Ein Elektroenzephalogramm (EEG) ist die Ableitung und Verstärkung von Hirnstromwellen, also Wellen elektrischer Aktivität, die über die Oberfläche des Gehirns laufen. Diese Wellen werden an Elektroden abgeleitet, die am Schädel befestigt werden. Diese Methode wird häufig bei experimentellen psychologischen Untersuchungen eingesetzt.
Praktische Durchführung: Zur Ableitung von elektrischen Potentialen, die im Gehirn während der Durchführung einer bestimmten Aufgabe entstehen, werden Elektroden auf dem Kopf angebracht. Hierzu wird die Haut an den Stellen, an denen Elektroden aufgebracht werden, gereinigt. Anschließend wird eine Leitpaste aufgetragen. Diese läßt sich nach dem Versuch problemlos auswaschen. Die Teilnahme an einem EEG-Experiment ist vollkommen ungefährlich und schmerzlos, nur etwas Geduld sollten die Probanden und Probandinnen schon mitbringen, denn das Anbringen der Elektroden,die Versuchsdurchführung und das anschließende Entfernen der Elektroden kann zusammen schon einige Stunden dauern. Übrigens müssen Ohrringe und Piercings am Kopf während eines Versuchs entfernt werden.
1924 hatte der Nervenarzt Hans Berger aus Jena ein Verfahren entwickelt, die elektrische Aktivität der Gehirnzellen mit Elektroden abzuleiten und als Kurve auf Papier sichtbar zu machen. Zwar konnte er damals nicht viel mehr als ein Grundrauschen der Neuronen aufzeichnen, doch heute gehört das EEG nicht nur nach wie vor zum unverzichtbaren Diagnostikrepertoire der Neurologen, sondern eröffnet auch der modernen Hirnforschung neue Möglichkeiten und Erkenntnisse. Zwar sind die Kurven im Prinzip immer noch die gleichen, doch moderne Computer erlauben heute ihre detaillierte Deutung, wobei man mit mathematischen Modellen den Ursprung eines elektrischen Signals äußerst genau zurückberechnen kann, Neue Entwicklungen wie das High-Density-EEG ermöglichen eine detailliertere Darstellung des Gehirns und eröffnen neue Forschungsfelder. Das EEG wird heute nicht nur in der medizinischen Diagnostik eingesetzt, um neurologische Erkrankungen zu untersuchen, sondern auch in der Hirnforschung zu kognitiven Prozessen, Traumata und Bewusstseinszuständen. Forscher sind weiterhin damit beschäftigt, das Potenzial des EEG auszuschöpfen, um das Gehirn besser zu verstehen und möglicherweise zukünftige medizinische Fortschritte zu ermöglichen.
Bei der Elektroenzelphalografie (EEG) zeichnen Elektroden an der Schädeloberfläche winzige Spannungsschwankungen auf, die durch Gehirnaktivität beim Informationsaustausch zwischen den Nervenzellen entstehen. Die gemessenen Frequenzen (in Hertz, Schwingungen pro Sekunde) teilt man in verschiedene „Bänder“ ein: Delta- (1 bis 4 Hz) und Thetawellen (4 bis 8 Hz) sind typisch für traumlosen Tiefschlaf; Alphawellen (8 bis 13 Hz) und Betafrequenzen (13 bis 30 Hz) für entspannte beziehungsweise aufmerksame Wachzustände. Gammawellen (> 30 Hz) zeigen das gleichzeitige Feuern weit verteilter Neuronenverbände an, etwa bei hoher Konzentration. EEG-Messungen sind zeitlich hoch, räumlich dagegen nur gering aufgelöst, so dass eine exakte Verortung der registrierten Aktivität mit dieser Methode nicht möglich ist. Moderne EEG-Systeme sind oft mobil, messen bis zu 128 Kanäle und verfügen über spezielle Softwarepakete zur Signalauswertung.
