks ist bei den Vpn verschieden (zwischen 0,3 s und 0,9 s) und es zeigt

sich tendenziell, daß die Korrektur hauptsächlich dann erfolgreich durchgeführt werden

kann, wenn die Dauer der Blinks vergleichsweise kürzer ist (0,2 s bis 0,5 s) (Averages

der einzelnen Vpn im Anhang).

Tabelle 4.8: Potentiale zum Zeitpunkt des Blink-Maximum im Segment „reizbezogene willkürliche Blinks“ vor der Augenartefaktkor-

rektur

Elektrode GrandMean


Fpz 290,07 µV 172,90 µV 429,43 µV 159,10 µV 253,16 µV 354,41 µV 21,55 µV 738,96 µV 190,94 µV 179,40 µV 341,19 µV 422,81 µV 160,74 µVFz 94,37 µV 71,46 µV 108,80 µV 58,19 µV 83,36 µV 111,45 µV 73,40 µV 208,33 µV 55,58 µV 74,05 µV 140,25 µV 176,98 µV 59,77 µVCz 32,94 µV 45,58 µV 33,24 µV 20,95 µV 45,47 µV 52,30 µV 34,58 µV 82,76 µV 24,57 µV 39,88 µV 66,20 µV 81,61 µV 28,69 µVPz 45,56 µV 43,81 µV 22,01 µV 15,88 µV 28,96 µV 45,37 µV 29,46 µV 50,72 µV 16,82 µV 29,58 µV 39,11 µV 45,22 µV 20,10 µV

VEOG -693,41 µV -393,48 µV -1069,98µV -406,19µV -868,25 µV -978,92 µV -604,35 µV -1454,98 µV -632,66 µV -407,09 µV -817,45 µV -973,58 µV -276,67 µV

Tabelle 4.9: Potentiale zum Zeitpunkt des Blink-Maximum im Segment „reizbezogene willkürliche Blinks“ nach der Augenartefaktkor-

rektur, ohne VEOG-Kanal

Elektrode GrandMean


Fpz 22,56 µV 35,49 µV 10,71 µV 24,62 µV 53,70 µV 21,64 µV 10,96 µV 36,84 µV 12,79 µV 20,37 µV 12,93 µV 17,99 µV 10,72 µVFz 16,67 µV 11,92 µV 1,53 µV 7,49 µV 24,54 µV 1,18 µV 2,25 µV 19,51 µV 5,78 µV 3,66 µV 1,08 µV 12,92 µV 11,12 µVCz 5,08 µV 12,36 µV -4,63 µV 3,37 µV 35,83 µV 2,93 µV 5,85 µV 13,11 µV 2,96 µV 3,89 µV -4,68 µV 7,83 µV 9,42 µVPz 9,68 µV 22,15 µV -3,01 µV 2,68 µV 21,32 µV 28,45 µV 14,12 µV 10,15 µV 5,33 µV 6,18 µV -1,47 µV 6,66 µV 0,24 µV


4.4 Cerebrale Potentiale vor willkürlichen Bewegungen

Um spezifische Potentiale vor willkürlichen Augenbewegungen analysieren zu können,

sollte ein Vergleich zwischen den Average-Amplituden in den Bedingungen ”willkürliche

Blinks im Zeitverlauf”, ”unwillkürliche Blinks” und ”willkürliche Fingerbewegungen”

stattfinden. Insbesondere sollte untersucht werden, ob bei willkürlichen Blinks eine all-

mähliche Negativierung sichtbar wird, die der vor willkürlichen Fingerbewegungen ähnelt

und die in der Bedingung ”unwillkürliche Blinks” nicht auftritt. Anschließend sollte der

Effekt der EMCP beurteilt werden.

Eine Analyse der Daten zeigte bei keiner Vpn die erwarteten ansteigenden Negativierun-

gen. Insbesondere trat kein BP in der Bedingung ”willkürliche Fingerbewegungen” auf,

welches für den Vergleich mit der Bedingung ”willkürliche Blinks” herangezogen werden

sollte. Es kann somit keine Aussage bezüglich dieser Fragestellung gemacht werden.

Eine Analyse der Zuverlässigkeit des Augenkorrekturverfahrens in dem entsprechenden

Zeitabschnitt konnte somit ebenfalls nicht erfolgen.

Wie bereits in Kapitel 3.1 beschrieben wurde, reduzieren sich BP im Verlauf eines Expe-

riments aufgrund von Habituation. Zudem sind BP größer bei komplexen Aufgaben, bei

hohem Kraftaufwand und bei langsamen Bewegungen. Es wird angenommen, daß die

erwarteten BP vor willkürlichen Fingerbewegungen im Verlauf des Experiments bzw.

bereits während der Probedurchgänge aufgrund dieser Eigenheiten des BP reduziert

wurden und durch die nachfolgende Mittelung über alle Trials nicht mehr ausfindig ge-

macht werden konnten. Zudem muß angenommen werden, daß die Aufgabenstellung

(einfache Aufgabe, welche schnelle Bewegungen und geringen Kraftaufwand erforderte)

nicht optimal war, um angemessene BP zu evozieren.


4.5 Reizbezogene Reaktionen im Oddball-Paradigma (ereigniskorrelierte

Potentiale)

Es werden zunächst die Ergebnisse aus den drei Oddball-Bedingungen betrachtet, die

durch den seltenen Reiz evoziert wurden. In Abbildung 4.8 sind die entsprechenden

Grand Means vor der Augenartefaktkorrektur mit der EMCP dargestellt. Zur Veran-

schaulichung wurden zwei verschieden skalierte Grafiken gewählt, um einerseits die

Vergleichbarkeit zum artefaktkorrigierten Grand Mean zu gewährleisten (linke Abbil-

dung) und zum anderen die Amplituden am Blink-Maximum an allen Elektrodenposi-

tionen komplett darzustellen (rechte Abbildung). Abbildung 4.10 zeigt den Verlauf der

drei Segmente am VEOG-Kanal.

Abbildung 4.8: Grand Mean in den Segmenten “Oddball Blink” (gestrichelte Linie), “Oddball Finger” (durchgezogene Linie) und

“Oddball Zählen” (gepunktete Linie) vor der Augenartefaktkorrektur; “0s” bezeichnet den Trigger “seltener Reiz”; unterschiedliche

Skalierung!

