EMperieEM PRAktikumPRA WS 2007/2008 · Bertram Opitz, UdS 2008 Der Masterplan • Psychophysiologisches Messen • Meßapperatur – Elektroden – Verstärker – Signalaufzeichnung

Bertram Opitz, UdS 2008

EMEMperiePRAPRAktikumWS 2007/2008

Leitung: Dr. K. Kipp, Dr. B. Opitz

Zeit: Mi, 14-18 Uhr & n.V.

Ort: SR II, Geb. A2.4 & n.V.


Der Masterplan

• Psychophysiologisches Messen

• Meßapperatur

– Elektroden

– Verstärker

– Signalaufzeichnung

• Artefakte


Der Masterplan


• Meßapperatur

– Elektroden

– Verstärker


• Artefakte


Psychophysiologisches Messen

PsychophysiologiePsychophysiologiePhysiologische PsychologiePhysiologische Psychologie

Beziehung zwischen Gehirn und Verhalten durch meist invasiveinvasive MethodenMethoden am physiologischen Substrat

z.B. Läsionen und Stimulation im Tierversuch

untersucht die Physiologie des Verhaltens durch nichtinvasivenichtinvasive AbleitungAbleitungphysiologischer Signale

z.B. hirnelektrische Prozesse im Humanversuch


Psychophysiologisches Messen

Ableitung: Messung am (menschlichen) Körperz.B. EEG- oder EKP-Aufzeichnung

Biosignal: alle direkt vom Körper gemessenen Größenz.B. elektrische Aktivität des Gehirns/des Herzen

Kennwert: auch: Indikator, Parameter Aus Biosignalen abgeleitete Funktionsmaßez.B. Amplitude des EEG oder Herzfrequenz


Der Masterplan


• Meßapperatur

– Elektroden

– Verstärker


• Artefakte


Meßapparatur


Meßaufbau


Meßaufbau Hochkanal-EEG


Der Masterplan


• Meßapperatur

– Elektroden

– Verstärker


• Artefakte


Elektrodendas Material entscheidet

Polarisation – Effekt der Ionenanhäufung an Grenzflächen mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften


Elektroden

gute Befestigung (Napfelektroden)

geringer Widerstand, d.h. Impedanz < 5kOhm

• Reinigung der Haut

• Elektroden-gel


Elektrodenpositionen


ElektrodenpositionenDas 10-20 System


ElektrodenpositionenDas 10-20 System


Das 10-20 System: Extra- vs. intrakranielle Zuordnungen


Ableitschema

Bipolar – beide Meßelektroden registrieren relevante elektrische Aktivität

Monopolar – nur eine Elektrode misst aktiv, die zweite ist über inaktiven Arealen angebracht- Referenzelektrode

z.B. Nase, Kinn, Ohrläppchen, Mastoid


Ableitschema II

Elektroden

MonopolareAbleitungen

BipolareAbleitungen


Der Masterplan


• Meßapperatur

– Elektroden

– Verstärker


• Artefakte


Verstärker


Verstärker

Biosignale variieren im Bereich von 0.1 Mikrovolt bis 100 Millivolt.

Differenzverstärker

Unterdrückung gleichphasiger/gleichgetakteter Signale common mode rejection (Gleichtaktunterdrückung)

Artefakte z.B. 50 Hz – Netzspannungsbrummen

relativ zum Nullpotential = Erde (Ground) gemessen

A ... Aktiver KanalR ... Referenz (AG – RG) wird verstärktG ... Ground

Ground auch als Sicherheit des Probanden


Frequenzeigenschaften -Zeitkonstante

Untere Grenzfrequenz (d.h. kleinste Frequenz), die vom Verstärker verzerrungsfrei übertragen wird.

Sout = Sin * e –t/τ

1V

1V

0.37V }Eingang

Ausgang

t [s]τ


Zeitkonstante


Zeitkonstante

Hohe Zeitkonstante zur Messung langsamer Potentiale > 0.5 s Hohe Zeitkonstante zur Messung langsamer Potentiale > 0.5 s Niedrige Zeitkonstante zur Messung schneller Potentiale < 0.1 sNiedrige Zeitkonstante zur Messung schneller Potentiale < 0.1 s

Kognitive Prozesse Kognitive Prozesse > 0.1 s, d.h. hohe Zeitkonstante und > 0.1 s, d.h. hohe Zeitkonstante und HochpaHochpaßßfilterfilter


Der Masterplan


• Meßapperatur

– Elektroden

– Verstärker


• Artefakte


Aufzeichnung - Digital

Analogsignal

Abtastung

Samplingrate 200 Hz

A/D-Wandlung

Digitalwert des SignalsVerlust von Signal


A/D - Wandlung

Sampling- oder Nyquist Theorem:

Es können nur Frequenzen erfasst werden, die kleiner sind als die Hälfte der Abtastrate (Samplingrate).

z.B. 100 Hz Sampling 50 Hz maximal auflösbare Frequenz

Aliasing: Hohe Frequenzen (> Sampling) täuschen nicht vorhandene niedrige Frequenzen vor.


Der Masterplan


• Meßapperatur

– Elektroden

– Verstärker


• Artefakte


Störsignale/Artefakte

1.Artefakte physiologischer Herkunftz.B. Tagesrhythmus, Lidschläge, Augenbewegungen, Pulsschwankungen, EKG-Artefakte, Hautpotentialschwankungen



1.Artefakte physiologischer Herkunft

2.BewegungsartefakteEntstehen durch Verschieben des Systems Elektrode-Haut



1.Artefakte physiologischer Herkunft

2.BewegungsartefakteEntstehen durch Verschieben des Systems Elektrode-Haut

3.Externe Störeinflüssea)Induzierte Spannungenb)Physikalische Störgrößen

4.Interne StöreinflüsseIn der Person verankert




Augenbewegungen: Das Elektrookulogramm (EOG)


Augenbewegungen: Das Elektrookulogramm (EOG)


Gegenmaßnahmen

1. Artefakte physiologischer Herkunft

z.B. Tagesrhythmus, Lidschläge, Augenbewegungen, Pulsschwankungen, EKG-Artefakte, Hautpotentialschwankungen

zu gleichen Tageszeiten messenHelligkeit konstant haltenauf Blutgefäße achtenBrille statt Kontaktlinsen tragen


Gegenmaßnahmen

2. Bewegungsartefakte

VP soll sich ruhig verhaltenVP soll eine bequeme Haltung einnehmen Elektroden müssen gut haftenHochpassfilter für niedrigfrequenteBewegungsartefakteTiefpassfilter um Muskelaktivitäten auszuschließen


Gegenmaßnahmen

3a. Induzierte Spannungen

z.B. Netzbrummen, Übergangswiderstand Haut - Elektrode unterliegt zeitlichen Schwankungen,

Elektrodenpolarisation

Elektronische AbschirmungHaut reinigenauf richtige Erdung achtenSilber/Silberchlorid ElektrodenSpannungsdrifts entfernen (AC-Messung)


Gegenmaßnahmen

4. Interne Störgrößenz.B. Einstellung zu psychologischen und physiologischen Messungen, Aktiviertheit (Müdigkeit), Alter und Geschlecht



ElektrodenpositionenGeodesic Net

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