Krüger, Hartmut: Lokale Feldpotentiale im Elektrokortikogramm und Elektroenzehpalogramm des Menschen: Nachweis, Beschreibungskriterien, Anwendung

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Kapitel 4. Anwendungsbeispiele

4.1. Elektrokortikogrammableitungen

Bisher wurden die ECoG-Ableitungen von 8 Patienten mit der Subpotential-analyse untersucht. Dabei handelte es sich ausnahmslos um Patienten mit fokaler Epilepsie, die mit Antikonvulsiva nicht anfallsfrei wurden. In einem präoperativen Monitoring wurde bei diesen Patienten geprüft, ob der Fokus ihrer Epilepsie in Kortexarealen lokalisiert ist, die eine chirurgische Intervention ohne Defekte in Sensorik und Motorik erlauben. Konnten nach Oberflächenstudien (Phase I) keine klaren Aussagen über den Anfallfokus gemacht werden, wurde eine Phase II mit PEG-Elektroden zur Lateralisierung und eventuell eine Phase III mit Grid- und/oder Streifenelektroden direkt auf dem Kortex zur Lokalisation des Fokus und zur Abgrenzung der Operationsgrenzen angeschlossen. Bei den für diese Untersuchung ausgewählten Patienten ließen die Ergebnisse aus der Phase I keine eindeutige Focus-Lokalisation zu, so daß es zu einer Untersuchung mit Phase II und/oder Phase III kam.

Mit Ableitungen dieser Art waren optimale Voraussetzungen gegeben, um die SP in der Nähe der kortikalen Generatoren aus einem störungsarmen Signal zu selektieren und in ihrer räumlichen Ausbreitung sowie ihrer Kohärenz darzustellen.

Die nachfolgend demonstrierten Ergebnisse einer umfassenden SP-Analyse beziehen sich auf eine subdurale Gridableitung bei einer 27 jährigen Patientin, die nach Rasmussen-Enzephalitis seit ihrem 24. Lebensjahr an fokaler Epilepsie leidet und bis zu 5 myoklonische Anfälle pro Nacht entwickelt. Das epileptogene Areal wurde nach den Ergebnissen aus der Phase I Untersuchung rechts parietal vermutet. Dort wurde ein Elektrodengrid subdural implantiert. Abb 4.1 informiert über die Lage dieses Elektrodengrids. Es bestand aus 5 x 6 Stahlelektroden in Silikongummifolie, wobei die Elektrodendichte 1/cm² betrug und jede Elektrode einen wirksamen Durchmesser von 4 mm aufwies. Im prächirurgischen Monitoring wurden unter den Elektroden 20 sowie 36 - 38 häufig spike-Aktivität (14/s), unter den Elektroden 45, 46, 52 - 54 sowie 60 - 62 oft slow wave-Aktivität (3-4/s) sowie unter den Elektroden 44, 53 und 61 Anfallsmuster beobachtet. Im weiteren werden diese Aktivitäten, die mit normalen ECoG-Ableitungen gewonnen werden, in Abgrenzung zum Untersuchungsgegenstand dieser Arbeit, als Hintergrundaktivität bezeichnet. Die Ergebnisse dieser klinischen präoperativen Diagnostik sind in Abb. 4.2 zusammengestellt.


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Abbildung 4.1
Lokalisation des Elektrodengrids.

In den 368 s der 30-kanaligen interiktalen ECoG-Aufzeichnung, die Patientin befand sich während der gesamten Ableitung im Zustand relaxierter Wachheit, traten neben normalen ECoG-Phasen episodisch sowohl spike- wie slow wave-Aktivität auf, so daß die SP-Analyse an diesen Merkmalen orientiert durchgeführt werden konnte. Bei normalem ECoG wurden die Ergebnisse mit M0, bei spike-Aktivitätvität mit M1 und bei slow wave-Aktivität mit M2 gekennzeichnet.


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Abbildung 4.2
Ergebnisse des klinischen Monitorings.


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4.1.1. SP-events in Beziehung zur ECoG-Hintergrundaktivität

Das Ergebnis der SP-event-Analyse ergibt sich durch Kreuzkorrelation des originalen ECoG mit dem Suchmuster, wobei sich das SP-event als Zeitpunkt mit dem größten Korrelationskoeffizienten nach Überschreitung der Selektionsschwelle von r = 0.53, was einer Irrtumswahrscheinichkeit p< 0,01 entspricht, ergibt. Je nach der Ausrichtung des ECoG-Abschittes zum Suchmuster ergeben sich aus der Korrelationsrechnung positive oder negative Korrelationskoeffizienten, mithin können auch positive und negative SP-events unterschieden werden. Markiert man in einer mehrkanaligen ECoG-Aufzeichnung diese Zeitpunkte an der jeweils zu einem Ableitkanal gehörenden Baseline mit aufgesetzten Strichen für positive bzw. angehängten Strichen für negative SP events, entstehen die folgenden drei Abbildungen 4.3 für normales ECoG (M0), 4.4 für spike-Aktivität (M1) und 4.5 für überwiegende slow wave-Aktivität (M2). Durch diese synoptische Darstellung ist es möglich, den Einfuß der Hintergrundaktivität auf die SP-Generierung einzuschätzen.