Man kann im unkorrigierten Grand Mean deutliche Unterschiede zwischen den drei Be-

dingungen erkennen, insbesondere weicht das Segment ”Oddball Blink” (gestrichelte

Linie) an den Elektrodenpositionen Fpz und Fz aufgrund der geforderten Reaktion bis

210 µV von den Segmenten ”Oddball Finger” (durchgezogene Linie) und ”Oddball Zäh-

len” (gepunktete Linie) ab. Auch an den Positionen Cz und Pz sind zum Zeitpunkt des


Blink-Maximum Amplituden von über 40 µV erkennbar. Die Segmente ”Oddball Finger”

und ”Oddball Zählen” zeigen lediglich Differenzen im Bereich von 5 µV bis 15 µV.

Die Auswirkung einer Augenartefaktkorrektur mit der EMCP ist in Abbildung 4.9 darge-

stellt. Wie in den vorigen Auswertungen zeigt sich auch hier, daß das verwendete Kor-

rekturverfahren an den Elektrodenpositionen Fpz und Fz fehlerhaft ist. Während die

Grand Means der Segmente ”Oddball Finger” und ”Oddball Zählen” an allen Elektro-

denpositionen große Ähnlichkeiten aufweisen, weicht derjenige des Segments ”Oddball

Blink” an diesen Positionen im Zeitbereich von 100 ms bis 900 ms nach wie vor stark

von den Vergleichs-Segmenten ab (bis zu 20 µV).

Eine separate Analyse der einzelnen Vpn (Averages der einzelnen Vpn im Anhang) er-

gibt, daß die Artefaktkorrektur bei drei Vpn (Vp005, Vp006 und Vp011) scheinbar prä-

zise ist, da sich bei ihnen die drei Oddball-Segmente wenig unterscheiden. Bei drei weite-

ren Vpn (Vp002, Vp007 und Vp008) führt die Artefaktkorrektur zu sehr starken Abwei-

chungen des Segments ”Oddball Blink” von den beiden anderen Segmenten, insbesonde-

re an der Position Fpz, wobei zwei Vpn ein deutlich unterkorrigiertes Muster aufweisen

(Maximum an Fpz bei 70,06 µV (Vp008) bzw. bei 44,77 µV (Vp002)) und eine Vp

(Vp007) überkorrigiert wird (Maximum an Fpz bei –33,32 µV). Offenbar hängen diese

auffallenden Abweichungen mit dem Blink-Maximum der entsprechenden Vpn zusam-

men, da sie im VEOG-Kanal deutlich größere Amplituden aufweisen als die übrigen Vpn

(zwischen –911,59 µV und –1616,64 µV; im Gegensatz dazu die anderen Vpn: zwischen

-163,31 µV und -823,56 µV).

Die übrigen Vpn zeigen das unterkorrigierte Muster, welches sich im Grand Mean ab-

zeichnet. Ein Zusammenhang zum Blink-Maximum im VEOG-Kanal kann hier allerdings

nicht festgestellt werden, da sich die Variation dieses Maximums von den gelungenen

Korrekturen nicht unterscheidet.


Abbildung 4.9: Grand Means in den Segmenten “Oddball

Blink” (gestrichelte Linie), “Oddball Finger” (durchgezo-

gene Linie) und “Oddball Zählen” (gepunktete Linie) nach

der Augenartefaktkorrektur; ”0s“ bezeichnet den Trigger

„seltener Reiz“.

Abbildung 4.10: wie Abbildung 4.8, die Abbildung zeigt

den VEOG-Kanal

Um beurteilen zu können, welche Auswirkungen die gezeigte Ungenauigkeit der Arte-

faktkorrektur auf typische Auswertungsstrategien des Oddball-Paradigmas hat, wurde

eine Parametrisierung der P3-Komponente in den artefaktkorrigierten Segmenten durch-

geführt. Die Tabellen 4.10 bis 4.12 zeigen die Ergebnisse dieser Parametrisierung, wobei

jeweils die Latenzen sowie Amplituden aller Vpn aufgeführt sind. Es kann demonstriert

werden, daß sich die Ergebnisse des Segments ”Oddball Blink” von denen der beiden

anderen Segmente unterscheiden. Insbesondere weichen die Amplituden an der Elektro-

denposition Fpz im Segment ”Oddball Blink” auffallend von denen der beiden anderen

Segmente ab, und auch an der Position Fz sind noch deutliche Differenzen zwischen den

entsprechenden Segmenten festzustellen.

Eine genauere Analyse der einzelnen Vpn ergibt, daß extrem hohe Werte an Fpz dann

erscheinen, wenn die Latenz der P3-Komponente derjenigen des Blink-Maximum ent-

spricht, d. h. wenn die maximale Amplitude des Blinks am VEOG-Kanal und die entspre-

chenden Komponente ungefähr gleichzeitig auftreten. Es können dann im Segment

”Oddball Blink” Residuen an der Position Fpz von bis zu 60 µV festgestellt werden, die

in den beiden anderen Segmenten deutlich geringer ausfallen (unter 5 µV).


Tabelle 4.10 : Ergebnis der P3-Parametrisierung artefaktkorrigierter Strecken, Segment ”Oddball Blink”

Fpz Fz Cz PzLatenz Amplitude Latenz Amplitude Latenz Amplitude Latenz Amplitude

VP 001 330 18,73 340 11,62 350 11,19 350 14,46VP 002 320 30,69 360 12,02 350 -4,05 350 -1,64VP 003 360 5,53 330 8,33 240 10,27 340 14,55VP 004 310 10,30 310 15,78 320 27,54 340 21,16VP 005 340 2,67 340 3,06 360 9,90 390 21,56VP 006 340 -1,70 330 -10,50 410 -2,02 410 9,42VP 007 320 32,23 330 -7,89 340 1,76 340 9,34VP 008 350 60,94 350 14,37 340 2,44 350 4,15VP 009 370 21,80 380 17,78 380 14,42 370 10,69VP 010 340 14,31 380 12,32 380 15,14 380 12,68VP 011 370 11,81 380 1,,75 380 11,74 400 9,54VP 012 390 21,02 370 8,34 390 1,90 390 3,63

Tabelle 4.11 : Ergebnis der P3-Parametrisierung artefaktkorrigierter Strecken, Segment ”Oddball Finger”


