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.
Bertram Opitz, UdS 2008
Der Masterplan
• Psychophysiologisches Messen
• Meßapperatur
– Elektroden
– Verstärker
– Signalaufzeichnung
• Artefakte
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Der Masterplan
• Psychophysiologisches Messen
• Meßapperatur
– Elektroden
– Verstärker
– Signalaufzeichnung
• Artefakte
Bertram Opitz, UdS 2008
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
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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
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Der Masterplan
• Psychophysiologisches Messen
• Meßapperatur
– Elektroden
– Verstärker
– Signalaufzeichnung
• Artefakte
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Der Masterplan
• Psychophysiologisches Messen
• Meßapperatur
– Elektroden
– Verstärker
– Signalaufzeichnung
• Artefakte
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Elektrodendas Material entscheidet
Polarisation – Effekt der Ionenanhäufung an Grenzflächen mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften
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Elektroden
gute Befestigung (Napfelektroden)
geringer Widerstand, d.h. Impedanz < 5kOhm
• Reinigung der Haut
• Elektroden-gel
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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
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Der Masterplan
• Psychophysiologisches Messen
• Meßapperatur
– Elektroden
– Verstärker
– Signalaufzeichnung
• Artefakte
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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
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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
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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
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Der Masterplan
• Psychophysiologisches Messen
• Meßapperatur
– Elektroden
– Verstärker
– Signalaufzeichnung
• Artefakte
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Aufzeichnung - Digital
Analogsignal
Abtastung
Samplingrate 200 Hz
A/D-Wandlung
Digitalwert des SignalsVerlust von Signal
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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.
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Der Masterplan
• Psychophysiologisches Messen
• Meßapperatur
– Elektroden
– Verstärker
– Signalaufzeichnung
• Artefakte
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Störsignale/Artefakte
1.Artefakte physiologischer Herkunftz.B. Tagesrhythmus, Lidschläge, Augenbewegungen, Pulsschwankungen, EKG-Artefakte, Hautpotentialschwankungen
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Störsignale/Artefakte
1.Artefakte physiologischer Herkunft
2.BewegungsartefakteEntstehen durch Verschieben des Systems Elektrode-Haut
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Störsignale/Artefakte
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
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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
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Gegenmaßnahmen
2. Bewegungsartefakte
VP soll sich ruhig verhaltenVP soll eine bequeme Haltung einnehmen Elektroden müssen gut haftenHochpassfilter für niedrigfrequenteBewegungsartefakteTiefpassfilter um Muskelaktivitäten auszuschließen
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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)
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Gegenmaßnahmen
4. Interne Störgrößenz.B. Einstellung zu psychologischen und physiologischen Messungen, Aktiviertheit (Müdigkeit), Alter und Geschlecht