Sofern ein normales Wellenbild im ECoG dominiert (M0), treten in den ECoG der einzelnen Kanäle positive und negativen SP events relativ gleichmäßig und dicht auf. Zwischen den Ableitkanälen gibt es jedoch Unterschiede in der Dichte der events (vgl. Abb. 4.3 links). Wenn synchrone Wellenzüge oder spike-Formationen auftreten, nimmt die event-Dichte in diesen Bereichen stark ab (vgl. Abb. 4.3 oben rechts). Deutlicher wird dies in Abb. 4.4, wo simultan ECoG und SP-events bei spike Aktivität (M1) abgebildet sind. Allgemein fällt die geringe SP-event-Aktivität in allen Kanälen auf. Bei dieser Hintergrundaktivität sind für die SP-event-Generierung kurzzeitig generalisierte und längerdauernde regionale Unterbrechungen charakteristisch. Diese Lücken sind nicht nur typisch für diejenigen Kanäle, die hauptsächlich spikes zeigen, sondern betreffen auch entferntere Ableitorte. Wird das ECoG-Wellenbild durch slow-waves (M2) bestimmt (vgl. Abb. 4.5), steigt allgemein die SP-event-Dichte wieder an und zeigt besonders in den Kanälen Unterbrechungen der SP-Generierung, in denen slow waves auftreten. Diese Unterbrechungen fallen zeitlich mit den slow waves zusammen. Die übrigen Kanäle zeigen eine Dichte, wie sie für normale ECoG-Wellenbilder typisch ist.


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Abbildung 4.3
ECoG, 46. Aufzeichnungssekunde in Synopsis mit Ergebnissen der SP-event-Analyse. Links im Bild überwiegend normale ECoG-Wellen (M0), rechts eingestreute spikes und oben rechts synchronisierte ECoG-Wellen mit einer Unterbrechung der SP-event-Generierung.


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Abbildung 4.4
ECoG, 51. Aufzeichnungssekunde in Synopsis mit Ergebnissen der SP-event-Analyse bei spike-Aktivität (M1). Beachte die insgesamt geringe SP-event-Dichte, den generalisierten, etwa 50 ms dauernden Ausfall in der SP-event-Generierung in der Bildmitte und die vielen regionalen Ausfälle.


48

Abbildung 4.5
ECoG, 42. Aufzeichnungssekunde in Synopsis mit Ergebnissen der SP-event - Analyse bei slow wave-Aktivität (M2). Beachte die regionalen Modulationen mit gruppierten SP-event-Folgen und die Reduzierungen der SP-event-Dichte durch den slow- wave- Hintergrund.


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Die drei abgebildeten Beispiele stellen jeweils Proben von je 1 Sekunde einer Gesamtableitung von 328 s dar. Wie man aus den Zeitmarken entnehmen kann, entstammen diese Proben der 42. (M2), 46. (M0) und der 51. Sekunde (M1), ein Zeichen für den raschen Wechsel der ECoG-Hintergrund-Aktivität dieser Patientin - und damit auch für die Dichte von SP-events. Bedingt durch die regionalen und generalisierten Unterbrechungen der SP-event-Generierung sinkt die auf die Sekunde hochgerechnete SP-Dichte auf 50 - 60 % derjenigen Werte, die bei gesunden Probanden (siehe 4.2) gefunden werden. Diese Patientin erreicht solche Werte nur kurzfristig und nur in einzelnen Ableitkanälen. Von der Gesamtaufzeichnungszeit von 368 s entfielen nur 22 s auf normales ECoG, 126 s auf ECoG mit spikes und 96 s auf ECoG mit slow waves. Die verbleibende Aufzeichnungszeit war infolge rascher Wechsel in der Hintergrund-aktivität nicht in die Kategorien M0 - M2 zu differenzieren.

4.1.2. SP-Dichte in Beziehung zur Hintergrundaktivität

Kurzfristig generalisierte sowie längerdauernde regionale Unterbrechungen der SP-event-Generierung entwerfen nur ein unvollständiges Bild über die topographische Verteilung der SP-Aktivität. Deswegen wurde, jeweils bezogen auf die visuell auffällige Hintergrundaktivität der ECoG-Registrierung, die Verteilung der SP-Dichte in Beziehung zu den zugehörigen Ableitelektroden kartiert abgebildet (vgl. Abb. 4.6). Diese Darstellung zeigt, daß zum einen die SP-Generierung sich deutlich unter den ausgewiesenen Hintergrundaktivitäten unterscheidet: sie ist hoch unter normaler ECoG-Aktivität (Abb. 4.6, M0) sowie bei slow wave-Aktivität (Abb. 4.6, M2), aber deutlich reduziert bei spike-Aktivität (Abb. 4.6, M1). Obgleich spikes bevorzugt nur im Bereich der Elektroden 36 - 38 sowie 20 auftreten, ist die SP-Dichte im gesamten Ableitsystem reduziert, am stärksten unter diesen Elektroden und ihrer unmittelbaren Umgebung. Zum anderen werden durch dieses SP-Dichte-Mapping große topographische Unterschiede innerhalb des Ableitfeldes sichtbar. Stets markiert sich der zentrale Bereich des Ableitfeldes mit geringer Dichte, die Randzonen links oben und rechts unten dagegen mit erhöhter Dichte. Die Dichte-Verteilung weist jedoch Unterschiede zwischen der spike - und slow-wave-Aktivität auf der einen Seite und normaler ECoG-Aktivität auf der anderen Seite auf. Sowohl unter spike- wie unter slow wave-Aktivität ergeben sich ähnliche Dichteverteilungen, die sich hauptsächlich in ihrer Quantität unterscheiden (vgl. Abb. 4.6 mitte und links). Beide Dichteverteilungen weisen auf Auffälligkeiten innerhalb des Ableitfeldes, die im Zusammenhang mit dem Nachweis epileptogener Areale von Interesse sind (vgl. Abb. 4.2).