VP 001 330 -8,51 340 -4,27 340 1,04 350 12,68VP 002 370 7,71 350 8,67 340 6,54 350 11,74VP 003 330 1,36 330 6,40 330 9,67 340 11,49VP 004 330 -0,89 310 4,86 310 17,09 330 20,18VP 005 320 3,07 340 6,57 370 13,13 340 20,02VP 006 350 -3,04 350 8,48 360 9,92 360 10,70VP 007 340 -5,10 340 4,17 350 13,79 350 16,09VP 008 350 -0,19 340 7,13 350 12,27 350 14,10VP 009 390 2,03 370 15,18 360 18,14 370 15,93VP 010 360 -5,06 370 6,33 360 16,05 370 14,04VP 011 350 3,89 360 9,47 350 12,42 360 14,39VP 012 340 2,19 350 5,07 370 6,51 390 8,01

Tabelle 4.12 : Ergebnis der P3-Parametrisierung artefaktkorrigierter Strecken, Segment ”Oddball Zählen”


VP 001 310 -4,25 290 -1,36 340 1,04 350 12,68VP 002 390 -0,16 350 8,67 350 6,16 350 11,74VP 003 290 1,16 330 6,40 330 9,68 340 11,50VP 004 380 -3,99 310 4,86 310 17,10 330 20,18VP 005 310 -0,52 320 3,07 340 12,40 340 20,02VP 006 350 -3,04 350 8,48 360 9,92 360 10,70VP 007 330 -2,92 340 2,28 350 13,79 350 16,10VP 008 270 -3,59 340 7,13 350 12,27 350 14,10VP 009 300 1,63 370 15,18 360 18,15 370 15,93VP 010 320 1,20 370 6,33 360 16,05 370 14,04VP 011 310 1,28 360 9,47 350 12,43 360 14,39VP 012 390 -0,16 350 5,07 370 6,51 390 8,02


Man kann aufgrund der vorliegenden Ergebnisse davon ausgehen, daß Aussagen über

ereigniskorrelierte Potentiale an frontalen und frontopolaren Elektrodenpositionen auf-

grund der Ungenauigkeit der EMCP nicht exakt gemacht werden können. Offensichtlich

ist das Korrekturverfahren wegen der geringen Distanz dieser Elektrodenpositionen zum

Auge nicht in der Lage, Augenartefakte korrekt herauszufiltern. Es besteht also ein Risi-

ko, Ergebnisse bei ereigniskorrelierten Potentialen zu interpretieren, die alleine auf Au-

genartefakten beruhen.

Eine weitere Auswertung ermöglicht es, die Grand Means bei systematischen und un-

systematischen Blinks zu vergleichen. Bei der Überprüfung der Daten stellte sich heraus,

daß die geforderte Blink-Reaktion nach seltenen Reizen bei allen Vpn zuverläßlich auf-

trat. Zudem zeigten sie nach häufigen Reizen gelegentliche Blink-Reaktionen, die nicht

systematisch auftraten.

Abbildung 4.11: Grand Mean im Segment „Oddball Blink“, Reaktionen auf seltene Reize (gestrichelte Linie) und auf häufige Reize

(durchgezogene Linie) vor der Augenartefaktkorrektur; “0s” bezeichnet den Trigger “seltener Reiz” bzw. „häufiger Reiz“; die linke

Abbildung zeigt die Elektrodenpositionen Fpz, Fz, Cz und Pz, die rechte Abbildung den VEOG-Kanal; unterschiedliche Skalierung!

Im VEOG-Kanal ist zu erkennen, daß die gemittelten Blink-Amplituden bei häufigen

Reizen (durchgezogene Linie) zwar um ein Vielfaches kleiner sind als bei seltenen Rei-

zen (gestrichelte Linie), da es sich um eine Mittelung unsystematisch auftretender Reak-


tionen handelt. Jedoch betragen ihre Potentiale noch über 45 µV (s. Abbildung 4.11,

rechts).

Man kann im Grand Mean vor der Augenartefaktkorrektur erkennen, daß an der

Elektrodenposition Fpz zum Zeitpunkt des Blink-Maximum noch geringe Artefakt-

Aktivität nachzuweisen ist (bis 12,64 µV). Nach der Korrektur (Abbildung 4.12) sind an

dieser Stelle keine Residuen mehr erkennbar. Dieses Ergebnis ist ein Hinweis darauf, daß

eine Augenartefaktkorrektur mit der EMCP offenbar zu präziseren Ergebnissen führt,

sofern Augenartefakte nicht systematisch auftreten. Um hierüber endgültige Angaben

machen zu können, sind jedoch detailliertere Untersuchungen dieses Sachverhaltes not-

wendig.

Faßt man die Ergebnisse dieses Kapitels zusammen, ergibt die Augenartefaktkorrektur

mit der EMCP bei reizbezogenen Reaktionen, wie sie im Oddball-Paradigma auftreten,

keine zufriedenstellenden Ergebnisse, sofern Blinks regelmäßig nach der Präsentation

des Reizes bzw. bei einer motorischen oder kognitiven Reaktion auftreten. Aufgrund der

Ergebnisse erscheint es sinnvoll, die experimentellen Daten vor der Auswertung auf sys-

tematische Blink-Reaktionen zu untersuchen, um Fehlinterpretationen zu vermeiden.

4.6 Augenartefaktkorrektur über die komplette Meßstrecke

Abbildung 4.12: Grand Mean im Segment „Oddball Blink“,

Reaktionen auf seltene Reize (gestrichelte Linie) und auf

häufige Reize (durchgezogene Linie) nach der Augenarte-

faktkorrektur; “0s” bezeichnet den Trigger “seltener Reiz”

bzw. „häufiger Reiz“.


Wie in Kapitel 3.4 beschrieben wurde, lassen Untersuchungsergebnisse von Croft & Bar-

ry (1998 (1) und (2)) vermuten, daß eine Augenartefaktkorrektur dann präziser ist, wenn

die Varianz der Augenartefakte möglichst groß ist. Um diese Annahme zu überprüfen,

wurde eine Korrektur-Strategie gewählt, bei der die gesamte Meßstrecke, welche sämtli-

che Bedingungen enthält, herangezogen wurde, um eine Augenartefaktkorrektur nach

der EMCP durchzuführen. Es wird angenommen, daß sich die Varianz der Augenarte-

fakte dadurch zum einen aufgrund der längeren Meßstrecke und zum anderen aufgrund

der verschiedenen Aufgabenstellungen bezüglich der Lidschläge erhöht. Die Ergebnisse

dieser Analyse werden im folgenden dargestellt.