Man benutzt derzeit auch zur Diagnose von psychischen Erkrankungen ereigniskorrelierte Potenziale im EEG, um festzustellen, ob bestimmte Defizite und Beschwerden tatsächlich vorhanden sind – etwa im Fall von Simulation -, allerdings kann man im Einzelfall keine exakte Diagnose erstellen, denn man muss bei der Interpretation immer das ganze Setting der Erkrankung einbeziehen. Für die Diagnostik und die Therapiekontrolle bei Epilepsie ist das EEG unverzichtbar, aber auch in der Schlafmedizin kommt das EEG zum Einsatz und auf Intensivstationen, um die Hirnaktivität bei Komapatienten und Patienten mit Bewusstseinsstörungen überwachen zu können. Epileptische Veränderungen sind allerdings oft nicht in einem normalen EEG nachzuweisen, sodass ein Belastungstest durchgeführt werden muss. So können im EEG Anfallsmerkmale durch Schlafentzug provoziert werden, die dann eventuell in einem Schlafentzugs-EEG nachweisbar sind. Das Schlafentzugs-EEG ist ein neurologischer Provokationstest, wobei durch den Schlafentzug die Krampfschwelle gesenkt und die Wahrscheinlichkeit für epilepsietypische Potenziale erhöht werden soll. In vielen Fällen ist die zusätzliche Durchführung eines solchen EEG hilfreich, um zwischen epileptischen und nicht-epileptischen Anfällen zu unterscheiden und um epileptische Syndrome näher zu klassifizieren. Für die Durchführung eines Schlafentzugs-EEGs muss der oder die einen ganzen Tag und eine ganze Nacht hindurch wach bleiben (Beschäftigungen, das Konzentration erfordern, etwa Basteln, Bügeln, Putzen usw. Am nächsten Morgen wird dann während des Einschlafens und des Aufwachens über etwa 20-30 Minuten ein EEG durchgeführt, denn in dieser Zeit ist das Gehirn am empfindlichsten bzw. sind krampfspezifische Stromverläufe sind am ehesten nachweisbar. Bisherg liegen nur begrenzte Daten über den Wert eines Schlafentzugs-EEG in der Epilepsie-Diagnostik vor, in bisherigen Studien schwankt die dadurch beobachtete Aktivierungsrate epilepsietypischer Muster zwischen 13% und 52%.
Eine wesentlich bessere räumliche Auflösung gemessener Hirnaktivität bietet die heute funktionelle Kernspintomografie (fMRT), die die Hirnforschung in den vergangenen Jahren stark geprägt hat. Allerdings ist diese vergleichsweise langsam, denn eine Kernspin-Aufnahme dauert etwa zwei Sekunden, während ein EEG Erregungen im Millisekundenbereich erfassen kann, sodass es sinnvoll ist, beide Methoden miteinander zu kombinieren.
Kurioses: Ein EEG zur Hilfe beim Pokern
Nachdem Bericht eines österreichischen Spielemagazins hat die Gehirnforschung mit Hilfe des EEG eine Methode gegen die Überlastung des Gehirns beim Pokern entwickelt, und zwar in Form eines Headsets kann sich der Pokerspieler seine Gehirnaktivität per synchron aufgezeichneten EEG nun betrachten. Damit soll der Spieler erkennen, an welcher entscheidenden Stelle beim Spiel sein Gehirn in Panik ausbricht, womit er die nötige Konzentration verliert, um am Tisch mithalten zu können. Durch diese Kontrolle kann es ihm gelingen, in Zukunft in solchen Situationen das Gehirn zu beruhigen, damit es konzentriert bleibt, also indem er etwa seine Atmung kontrolliert und so den Körper wieder beruhigt.
Elektrodenkappen zur Erfassung der EEG-Daten
Häufig werden in Experimenten die Wahrnehmung und die zu Grunde liegenden Gehirnaktivitäten bei sitzenden oder liegenden Versuchspersonen gemessen, etwa im Kernspintomographen. Der Kopf der Probanden und Probandinnen ist dabei in der Regel fixiert, und sie sind auch angehalten, möglichst nicht zu blinzeln, d. h., die Messungen laufen zwar unter gut kontrollierten aber eher unnatürlichen Bedingungen ab. Wenn ein Mensch sich bewegt, verarbeitet er aber visuelle und auch andere Eindrücke anders als wenn er sich in einem solchen zwanghaften Ruhezustand befindet. Schon seit einiger Zeit weiß man, dass Bewegung auch das Lernen beeinflusst. So wird beim Gehen etwa das periphere Gesichtsfeld im Vergleich zum zentralen Anteil viel deutlicher ausgelesen als in Ruhe. Das lässt sich sowohl an der Wahrnehmung der Probanden als auch an deren Gehirnantwort nachweisen. Diese Verschiebung der optischen Präferenz beim Gehen macht Sinn, denn es ist vor allem die periphere visuelle Information, die Aufschluss über die Richtung und Geschwindigkeit einer Bewegung gibt und damit für die Navigation eine wichtige Rolle spielt. Cao & Händel (2019) verwenden in ihren Experimenten Elektrodenkappen, während die Versuchspersonen umherlaufen, um die Gehirnströme zu erfassen. Die EEG-Daten gehen drahtlos an einen Laptop, den die Probanden in einem Rucksack mit sich führen, wobei Bewegungssensoren, Videobrillen und mobile Geräte zur Aufzeichnung der Augenbewegungen das Setting vervollständigen. Eine Verbindung gibt es übrigens auch zwischen Kreativität und Augenbewegungen, denn man weiß, dass Menschen öfter blinzeln, je kreativer sie eine Aufgabe lösen. Auch Menschen beim Umherlaufen blinzeln ebenfalls häufiger als in Ruhe, sodass es offenbar zwischen den Bewegungen des Körpers, der Augen und der geistigen Leistungsfähigkeit Verknüpfungen gibt.