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Abbildung 4.6
SP-Dichteverteilungen unter normaler ECoG-Aktivität (M0, links), beim Auftreten von spikes in den Ableitpositionen 20 sowie 36 - 38 (M1, mitte) sowie bei slow wave-Aktivität im Bereich der Ableitpositionen E45- 46, E52 - 54 und E60 - 62 (M2, rechts), skaliert in SP-events/s.


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4.1.3. SP-Amplituden-Zeit-Templates in Beziehung zur Hintergrundaktvität

Die Hintergrundaktivität beeinflußt Amplitude und Gestalt der SP, wie Abb. 4.7 zeigt. Hier sind alle SP-Templates gemäß den Elektrodenpositionen im Grid angeordnet, unten für normales ECoG (M0), in der Mitte bei spike-Aktivität (M1), oben bei slow-wave-Aktivität (M2). Die peak-to-peak-Amplituden variieren zwischen 10 und 50 µV und zeigen im Ableitfeld systematische Unterschiede. Die größten peak-to-peak-Amplituden erscheinen, unabhängig von der Hintergrund-aktivität, stets unter E37, E36, E38, E20, E19 und E61, die kleinsten unter E59, E63, E51, E39, E27 und E31. Mit dem Wechsel der Hintergrundaktivität von normalem (M0) über slow-wave- (M2) zu spike-ECoG (M1) steigen die SP-Amplituden sichtbar an, jedoch bevorzugt in Elektrodenpositionen, die bereits unter normalem ECoG durch große SP-Amplituden charakterisiert waren. Auffallend ist, daß die Orte mit den höchsten SP-Amplituden in erster Näherung mit den Orten geringster SP-Dichte korrespondieren (vergl. Abb. 4.6.).

Dies ist für den Bereich der Elektrode E37 von besonderem Interesse. Hier wurde im interiktalen ECoG des präoperativen Monitoring die höchste spike-Aktivität gefunden, die mit der geringsten SP-Dichte und der größten SP-Amplitude kombiniert ist. Wie die Abb. 4.3 - 4.5 zeigten, bleiben die SP-events aus, wenn die spike-Aktivität unter der gleichen bzw. benachbarten Elektrode erscheint. SP-events treten zu den spike-Aktivitäten immer mit zeitlicher Verzögerung auf, dann aber mit deutlich gesteigerter Amplitude. Daß die SP mit diesen spikes nicht identisch sind, macht ein Vergleich beider Phänomene deutlich: Die SP-Amplituden liegen bei ca. 10 % der Amplitude der spikes und die SP-Dauer liegt mit 10 ms etwa bei einem 1/10 der Dauer der spikes.

In Tab. 4.1 sind die Amplituden und die Dichten der SP unter den drei unterschiedlichen ECoG-Hintergrundaktivitäten (normales ECoG, spike- und slow wave-Aktivität) zusammenfassend dargestellt. Die Unterschiede verdeutlichen, daß das Auftreten von spikes (M1) die Amplituden in einigen Ableitpositionen erhöht und die SP-Dichte im gesamten Ableitfeld reduziert.


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Abbildung 4.7
Amplituden-Zeit-Templates von SP, topologisch nach Lage der Ableitelektroden angeordnet, unten bei normalem ECoG (M0), in der Mitte bei spike-Aktivität (M1) und oben bei slow wave-Aktivität (M2).


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Tabelle 4-1
Übersicht über die peak-to-peak-Amplituden und Dichte der SP im Vergleich von normalem ECoG (M0), spike- (M1) und slow wave-Aktivität (M2) (Amplitude µV; Dichte in events/s).

M0

M1

M2

Elektrode

SP-Ampl.

SP-Dichte

SP-Ampl.

SP-Dichte

SP-Ampl.