Abbildung 4.13 zeigt das Ergebnis einer solchen Auswertung für das Segment „unwill-

kürliche Blinks“ (durchgezogene Linie). Zum Vergleich wird zusätzlich das Ergebnis

einer Korrektur im Einzelsegment aus Kapitel 4.1 nochmals dargestellt (gestrichelte Li-

nie). Man kann im Grand Mean erkennen, daß das Muskelpotential, welches im Grand

Mean vor der eigentlichen Blinkbewegung auftritt, nicht optimal korrigiert wird; es wird

bei einer Auswertung über die gesamte Meßstrecke überschätzt. Jedoch zeigt sich, daß

die Korrektur des eigentlichen Blinks (Zeitbereich von –100 ms bis 400 ms in Abbildung

Abbildung 4.13: Grand Mean im Segment ”unwillkürliche Blinks” nach

der Augenartefaktkorrektur über die gesamte Meßstrecke (durchgezogene

Linie) und im Einzelsegment (gestrichelte Linie); ”0s” bezeichnet den

Trigger ”blink”.


4.13) besser gelingt als bei der ursprünglichen Vorgehensweise, bei welcher die Korrek-

tur lediglich auf das einzelne Segment bezogen wurde. An den Elektrodenpositionen Cz

und Pz ähneln sich die Ergebnisse aus den beiden Auswertungs-Strategien weitgehend.

Die Differenzen treten insbesondere an den Positionen Fpz und Fz hervor, wo die Resi-

duen im Zeitbereich des Blinks bei der Korrektur im Einzelsegment deutlich größer sind.

Aus Tabelle 4.13 kann entnommen werden, daß die Potentiale, insbesondere an den Po-

sitionen Fpz und Fz, im allgemeinen bedeutend kleiner sind als die entsprechenden Po-

tentiale der Blink-Maxima bei einer Korrektur im Einzelsegment.

Insgesamt fünf Vpn weisen bei einer Korrektur über die gesamte Meßstrecke ein deutlich

besseres Ergebnis auf als bei einer Korrektur im Einzelsegment. Bei vier Vpn (Vp006,

Vp007, Vp010 und Vp011) unterscheiden sich die beiden Korrektur-Strategien kaum, d.

h. die Korrektur im Einzelsegment ist nur geringfügig unpräziser. Bei drei Vpn (Vp001,

Vp009 und Vp012) ist die Korrektur im Einzelsegment offenbar geeigneter, da die Resi-

duen kleiner sind als nach der Korrektur im Einzelsegment (Averages der einzelnen Vpn

im Anhang). Betrachtet man die Datenaufzeichnung des VEOG-Kanals dieser Vpn, zeigt

sich, daß die Varianz über die komplette Meßstrecke geringer ist als bei den übrigen

Vpn. Dagegen zeigen die Vpn, deren Korrektur über die gesamte Meßstrecke präziser

ausfiel, in den einzelnen Segmenten deutliche Unterschiede in der Blink-Form auf, d. h.

deren Varianz im Augenkanal ist größer. Insofern kann die Vermutung, daß eine höhere

Varianz in den Artefakten eine präzisere Augenartefaktkorrektur nahelegt, zunächst

bestätigt werden. Eine Einschränkung ergibt sich jedoch bei der Analyse der übrigen Be-

dingungen.

Tabelle 4.13: Potentiale zum Zeitpunkt des Blink-Maximum im Segment ”unwillkürliche Blinks”, Korrektur über die gesamte

Meßstrecke; nach der Augenartefaktkorrektur

Elektrode GrandMean


Fpz 8,91 µV 28,13 µV 9,61 µV -2,11 µV 19,88 µV 11,56 µV -11,79 µV -7,71 µV 13,55 µV 47,14 µV 10,21 µV 0,23 µV -11,67 µV

Fz 1,61 µV 9,62 µV -1,40 µV -2,47 µV 7,80 µV 4,79 µV -9,55 µV -1,17 µV 5,45 µV 14,90 µV 4,98 µV 1,83 µV -3,38 µV

Cz 0,48 µV 4,63 µV -1,57 µV -1,84 µV -3,16 µV 2,94 µV 2,62 µV 2,33 µV 4,00 µV 6,92 µV 3,35 µV 0,28 µV 0,82 µV

Pz 0,22 µV 7,84 µV -2,04 µV 0,42 µV 0,70 µV 2,36 µV 5,27 µV 3,48 µV 1,19µV 6,03 µV -0,57 µV 1,54 µV 0,73 µV

In den Segmenten „zeitgebundene willkürliche Blinks“ sowie „Oddball Blink“ sind die

Residuen im Zeitbereich des Blinks bei der Augenartefaktkorrektur über die gesamte

Meßstrecke größer als bei derjenigen in den jeweiligen Einzelsegmenten, d. h. die Kor-


rektur fällt schlechter aus. Die Abbildungen 4.14 und 4.15 stellen die Ergebnisse der bei-

den Korrektur-Strategien dar (Korrektur über die gesamte Meßstrecke als durchgezoge-

ne Linie, Korrektur im Einzelsegment als gestrichelte Linie).

Während sich die Ergebnisse aus den beiden Korrektur-Strategien an den Elektrodenpo-

sitionen Cz und Pz auch in diesen Bedingungen ähneln, sind an den Positionen Fpz und

Fz deutliche Unterschiede feststellbar. Vor allem an Fpz erkennt man, daß aus einer Kor-

rektur im Einzelsegment bessere, wenn auch nicht optimale Ergebnisse resultieren. Die

Bedingung „zeitgebundene willkürliche Blinks“ soll näher beleuchtet werden. Aus Ta-

belle 4.14 können für dieses Segment die Amplitudenauslenkungen am Blink-Maximum

entnommen werden. Es zeigt sich, daß sich bei insgesamt acht Vpn das gezeigte Muster

aus dem Grand Mean nachvollziehen läßt. Bei drei Vpn (Vp006, Vp007, Vp011) dage-

gen scheint die Korrektur über die gesamte Meßstrecke zuverlässiger zu sein als diejeni-

Abbildung 4.14: Grand Mean im Segment

”zeitgebundene willkürliche Blinks” nach der Au-

genartefaktkorrektur über die gesamte Meß-strecke

(durchgezogene Linie) und im Einzelsegment (ge-

strichelte Linie); ”0s” bezeichnet den Trigger

”blink”.

Abbildung 4.15: Grand Mean im Segment ”Oddball

Blink” nach der Augenartefaktkorrektur über die

gesamte Meßstrecke (durchgezogene Linie) und im

Einzelsegment (gestrichelte Linie); ”0s” bezeichnet

den Trigger ”seltener Reiz”.


ge im Einzelsegment. Nahezu identische Ergebnisse zeigt in diesem Segment eine Vp

(Vp002) (Averages der einzelnen Vpn im Anhang).