[Quelle: https://pbs.twimg.com/media/Bw9UC3FCMAAg1NR]
Zur Geschichte
„Elektrenkephalogramm“ nannte Hans Berger seine Entdeckung, als er auf der Suche nach einem Zusammenhang von psychischen Empfindungen und der physiologischen Aktivität des Gehirns die elektrischen Ströme in der Hirnrinde untersuchte. Dazu brachte er bei Menschen, denen wegen einer Hirntumoroperation Teile des Schädelknochens entfernt werden mussten, schmerzfrei Elektroden am Gehirn an. Am 6. Juli 1924 gelang es ihm erstmals, diese Ströme aufzuzeichnen. Berger setzte seine Messungen fort – mit „Heureka“ kommentierte er in seinem Laborbuch 1927 den Erfolg, die elektrischen Schwingungen mit verfeinertem Messaufbau auch auf der Kopfhaut ableiten zu können. Deren Frequenz ändert sich charakteristisch beim Öffnen der Augen und bei Denkaufgaben; dieses als Berger-Effekt bezeichnete Phänomen zeigt die physiologische Aktivität des Gehirns bei psychischen Vorgängen. Der höchst selbstkritische Berger veröffentlichte seine Ergebnisse erst 1929. Die wissenschaftliche Anerkennung seiner Entdeckung erfolgte noch später, als andere Forscher die Messungen in der Öffentlichkeit wiederholten. Mehrmals wurde Berger für seine Erfindung für den Nobelpreis vorgeschlagen, erhielt ihn jedoch nie. Heute gehört das Elektroenzephalogramm oder kurz: EEG, die nach dem griechischen Wort ‚enkephalos‘ für Gehirn benannte Messung der Hirnströme, zu den Standardmethoden der Neurowissenschaft.
Siehe dazu auch HANS BERGER – Arzt, Wissenschaftler, Mitläufer.
Literatur
Cao, L. & Händel, B. (2019). Walking enhances peripheral visual processing in humans. PLoS Biology, 17, doi:10.1371/journal.pbio.3000511.
Dempewolf, S., Bunten, S. & Happe, S, (2007). Die Bedeutung des Schlafentzugs-EEGs in der Diagnostik von Epilepsien. Klinische Neurophysiologie, 38, doi:10.1055/s-2007-976338.
Van Dongen, E. V., Kersten, I. H. P., Wagner, I. C., Morris, R. G. M. & Fernandez, G. (2016). Physical Exercise Performed Four Hours after Learning Improves Memory Retention and Increases Hippocampal Pattern Similarity during Retrieval. Current Biology, doi: 10.1016/j.cub.2016.04.071.
http://www.nextgen.at/eeg-kopfhoerer-und-das-gaming/338633/ (15-06-06)
https://idw-online.de/de/news836214 (24-07-01)
Als der Psychiater Hans Berger am 6. Juli 1924 in seinem Labor in Jena erstmals die elektrische Aktivität eines menschlichen Gehirns aufzeichnete, war das alles noch Zukunftsmusik. Knapp fünfzig Jahre zuvor hatte es derartige Aufzeichnungen schon bei Tieren gegeben. Berger, der als pedantisch galt und Kritik fürchtete, haderte lange mit seinen ersten Erkenntnissen und ging erst 1929 damit an die Öffentlichkeit. Ein Jahr zuvor hatte er resigniert in sein Tagebuch vermerkt: „Ich habe mehrere Jahre am vermeintlichen EEG gearbeitet. Was nun? Das EEG aufgeben!“
Mitte der 1930er Jahre erlangten seine Erkenntnisse jedoch Anerkennung und namhafte Unterstützer wie den britischen Neurophysiologen und Nobelpreisträger Edgar Douglas Adrian. Berger widmete sich den vielfältigen Anwendungen seiner Entdeckung, etwa EEG-Veränderungen im Schlaf, Hirntumoren oder Epilepsie. Während der NS-Zeit war Berger förderndes Mitglied der SS und an Zwangssterilisationen beteiligt. Die nach ihm benannte Neurologische Klinik in Jena legte 2022 den Namen Hans-Berger-Klinik ab.
Quelle: https://lomazoma.com/das-eeg-entschluesselt-seit-100-jahren-unser-gehirn/