SP-Dichte

E59

8,38

37,86

8,49

30,04

10,02

42,48

E60

8,13

36,80

8,61

29,28

10,22

39,31

E61

13,04

45,30

13,32

36,27

17,11

45,83

E62

12,25

41,75

12,50

36,85

14,23

36,68

E63

7,82

29,66

8,61

23,75

9,54

30,15

E51

8,53

37,58

9,11

30,97

10,21

40,11

E52

8,96

36,90

9,81

28,01

12,00

40,05

E53

11,15

35,50

12,67

23,52

15,36

36,11

E54

11,26

34,79

12,21

28,90

15,02

39,15

E55

12,51

36,05

13,08

30,76

15,79

35,49

E43

12,47

45,44

12,83

37,17

14,62

43,25

E44

10,91

30,38

11,78

16,51

13,95

28,59

E45

9,63

25,50

10,03

13,15

12,26

27,80

E46

9,14

20,58

10,02

12,70

12,28

28,04

E47

9,68

25,53

10,99

22,02

14,50

31,50

E35

10,23

37,24

10,45

26,58

11,45

40,77

E36

15,76

34,72

18,03

15,91

19,16

33,17

E37

17,77

32,23

27,30

10,14

22,60

28,53

E38

13,91

36,63

16,75

22,94

18,55

37,70

E39

7,65

31,17

8,38

26,94

9,21

36,90

E27

8,78

30,62

9,37

19,05

10,69

33,21

E28

10,81

33,15

11,81

28,58

12,31

38,88

E29

12,13

34,07

12,69

30,24

12,59

39,07

E30

14,17

38,54

13,99

35,11

13,85

41,71

E31

10,26

33,08

10,57

30,47

10,95

39,22

E19

14,84

33,97

16,47

16,26

17,75

35,50

E20

20,86

40,32

23,34

19,97

23,78

39,95

E21

13,49

34,03

15,18

20,03

14,98

35,90

E22

11,22

33,25

12,08

26,39

11,91

38,35

E23

12,62

43,90

12,73

38,29

12,48

45,51

Mittelwert

11,61

34,88

12,77

25,56

13,98

36,96

St.abw.

3,04

5,58

4,25

7,76

3,64

5,01


54

4.1.4. Zeitliche Entwicklung der SP-Module

Selektiert man in einem als Trigger definierten ECoG-Kanal das SP-Amplituden-Zeit-Template und gleichzeitig in allen anderen ECoG-Ableitungen die aktuell anliegenden Potentiale, erhält man die Zeitfunktion einer flächenförmigen elektrotonischen Feldverteilung (vgl. Abb. 4.8 und Abb. 4.9). Diese Feldverteilung ist dadurch gekennzeichnet, daß im Triggerkanal nach kurzer Zeit ein Amplitudenminimum erreicht wird, was nach schnellem Polaritätswechsel ein Maximum ausbildet und dann allmählich wieder abklingt. Die Feldverteilung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß sich in den benachbarten Elektroden, abhängig von der räumlichen Anordnug zum Triggerkanal, synchrone kleinere gleichgerichtete oder gegenphasige Potentiale nachweisen lassen. Kartiert man zum Zeitpunkt des Minimums oder des Maximums die Potentialverteilung, erhält man das SP-Modul der Triggerelektrode. Für das Fallbeispiel typische Module sind in Abb. 4.8 und 4.9 oben dargestellt. Die auf die jeweiligen Extremwerte bezogene Verteilung unterscheidet sich in Vorzeichen und topographischer Gestalt und weist zirkulär zur Triggerelektrode ein gleichgepoltes Nahfeld sowie vielgestaltige und entgegengesetzt gepolte Fernfelder auf. Die Hintergrundaktivität nimmt z. T. Einfluß auf die Größe des Nahfeldes, bestimmt aber immer Lage und Größe der Fernfelder. Z.B. konvergieren viele Fernfelder der in der Nachbarschaft zu E37 liegenden Ableitpositionen unter spike-Aktivität (M1) zu Elektrode 37, während sie unter normalem ECoG (M0) oder unter slow-wave-Aktivität (M2) auf andere Strukturen orientiert sind. Dieser von der Hintergrundaktivität abhängige Einfluß auf das Feld in E37 dokumentiert sich in Form deviierter Zeitfunktionen der Elektrode E37 (vgl. die blau gekennzeichneten Zeitfunktion in den Abb. 4.8 und 3.9). Umgekehrt weist das Fernfeldmodul der Elektrode E37 keine vergleichbar strukturierten Zielorte auf, auch ist der Einfluß des großamplitudigen Nahfeldes von E37 auf unmittelbar benachbarte Areale relativ gering.

Abb. 4.8 zeigt als typisches Beispiel die zeitliche SP-Modul-Entwicklung der Ableitelektrode E45 als Triggerelektrode. Diese Elektrode liegt in unmittelbarer Nachbarschaft zu E37, die schwerpunktmäßig durch starke spike-Aktivität ausgewiesen war. Dominiert bei der Hintergrundaktivität die spike-Aktivität (M1), ist ein Teil des E45-Fernfeldes auf E37 gerichtet. Gleichzeitig ist auch das Nahfeld der Elektrode E45 etwas vergrößert. Bei normaler bzw. slow wave-Aktivität ist das Fernfeld auf andere Areale orientiert (vgl. Abb. 4.8 M0 und M2) und sie unterscheiden sich nur wenig voneinander. Das gilt sowohl für die negativen wie für die positiven Fernfeldmodule. Auch die Amplituden im Triggerkanal zeigen sich durch den wechselnden Hintergrund nur wenig beeinflußt. So mißt die peak-to-peak-Amplitude unter M0 9,63 µV, unter M1 10,03 µV und unter M2 12,26 µV (vgl. auch Tab. 4.1), was durch die geglätteten Excel-Graphiken nur proportional widergespiegelt wird.