Tabelle 4.14: Potentiale zum Zeitpunkt des Blink-Maximum im Segment ”zeitgebundene willkürliche Blinks”, Korrektur über die

gesamte Meßstrecke; nach der Augenartefaktkorrektur

Elektrode GrandMean


Fpz 45,01 µV 71,27 µV 34,01 µV 26,01 µV 45,83 µV 56,63 µV 12,84 µV 14,04 µV 74,24 µV 56,02 µV 56,20 µV 10,01 µV 86,00 µV

Fz 12,25 µV 32,55 µV 7,74 µV 9,69 µV -6,63 µV 20,75 µV 9,12 µV -1,02 µV 18,70 µV 14,95 µV 24,02 µV 5,91 µV 24,59 µV

Cz 7,71 µV 15,66 µV -0,26 µV 4,67 µV -12,29 µV 9,41 µV 9,09 µV -1,54 µV 7,24 µV 2,26 µV 17,45 µV 4,44 µV 12,14 µV

Pz 9,75 µV 12,86 µV -4,14 µV -3,34 µV 9,54 µV 3,39 µV 6,03 µV -1,76 µV 5,11 µV -0,61 µV 11,06 µV 0,35 µV 6,70 µV

In Tabelle 4.15 sind die Propagationsfaktoren zusammengefaßt, die man bei einer Kor-

rektur über die gesamte Meßstrecke erhält. Zu beachten ist, daß bei einer solchen Vor-

gehensweise sehr viel mehr Artefakte in die Berechnung der Faktoren eingehen. Man

vermeidet damit, daß die Faktoren aufgrund von insgesamt zu wenig vorhandenen Au-

genartefakten unzuverlässig berechnet werden.

Tabelle 4.15: Propagationsfaktoren, Korrektur über die gesamte Meßstrecke

Elektroden Vp 001 Vp 002 Vp 003 Vp 004 Vp 005 Vp 006 Vp 007 Vp 008 Vp 009 Vp 010 Vp 011 Vp 012

Fpz 0,29 0,38 0,36 0,26 0,35 0,33 0,52 0,25 0,37 0,40 0,42 0,34Fz 0,12 0,10 0,13 0,10 0,12 0,12 0,15 0,08 0,14 0,15 0,18 0,12Cz 0,06 0,04 0,05 0,05 0,05 0,05 0,06 0,04 0,06 0,06 0,08 0,07Pz 0,04 0,02 0,02 0,01 0,03 0,04 0,03 0,02 0,04 0,03 0,03 0,04

Die Propagationsfaktoren spiegeln die zuvor gemachten Aussagen wieder. Da es sich bei

den Ungenauigkeiten der EMCP meist um Unterkorrekturen handelt, stehen größere

Propagationsfaktoren mit zuverlässigeren Korrekturen in Zusammenhang. Fallen die un-

terschiedlichen Korrektur-Strategien ähnlich aus, sind auch die Propagationsfaktoren

identisch. Zudem zeigt sich, daß die Propagationskoeffizienten bei einer Korrektur im

Einzelsegment deutlich kleiner ausfallen, wenn zu wenig Blink-Artefakte im entspre-

chenden Segment vorkommen, d. h. das Ergebnis wird deutlicher unterschätzt. Ein Be-

zug zwischen der Blink-Größe bzw. Blink-Form und den Propagationsfaktoren kann

nicht ausfindig gemacht werden.


Zusammenfassend können keine einheitlichen Ergebnisse festgestellt werden. Sowohl die

Artefaktkorrekturen in den Einzelsegmenten als auch die Korrekturen über die gesamte

Meßstrecken liefern keine optimalen Ergebnisse, zudem zeichnet sich keine Überlegen-

heit einer der beiden Strategien ab. Tendenziell kann man aufgrund der vorliegenden

Daten davon ausgehen, daß sich die Korrektur in den Einzelsegmenten bei unwillkürli-

chen Blinks eher bewährt, die Korrektur über die gesamte Meßstrecke dagegen bei will-

kürlichen Blinks. Möglicherweise ist es sinnvoll, bei einer Anwendung der Artefaktkor-

rektur über die gesamte Meßstrecke zwischen unwillkürlichen und willkürlichen Blinks

zu unterscheiden und jeweils separate Korrekturen durchzuführen.


4.7 Ergebnisse für die Eliminierung von Augenartefakten mit Hilfe der Schätzung

der CSD

Einige Beispiele für die Berechnung des Kanals “CSD_new” sind in den Abbildungen

4.16 bis 4.18 zu sehen.

Wie bereits durch visuelle Inspektion der Abbildungen deutlich zu erkennen ist, sind auf

dem neu berechneten Kanal “CSD_new” zum Zeitpunkt der Blinks nach wie vor deutli-

che Amplitudenauslenkungen in positiver Richtung vorhanden. Zwar verringern sich die

Amplituden im Vergleich zum ursprünglichen Kanal “Fpz” um ein Vielfaches. Jedoch

muß die Annahme, daß es sich bei der Berechnung der elektrischen Feldstärke ΦQuelle

mittels CSD um eine Schätzung des wahren Potentials an einer bestimmten Position und

somit als Methode zur Eliminierung von Augenartefakten handelt, verworfen werden.

CSD_1 - Fpz

CSD_2 - Fpz

CSD_3 - Fpz

CSD_4 - Fpz

Fpz

CSD_new

blink blink blink blink blink

200 µV

200 µV

200 µV

200 µV

200 µV

200 µV

Abbildung 4.16: Beispiel für die Berechnung des Kanals „CSD_new“ im Segment „unwillkürliche Blinks “


CSD_1 - Fpz

CSD_2 - Fpz

CSD_3 - Fpz

CSD_4 - Fpz

Fpz

CSD_new

blink blink blink blink blink

200 µV

200 µV

200 µV

200 µV

200 µV

200 µV

Abbildung 4.17: Beispiel für die Berechnung des Kanals „CSD_new“ im Segment „zeitgebundene willkürliche

Blinks“

CSD_1 - Fpz

CSD_2 - Fpz

CSD_3 - Fpz

CSD_4 - Fpz

Fpz

CSD_new

S 26 S 26blink S 26blink S 25

200 µV

200 µV

200 µV

200 µV

200 µV

200 µV

Abbildung 4.18: Beispiel für die Berechnung des Kanals „CSD_new“ im Segment „reizgebundene willkürliche

Blinks“ (Oddball-Paradigma)


5 Diskussion

In den vorangegangenen Abschnitten konnte gezeigt werden, daß keine der überprüften

Methoden zur Augenartefakt-Korrektur in der Lage ist, die Artefakte vollständig zu eli-

minieren. Weder die EMCP noch eine Schätzung der CSD gelangten zu zufriedenstellen-

den Ergebnissen. Insbesondere stellte sich heraus, daß es offensichtlich keine Möglichkeit

gibt, die Elektrodenposition Fpz mit diesen Methoden adäquat zu korrigieren, so daß es

sinnvoll scheint, Aussagen und Interpretationen über EEG-Ableitungen, die das Frontal-

hirn betreffen, gewissenhaft zu prüfen. Die Ergebnisse können folgender- maßen zusam-

mengefaßt werden:

5.1 Abschließende Bemerkungen zur EMCP

Alle Auswertungen, die auf der EMCP beruhen, ließen nach der Korrektur noch deutli-

che Residuen an Fpz und teilweise auch an Fz zum Zeitpunkt der Blinks erkennen. Insbe-

sondere unwillkürliche Blinks und willkürliche Blinks, die nicht infolge von Reizen auf-

treten, wurden frontopolar unpräzise korrigiert. In den meisten Fällen wurden Unterkor-

rekturen beobachtet, d. h. es wurde zu wenig Aktivität, die von den Augen auf die

Skalpelektroden propagiert, herausgerechnet. Wurden willkürliche Blinks infolge von

Reizen durchgeführt (im Oddball-Paradigma) fielen die Korrekturen etwas genauer aus.

Der Vergleich der Ergebnisse in den drei durchgeführten Oddball-Aufgaben zeigte an-

schaulich, welchen Einfluß Blinkbewegungen in einer reizbezogenen Aufgabe ausüben.

Auch hier wird die Verzerrung des EEG durch die Augenartefakte sichtbar. Letztlich

konnte auch die Annahme, daß eine höhere Varianz der Artefakte zu besseren Resultaten

in der Korrektur führt, nicht bestätigt werden. Die Ergebnisse variierten stark in Abhän-

gigkeit der Bedingungen und der Vpn.

Exakte Artefaktkorrekturen liefert offenbar das Ausschluß-Verfahren, welches aufgrund

der Eliminierung blink-behafteter Strecken keine Blink-Residuen zurückläßt. Allerdings

kann dieses Verfahren, wie in Kapitel 2.2.1 angedeutet wurde, nur beim Spontan-EEG

angewandt werden.

Zusätzlich konnte demonstriert werden, daß bei der Auswertung ereigniskorrelierter Po-

tentiale zufriedenstellende Ergebnisse bezüglich der Artefakt-Korrektur dann auftreten,

wenn Blinks unsystematisch auftreten. Dies überzeugt insofern, da in Untersuchungen,


die nicht explizite Blink-Reaktionen erfordern, systematische Blinks nicht unbedingt auf-

treten. Dies sollte jedoch vor der Datenauswertung überprüft werden.

Zieht man einen Vergleich der EMCP mit anderen Methoden zur Augenartefaktkorrektur

heran, ergeben sich einige Hinweise darauf, welche Ursachen die gezeigten Ungenauig-

keiten (insbesondere Unterkorrekturen) haben könnten.

Zum einen konnten Elbert et al. (1985) nachweisen, daß nicht nur vertikale und hori-

zontale, sondern auch radiale Komponenten des Auges Artefakte an den Skalpelektroden

verursachen. Diese werden bei der EMCP nicht erfaßt. Möglicherweise kommt es daher

zu Unterkorrekturen an den Skalpelektroden. Jedoch kann dies in der vorliegenden Stu-

die nicht alleine für die Ungenauigkeiten der Korrekturergebnisse verantwortlich sein, da

aufgrund der Aufgabenstellungen nur wenig radiale Anteile auftreten konnten.

Die EMCP geht, wie alle Regressions-Modelle, davon aus, daß sich die Artefakte linear

über die Skalpelektroden ausbreiten. Dieses theoretische Modell steht gegebenenfalls

nicht in Einklang mit den beobachteten Daten. Bereits in Kapitel 2.2.2 wurden einige

Einschränkungen dieser Annahme aufgezeigt, eventuell ist eine präzisere Prüfung der

Voraussetzungen der Linearitäts-Annahme notwendig.

Zudem wurde in Kapitel 2.4 aufgezeigt, daß die Verwendung von Referenzelektroden

bei monopolaren Ableitungen heikel ist, da die geforderte Inaktivität der Referenz ein

noch nicht gelöstes Problem darstellt. Die Frage, ob eine Verzerrung des EEG durch

geringe cerebrale Aktivität an den Referenzelektroden auftritt und zu den Unterkorrektu-

ren führen kann, bedarf einer separaten Überprüfung.

In einigen Fällen ergab die Korrektur mit der EMCP bei einzelnen Vpn eine Überschät-

zung der Aktivität an den Skalpelektroden. Diese könnte daher rühren, daß an der obe-

ren VEOG-Elektrode nicht nur okulare, sondern auch cerebrale Aktivität gemessen wird.

Dadurch berechnet die EMCP eine zu hohe Kovarianz zwischen den Kanälen VEOG und

Fpz, was dazu führt, daß der Propagationsfaktor zu groß wird. Der okulare Einfluß wird

also überschätzt. Allerdings ist es dann fraglich, warum diese Überschätzung lediglich in

Ausnahmefällen auftrat.

5.2 Hinweise für die fehlerhafte Schätzung der CSD

Gemäß den Annahmen des Modells werden mit ΦQuelle Potentiale geschätzt, die zu einem

bestimmten Zeitpunkt aus dem Schädel aus- bzw. in den Schädel eintreten (vertikale

Potentialkomponenten). Diejenigen Potentiale, die entlang des Schädels propagieren


(tangentiale Potentialkomponenten), sollten mit der CSD-Schätzung ausgefiltert werden.

Der größte Anteil der Augenpotentiale wird tangential propagiert und sollte daher ent-

fernt werden. Allerdings können mit der CSD-Schätzung nur diejenigen tangentialen Po-

tentialkomponenten ausgefiltert werden, die während der Propagation nicht reduziert

werden. Elektrische Felder reduzieren sich jedoch mit wachsender Entfernung vom Di-

pol. Dies hat zur Folge, daß die Differenzen der tangentialen Potentialkomponenten zwi-

schen zwei Umgebungselektroden in die Schätzung von ΦQuelle nach wie vor eingehen.