Abb. 4.9 zeigt als zweites Beispiel, möglicherweise typisch für ein epileptogenes Areal, die zeitliche SP-Modul-Entwicklung unter der Ableitelektrode E37 als Triggerelektrode. Als erstes fällt auf, daß das Potential der Triggerelektrode E37 wesentlich größer ist als unter E45 und in


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stärkerem Maße von der Hintergrundaktivität beeinflußt wird. Die peak-to-peak-Amplituden betragen unter M0 17,77 µV, unter M1 27,3 µV und unter M2 22,6 µV (vgl. auch Tab. 4.1). Diese Werte werden in den Abbildungen durch die Glättung der Excelgraphiken nur proportional widergespiegelt. Als zweites fällt auf, daß das Potentialverhalten aller anderen Ableitkanäle wenig strukturiert ist und keine direkten Beziehungen zum SP im Triggerkanal erkennen läßt, was für jede Hintergrundaktivität gilt. Drittens fällt auf, daß selbst unmittelbar benachbarte Ableitorte sich nur wenig von der großen Potentialamplitude in E37 beeinflussen lassen. Offenbar existieren im unmittelbaren Umfeld von E37 stark einschränkende Bedingungen für die elektrotonische Feldausbreitung, die besonders bei vorherrschender spike-Aktivität wirksam sind.

Abbildung 4.8
Zeitliche SP-Modul-Entwicklung unter Verwendung der Ableitelektrode E45 als Triggerelektrode. Dargestellt sind links die Modul-Entwicklung unter normalem ECoG (M0), in der Mitte unter spike-Aktivität (M1), rechts unter slow wave-Aktivität (M2). In der u unteren Bildreihe sind die zugehörigen Zeitfunktionen abgebildet, wobei die Potentialentwicklung unter der Trigger-elektrode E45 rot und unter E37 grün gekennzeichnet ist. Darüber als Momentaufnahmen dem jeweils negativen bzw. positiven Gipfel zugeordnet die darauf bezogenen Potentialverteilungen. Sie kennzeichnen zum einen die lokalisierte Generierung der SP-events, zum anderen die Strukturierung in Nah- und Fernfelder. Beachte die jeweils gegensätzliche Polung der Nahfelder und Fernfelder sowie ihre Ähnlichkeit unter M0 und M2 und ihre typische Orientierung auf E37 und E38 unter M1.


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Abbildung 4.9
Zeitliche SP-Modul-Entwicklung unter Verwendung der Ableitelektrode E37 als Triggerelektrode. Dargestellt sind links die Modul-Entwicklung unter normalem ECoG (M0), in der Mitte unter spike-Aktivität (M1), rechts unter slow wave-Aktivität (M2). In der unteren Bildreihe sind die zugehörigen Zeitfunktionen abgebildet, wobei die Potentialentwicklungen unter der Triggerelektrode E45 rot und unter E37 grün gekennzeichnet sind. Darüber die darauf bezogenen Potentialverteilungen. Bemerkenswert ist der geringe Einfluß des Triggerpotentials E37 auf die benachbarten Ableitorte, wodurch die Fernfelder, bezogen auf die Größe des Triggerpotentials, relativ gering strukturiert sind. Die veränderliche Hintergrund-Aktivität dokumentiert sich hier vorwiegend in der Modulation der Amplitude des Triggerpotentials E37, die unter M1 ihre extremste Steigerung erfährt, sich aber kaum in der Veränderlichkeit der topographischen Verteilung von Fern- und Nahfeld widerspiegelt.


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4.1.5. Module in der reduzierten peak-to-peak-Darstellung

Die unter 5.1.3 beschriebene Darstellung der Module ist sehr aufwendig. Für eine Übersichtsbetrachtung erschien es daher nützlich, eine Abbildung mit reduziertem Aufwand zu erstellen. Abb. 4.10 ist eine solche Darstellung, die sich ausschließlich an der peak-to-peak-Amplitude der SP orientiert. Die positiven Amplitudendifferenzen werden durch hellgraue und die negativen Amplitudendifferenzen durch dunkelgraue Flächen markiert. Die weißen Flächen charakterisieren demzufolge Bereiche des Übergangs von positiven zu negativen Amplitudendifferenzen. Die einzelnen Module sind topologisch entsprechend der Abb. 4.1 angeordnet.

Grob betrachtet fallen drei unterschiedliche Nahfeld-Fernfeld-Kombinationen auf. Einmal relativ kleine Nahfelder kombiniert mit zweigeteilten Fernfeldern. Diese treten besonders im oberen Randbereich (Bildzeile eins und zwei; E59 bis E63, E51, E52 und E55) sowie am rechten Rand auf (E47 und E39). Die Nah- und Fernfelder nehmen dabei weniger als 50% der Gesamtfläche ein. Eine weitere Gruppe ist durch große zusammenhängende Nah- und Fernfelder charakterisiert (mehr als 50% der Gesamtfläche). Sie sind besonders im mittleren und unteren Bereich zu finden. Die letzte Gruppe zeichnet sich durch recht kleine Nahfelder aus, wobei die Fernfelder kleiner sind, bzw. gar nicht lokalisiert werden können. Die trifft besonders für die Elektrodenpositionen 37, 38 19, 20 und 32 zu.

Die Module der Elektrodenpositionen 43, 35, 36 und 39 sind keiner dieser Nahfeld-Fernfeld-Kombination zuzuordnen. Nach Vergleich aller Module kann nicht davon ausgegangen werden, daß die Fernfelder des einen Moduls die Nahfelder des anderen Moduls sind und umgekehrt.