Außerdem kann die Annahme des Modells, daß okulare Felder hauptsächlich tangential

propagiert werden, angezweifelt werden. Möglicherweise wurde der Einfluß der verti-

kalen Propagation von Augenpotentialen, die über das Gehirn und den Schädel zur Ziel-

elektrode propagieren, zu gering eingeschätzt.

Eine weitere Interpretation gründet auf der Voraussetzung des Modells, daß die Schät-

zungen von einem zweidimensionalen Modell des Skalp ausgehen. Eventuell verletzt die

Konvexität des Schädels die Annahme der Zweidimensionalität so stark, daß keine ex-

akten Ergebnisse erzielt werden können.

Zudem besteht die Möglichkeit, daß die Platzierung der Elektroden trotz Verwendung

einer Schablone nicht präzise genug war und somit die Voraussetzungen von orthogo-

nalen und äquidistanten Positionierungen nicht exakt gegeben waren. Das Modell könnte

eventuell bereits bei kleinsten Abweichungen zu Ungenauigkeiten in den Ergebnissen

führen.

Es wird abschließend nochmals darauf hingewiesen, daß die Verwendung der CSD-

Schätzung als Methode zur Artefaktkorrektur in dieser Studie nur für die Elektrodenpo-

sition Fpz getestet wurde. Möglicherweise ist die artefaktfreie Schätzung der CSD an

den übrigen Positionen zuverlässiger.


6 Danksagung

Zum Schluß möchte ich mich bei einigen Personen bedanken, die mich während meiner

Dipolomarbeit unterstützt haben. Meinen Betreuern Prof. Dr. Dieter Bartussek und Dr.

Ewald Naumann möchte ich danken, Ewald Naumann insbesondere für die Hilfe bei der

Entwicklung des Untersuchungsgegenstandes und bei der Auswertung und Interpretation

der Daten.

Gabi Becker half mir bei der Planung der Untersuchung und opferte mir bei der Daten-

auswertung viel ihrer knappen Zeit. Renate Freudenreich stand mir bei der Erhebung der

Daten hilfreich zur Seite und ich durfte von ihrem organisatorischen Talent (und von

noch so manchem mehr) profitieren. Helmut Peifer stellte mir seine technische Kompe-

tenz bei der Datenerhebung zur Verfügung .

Bei Hannes Ruge bedanke ich mich für die Programmierung der Versuchssteuerung und

für zahlreiche nützliche Ratschläge bei der Datenauswertung und bei Jan Seifert für die

Entwicklung der Auswertungs-Software EkpScan und für seine unermüdliche Bereit-

schaft, Sonderwünsche in das Programm zu installieren.

Dirk Hagemann danke ich schließlich für die Unterstützung und Beratung in puncto

CSD-Auswertung.


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Danksagung

Zum Schluß möchte ich mich bei einigen Personen bedanken, die mich während meiner

Dipolomarbeit unterstützt haben. Meinen Betreuern Prof. Dr. Dieter Bartussek und Dr.

Ewald Naumann möchte ich danken, Ewald Naumann insbesondere für die Hilfe bei der

Entwicklung des Untersuchungsgegenstandes und bei der Auswertung und Interpretation

der Daten.

Gabi Becker half mir bei der Planung der Untersuchung und opferte mir bei der Daten-

auswertung viel ihrer knappen Zeit. Renate Freudenreich stand mir bei der Erhebung der

Daten hilfreich zur Seite und ich durfte von ihrem organisatorischen Talent (und von

noch so manchem mehr) profitieren. Helmut Peifer stellte mir seine technische Kompe-

tenz bei der Datenerhebung zur Verfügung .

Bei Hannes Ruge bedanke ich mich für die Programmierung der Versuchssteuerung und

für zahlreiche nützliche Ratschläge bei der Datenauswertung und bei Jan Seifert für die

Entwicklung der Auswertungs-Software EkpScan und für seine unermüdliche Bereit-

schaft, Sonderwünsche in das Programm zu installieren.

Dirk Hagemann danke ich schließlich für die Unterstützung und Beratung in puncto

CSD-Auswertung.

ANHANG

Anhang

A 1 Averages der einzelnen Vpn im Segment „unwillkürliche Blinks“A 2 Averages der einzelnen Vpn im Segment „zeitgebundene willkürliche Blinks“A 3 Averages der einzelnen Vpn im Segment „reizbezogene willkürliche Blinks“A 4 Averages der einzelnen Vpn in den drei Oddball-BedingungenA 5 Averages der einzelnen Vpn im Segment „unwillkürliche Blinks“, Korrektur

über die gesamte MeßstreckeA 6 Averages der einzelnen Vpn im Segment „zeitgebundene willkürliche Blinks“,

Korrektur über die gesamte MeßstreckeA 7 Allgemeine InstruktionA 8 Instruktion 1A 9 Instruktion 2A10 Instruktion 3A11 Instruktion 4A12 Instruktion 5A13 Instruktion 6

A1 Averages der einzelnen Vpn im Segment „unwillkürliche Blinks“

Gepunktete Linie: vor der Korrektur (Ausschnitte), Durchgezogene Linie: nach derKorrektur; z. T. unterschiedliche Skalierung!

Vp001 Vp002

Vp003 Vp004

Vp005 Vp006

Vp007 Vp008

Vp009 Vp010

Vp011 VPp12

A2 Averages der einzelnen Vpn im Segment „zeitgebundene willkürlicheBlinks“

Gepunktete Linie: vor der Korrektur (Ausschnitte), Durchgezogene Linie: nach derKorrektur; z. T. unterschiedliche Skalierung!

Vp001 Vp002

Vp003 Vp004

Vp005 Vp006

Vp007 Vp008

Vp009 Vp010

Vp011 Vp012

A3 Averages der einzelnen Vpn in der Bedingung „reizbezogene willkürlicheBlinks

Gestrichelte Linie: vor der Korrektur (Ausschnitte), durchgezogene Linie: nach derKorrektur; z. T. unterschiedliche Skalierung!

Vp001 Vp002

Vp003 Vp004

Vp005 Vp006

Vp007 Vp008

Vp009 Vp010

Vp011 Vp012

A4 Averages der einzelnen Vpn in den drei Oddball-Bedingungen

Gestrichelte Linie: „Oddball Blink“, durchgezogene Linie: „Oddball Finger“,gepunktete Linie: „Oddball Zählen“; z. T. unterschiedliche Skalierung!