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Abbildung 4.10
Darstellung der Module in der reduzierten peak-to-peak-Darstellung für normales ECoG (M0); hellgraue Flächen positive Amplituden (Nahfelder); dunkelgraue Flächen negative Amplituden (Fernfelder); weiße Flächen Übergangsbereich. Die Triggerelektrode ist jeweils duch ein Quadrat gekennzeichnet.


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4.1.6. lambda -Flächen

Die SP unterscheiden sich örtlich in der Größe ihrer Amplitude. Unter E37 werden z.B. stets vergrößerte Amplituden nachgewiesen, die unter spike-Aktivität Extremwerte erreichen. Dagegen sind die SP-Amplituden in vielen Elektrodenpositionen ( z.B. E44 - E46) wesentlich kleiner und sehr viel weniger von der Hintergrundaktivität abhängig. Ein anderer Gesichtspunkt betrifft die elektrotonische Ausbreitung dieser SP in ihre unmittelbare Umgebung, die Gegenstand der Modulanalyse ist. Wie dort gezeigt, folgt die elektrotonische Feldverteilung nicht nur der Größe der SP-Amplituden, sondern unterliegt offenbar noch weiteren Einflüssen. Dies wird besonders deutlich, wenn man die Module E45 und E37 miteinander vergleicht. Für E45 konnte eine starke Beziehung zum Umfeld konstatiert werden, die in einer großen gleich- und einer großen gegenphasigen Potentialreflexion besteht. Demgegenüber erweist sich das Modul E37 mit seinen großen Amplituden als relativ isoliert; sein Umfeld reagiert nur wenig gleichgerichtet oder gegenphasig.

Um die Stärke des Übergangs zwischen den Nah- und Fernfeldern beschreiben zu können, wurden lambda -Flächen berechnet (vgl. 4.4) und in Abb. 4.11 dargestellt.

Es lassen sich zwei verschiedene Flächenkategorien unterscheiden. Zum einen Flächen, die durch steile räumliche Potentialgradienten gekennzeichnet sind und demnach nur kleine lambda -Flächen ausbilden, so beispielsweise Strukturen unter den Elektroden E36, E37, E38, E19 und E20. Zum anderen Flächen, die in Umkehr dieser Charakteristik bei geringen räumlichen Potentialgradienten große lambda -Flächen entwickeln. Sie sind Strukturen zuzuordnen, die sich s-förmig vom oberen linken Rand durch die obere Mitte nach rechts unten im Ableitfeld des Elektrodengrids erstrecken. Die kleinen lambda -Flächen sind in erster Näherung Elektrodenpositionen mit spike-Aktivität und einer wahrscheinlich epileptogenen Funktion. Die benachbarten größeren Flächen korrelieren mit Elektrodenpositionen, die sich durch eine höhere kohärente SP-Generierung auszeichnen, wie noch unter 4.1.7 beschrieben wird.


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Abbildung 4.11
lambda -Flächen für die einzelnen Module in topologischer Anordnung entsprechend der Ableitelektrodenpositionen (vergl. Abb. 4.1).


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4.1.7. Kohärenz-Analyse im ECoG (KKD)

Werden in zwei Ableitkanälen durch Kreuzkorrelation mit dem Suchtemplate SP selektiert, so gelten diese beiden SP nach den Modalitäten der "Zweikanalkopplungsanalyse“ als kohärent, wenn sich die Zeitpunkte ihrer signifikanten Korrelationsmaxima (siehe Pkt. 3.5) um maximal +/- 0,49 ms unterscheiden.

Im vorliegenden Fallbeispiel erweist sich die Zweikanalkopplung für die Dauer der Ableitung als relativ stabil. Ihre Kartierung nach Hintergrundaktivität ändert nur die Quantität, nicht aber die Orte mit relativ hoher bzw. niedriger Zweikanalkopplung (vgl. Abb. 4.12). Die höchste Quantität wird unter normalem ECoG (M0) erreicht, die geringste unter spike-Aktivität (M1). Die Zweikanalkopplung wird durch den Hintergrund folglich in ähnlicher Weise beeinflußt wie die SP-

Abbildung 4.12
Zweikanalkopplungsdichte (KKD) für Dt=0ms. Es bedeuten: rote Flächen maximale, dunkelgrün Flächen minimale Zweikanalkopplungsdichte, links normaler ECoG-Aktivität (M0), in der Mitte spike-Aktivität (M1), links slow wave-Aktivität (M2). Die Farbcodierung läuft in acht Abstufungen von einer Kopplungsdichte von 0,6 (dunkelgrün) bis 3,2 (rot).