Vp001 Vp002

Vp003 Vp004

Vp005 Vp006

Vp007 Vp008

Vp009 Vp010

Vp011 Vp012

A5 Averages der einzelnen Vpn im Segment „unwillkürliche Blinks“,Korrektur über die gesamte Meßstrecke

Gestrichelte Linie: Korrektur im Einzelsegment, durchgezogene Linie: Korrektur überdie gesamte Meßstrecke; z. T. unterschiedliche Skalierung!

Vp001 Vp002

Vp003 Vp004

Vp005 Vp006

Vp007 Vp008

Vp009 Vp010

Vp011 Vp012,

A6 Averages der einzelnen Vpn im Segment „zeitgebundene willkürlicheBlinks“, Korrektur über die gesamte Meßstrecke

Gestrichelte Linie: Korrektur im Einzelsegment, durchgezogene Linie: Korrektur überdie gesamte Meßstrecke, z. T. unterschiedliche Skalierung!

Vp001 Vp002

Vp003 Vp004

Vp005 Vp006

Vp007 Vp008

Vp009 Vp010

Vp011 Vp012

A7

Allgemeine Instruktion

Liebe Versuchsperson!

Vielen Dank für die Teilnahme an diesem Experiment.

Es handelt sich um eine Untersuchung der Informationsverarbeitung

bei akustischen Signalen.

Der Bildschirm, der vor Ihnen steht, wird in diesem Experiment nicht

benutzt, er wird daher nach dem Anbringen der Elektroden

ausgeschaltet.

Es ist wichtig, daß Sie während der Messungen möglichst ruhig sitzen

und die Augen geradeaus auf den Bildschirm richten.

Sollten Sie Fragen haben, können Sie diese jetzt oder jeweils nach

dem Lesen der Instruktionen stellen. Während des Meßvorgangs bitte

nicht sprechen.

Die folgenden Instruktionen sind mit Zahlen versehen, die jedoch

keinerlei Bedeutung für die Reihenfolge haben. Es wird Ihnen jeweils

angekündigt, welche Instruktion Sie lesen sollen.

Bitte umblättern.

A8

Instruktion 1

Im ersten Teil dieser Untersuchung wird das EEG in Ruhebedingung

gemessen.

Bitte sitzen Sie bequem und entspannt und bewegen sich so wenig

wie möglich.

Richten Sie Ihre Augen geradeaus auf den Bildschirm.

Es findet zunächst ein kurzer Testdurchgang statt, bei dem die

Meßdaten kontrolliert werden.

Der Versuchsleiter / die Versuchsleiterin wird den Beginn und das

Ende der Messung ankündigen.

Bitte erst nach Anweisung des Versuchsleiters / der Versuchsleiterin

umblättern!

A9

Instruktion 2

Im folgenden Durchgang bekommen Sie aus dem Lautsprecher zwei

verschiedene Töne vorgespielt, einen hohen und einen tiefen Ton.

Ihre Aufgabe besteht darin, beim Auftreten des tiefen Tons kurz

einmal mit den Augen zu blinzeln, ohne den Kopf dabei zu bewegen.

Vor dem Durchgang haben Sie Gelegenheit, die Aufgabe zu üben.

Bitte sitzen Sie bequem und entspannt und richten die Augen

geradeaus auf den Bildschirm.


umblättern!

A10

Instruktion 3

Bitte legen Sie im folgenden Durchgang Ihren rechten Zeigefinger auf

die Taste und halten die Taste gedrückt

Sie bekommen aus dem Lautsprecher zwei verschiedene Töne

vorgespielt, einen hohen und einen tiefen Ton.

Ihre Aufgabe besteht darin, beim Auftreten des tiefen Tons den

rechten Zeigefinger kurz anzuheben und danach den Finger sofort

wieder auf die Taste zu legen.





umblättern!

A11

Instruktion 4

Im folgenden Durchgang bekommen Sie aus dem Lautsprecher zwei

verschiedene Töne vorgespielt, einen hohen und einen tiefen Ton.

Ihre Aufgabe besteht darin, still für sich mitzuzählen, wie häufig der

tiefe Ton dargeboten wird. Am Ende des Durchgangs sollen Sie bitte

angeben, wieviele tiefe Töne Sie gezählt haben.

Bitte zählen Sie genau mit.





umblättern!

A12

Instruktion 5

Im folgenden Durchgang werden Sie gebeten, im Abstand von 2

Sekunden kurz einmal mit den Augen zu blinzeln, ohne den Kopf

dabei zu bewegen.

Bitte sitzen Sie bequem und entspannt und bewegen sich so wenig wie

möglich. Richten Sie Ihre Augen geradeaus auf den Bildschirm.

Es findet zunächst ein kurzer Testdurchgang statt.

Der Versuchsleiter / die Versuchsleiterin wird den Beginn und das

Ende der Messung ankündigen.


umblättern!

A13

Instruktion 6

Bitte legen Sie im folgenden Durchgang Ihren rechten Zeigefinger auf

die Taste und halten die Taste gedrückt.

Sie werden nun gebeten, im Abstand von 2 Sekunden den rechten

Zeigefinger kurz anzuheben und danach den Finger sofort wieder auf

die Taste zu legen.

Es findet zunächst ein kurzer Testdurchgang statt.



Bitte erst nach Anweisung des Versuchsleiters /der Versuchsleiterin

umblättern!

Code: _______________________

Erklärung

Hiermit erkläre ich, daß ich freiwillig als Versuchsperson an der Untersuchung „Grundlagender EEG-Forschung“ teilnehme. Ich bin darauf hingewiesen worden, daß ich den Versuchjederzeit und ohne Angabe von Gründen abbrechen kann.

Mir wurde versichert, daß meine persönlichen Daten gemäß der Datenschutzbestimmungen

vertraulich und anonymisiert behandelt werden.

_______________________ ________________________________________Datum Unterschrift

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Code: _______________________

Geschlecht: w ____ m ____

Alter: ___________________

Händigkeit: rechts ____ links ____

Brille ja __ nein ___

Kontaktlinsen ja ___ nein ___

Documents

Der Einfluß okularer Artefakte auf das … · 4.2 Zeitgebundene willkürliche Blinks ... 5.1 Abschließende Bemerkungen zur EMCP..... 60 5.2 Hinweise für die fehlerhafte Schätzung