Dichte. Denn dort, wo die Dichte hoch ist, ist auch die Zweikanalkopplung hoch. Dies läßt sich jedoch nicht generalisieren. Die insgesamt differenten flächenhaften Verteilungen von Dichte und Kopplung zeigen an, daß beide nur teilweise einander bedingen. Zumindest fällt auf, daß rings um Elektrode E37 die Kopplungsdichte gering und räumlich wenig strukturiert ist, wie das auch in der Darstellung der auf die jeweilige Einzelelektrode bezogenen Abbildung der Zweikanalkopplungen am Beispiel für normales ECoG (M0) zum Ausdruck kommt (vgl. Abb. 4.13). Hier ist, für jede Ableitelektrode im Ableitfeld getrennt, die Häufigkeit für das gleichzeitige Auftreten von SP in allen anderen Kanälen dargestellt. Die KKD-Maps für jede Elektrode sind dabei so angeordnet, wie es der Elektrodenposition im Grid entspricht (siehe Abb. 4.2). Jedes einzelne KKD-Map stellt wiederum schematisch das Grid dar. Die oben links in den einzelnen Maps angegebenen Zahlen sind die als Trigger verwendeten Elektrodenpositionen im jeweiligen Ableitfeld (siehe Abb 4.2). Die Farbkodierung erfolgt für alle Bilder mit dem gleichen Wertebereich von 0,03 bis 0,27 Kopplungen/event. Nur bei maximal jedem dritten bis vierten event in einem Kanal kommt es in


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einem definierten anderem Kanal ebenfalls zu einem event. Die Hochrechnung auf das Ableitgrid ergibt somit einen Bereich von 0,8 bis 7 weitere events auf dem Grid, wenn in einem Kanal ein event beobachtet wird. Dabei liegt der weitaus größe Teil der Kopplungen im Bereich bis zu vier gleichzeitigen events (vgl. Abb. 4.13 die grünen und blauen Flächen).

In dieser Darstellung wird deutlich, daß die auf jede Einzelelektrode bezogenen Zweikanalkopplungen ihre jeweils größte Dichte stets zu einer oder zu mehreren unmittelbar benachbarten Elektrodenpositionen entwickeln. Dabei wird niemals der gesamte Bereich der sich überdeckenden Nahfelder benachbarter Elektroden ausgefüllt. Vielmehr scheint es für die höchste Kopplungsdichte preferierte Sektoren zu geben. Typisch für diese Aussage sind die kohärenten Beziehungen zur Phase 0 zwischen den Elektroden E51 und E52, E 53 und E45, E 45 und E46. Aber selbst in diesen Bereichen ist die Wahrscheinlichkeit, gleichzeitiger events kleiner als 30%.


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Abbildung 4.13
Zweikanalkopplungen in topologischer Anordnung der Triggerelektroden, jeweils in Beziehung zum gesamten Ableitfeld unter normaler ECoG-Aktivität (M0). Die Farbmarkierung kennzeichnet die maximale Zweikanalkopplungsdichte rot und die minimale Zweikanalkopplungsdichte rot und die minimale Zweikanalkopplungsdichte blau [entspricht Kopplungen pro SP].


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4.1.8. Kreuzkorrelation zwischen Modul und Kohärenz

Da die kohärente Zweikanalkopplung stets zwischen unmittelbar benachbarten Nahfeldern ihre größte Dichte entwickelt, lag es nahe, die Rolle dieser Nah- und Fernfelder mit den Mitteln der Zweikanalkopplungsanalyse näher zu untersuchen. Als probates Mittel wurden für einzelne Elektrodenpositionen Kreuzkorrelationskoeffizienten zwischen dynamischen bzw. reduzierten Modulmaps mit Kopplungsmaps unterschiedlich zeitlicher Verzögerung von 0 bis 15,625 ms berechnet. Abb. 4.14 zeigt als Beispiel eine solche Kreuzkorrelation, berechnet für E45. Die mit zeitlichen Verzögerungen gekennzeichneten Kopplungsmaps zwischen 0,49 bis 15,14 ms zeigen innerhalb des Ableitfensters eine hohe Flächendynamik. Die für jedes Bild angepaßten kohärenten Schwerpunkte (Maximum rot, Minimum blau markiert) liegen anfänglich im Nahfeldmodul (vgl. Modul unten links), zwischenzeitlich im Fernfeldmodul, um nach ca. 8 ms ins Nahfeldmodul zurückzukehren. Die sich in der Zeit entwickelnden Bewegungen der verzögerten Zweikanalkopplung werden durch die Kreuzkorrelationsfunktion (blaue Kurve im Diagramm unten rechts) nachgezeichnet. Große Strecken dieser Kreuzkorrelation bewegen sich außerhalb der Konfidenzschranken (p < 0,05) und erreichen für Kopplungsbeziehungen im Nahfeld hochsignifikante positive und für Kopplungsbeziehungen im Fernfeld hochsignifikante negative Korrelationskoeffizienten. Zugleich erfahren die Kopplungsdichten mit der Verzögerung eine deutliche Reduktion ihrer Dichte. Relativiert man diese auf Kopplungen bei 0 ms Verzögerung, erhält man die grün markierte Zeitfunktion der Kopplungsdichte unten links im Diagramm. Im Fernfeldbereich beträgt der Anteil verzögerter Kopplungen weniger als 0,31, wenn die Kopplungsdichte des Nahfeldbereichs ohne Verzögerung 1 gesetzt wird. Bei Rückkehr ins Nahfeld steigt die Kopplungsdichte noch einmal an und überschreitet die Marke 0,31.

Daß diese für E45 exemplarisch dargestellte Kreuzkorrelation zwischen Modul und Zweikanalkopplung kein Zufall ist, beweist Abb. 4.14. Hier wurden nur die Kreuzkorrelationsfunktionen und die Zeitfunktionen der relativierten Zweikanalkopplungsdichte synoptisch abgebildet. Dabei wurde das Modul E45 blau, die wiederholt als epileptogen gekennzeichnete Beziehung der E37 rot markiert. Für die große Mehrzahl der Ableitungen gilt die mit Abb. 4.14 skizzierte Gesetzmäßigkeit in den Beziehungen zwischen Modul und Zweikanalkopplung, auch wenn nicht in jedem Fall eine signifikante Korrelation im Fernfeldbereich erzielt wurde. Für die als ”epileptogen“ gekennzeichneten Elektrodenpositionen fällt die Rückkehr zum Nahfeld aus. Bemerkenswert ist auch, daß gerade diese Positionen die geringste Kopplungsdichte zur Zeitverzögerung 0 aufweisen, aber die höchste im Fernfeldbereich. Offenbar wird ein höherer Anteil an Phase-0-Kohärenz im Fernfeldmodul wirksam.


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Abbildung 4.14
Exemplarische Kreuzkorrelationsanalyse E45. Die einzelnen Maps wurden mit der Verzögerungszeit gekennzeichnet. Die Zweikanalkopplungsdichte wurde in jedem Map angepaßt; rot kennzeichnet maximale, blau minimale Kopplungsdichte. Unten links das Modul von E45 in reduzierter Abbildung; das Nahfeldmodul wurde dunkelgrau, das Fernfeldmodul hellgrau markiert. Unten rechts Zeitfunktionen der Kreuzkorrelationskoeffizienten (grün) und die für diese Funktionen gültigen Konfidenzschranken für p < 0,05 sowie die relativierte Zweikanalkopplungsdichte (blau). Die momentane Kopplungsdichteverteilung von E45 ist der Abb. 5.12 zu entnehmen.


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Abbildung 4.15
Kreuzkorrelationsfunktionen (oben links) und Zeitfunktionen der Zweikanalkopplungsdichte (oben rechts) des gesamten Ableitfeldes unter normalem ECoG (M0). Die Funktionen für E45 wurden rot und die für die Elektroden E 37 blau gezeichnet. In schwarz die Konfidenzschranken für p< 0,05. Das Ableitfeld (unten links) kennzeichnet die Lage der farblich hervorgehobenen Elektrodenpositionen im Ableitfeld.


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4.2. Elektroenzephalogrammableitungen

Um die Anwendbarkeit der Subpotentialanalyse unter elektroenzephalo-graphischen Laborbedingungen nachzuweisen, wurde an 15 gesunden Studenten eine Pilotstudie mit einer 30 kanaligen EEG-Ableitung unter verschiedenen kognitiven Anforderungen durchgeführt. Diese Studie ist Gegenstand der Promotionsarbeit von Th. Werner(WER1998). Die hier exemplarisch gezeigten Ergebnisse einer Subpotentialanalyse beziehen sich auf eine geistig wie körperlich gesunde Probandin dieser Studie.

In dieser Studie wurden jeweils 30 Sinterelektroden nach einem modifizierten 10 - 10 System gitterförmig um Cz mit Elefix EEG-Paste (Nihon-Kohden) aufgeklebt. Über jeder Hemisphäre befanden sich drei Reihen mit je fünf Elektroden (vgl. Abb 4.16).

Abbildung 4.16
Anordnung der Elektroden in der EEG-Studie.

Das EEG wurde unter den folgenden drei Bedingungen abgeleitet:

  1. unter relaxierter Wachheit und bei geöffneten Augen (”Augen auf“),
  2. während der Lösung einer schriftlich vorgegebenen Kettenaufgabe durch Kopfrechnen (”Rechnen“) und

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  3. während der Darbietung eines Hörspiels, über dessen Inhalt anschließend Fragen gestellt wurden (”Hören“).

Unter jeder dieser Bedingungen wurde das EEG für die Dauer von drei Minuten abgeleitet.

Die EEG-Aufzeichnung erfolgte mit dem Neuroscan. Die Abtastrate betrug 2 kHz. Die Hardware-Filterung war auf 0,3 Hz untere und 500 Hz obere Grenzfrequenz eingestellt. Die Verstärkung war so gewählt, daß das LSB 0,134 µV entsprach.

4.2.1. SP-events in Beziehung zur EEG-Aktivität bei mentaler Leistung

Analog zu den Darstellungen unter 4.1.1 wurden in den Abb. 4.17 bis 5.19 die SP-events in synoptischer Beziehung zur jeweiligen EEG-Aktivität unter den Bedingungen ”Augen auf“, ”Rechnen“ und ”Hören“ dargestellt. Die Zeitpunkte der SP-events sind für signifikante positive Korrelationen des Suchtemplates mit dem EEG durch senkrechte Striche nach oben an der EEG-Baseline markiert, signifikant negative Korrelationen entsprechend durch senkrechte Striche nach unten. In allen drei Abbildungen ist jeweils nur eine Sekunde der dreiminütigen EEG-Ableitung exemplarisch dargestellt. Ein schlüssiger Vergleich zur Kennzeichnung von Unterschieden zwischen diesen Ableitbedingungen ist auf dieser Basis mithin nicht möglich. Aber es bieten sich vergleichende Betrachtungen zur analog durchgeführten SP-event-Analyse charakteristischer ECoG-Abschnitte und zu einigen Wechselbeziehungen mit der EEG-Hintergrundaktivität bei den unterschiedlichen mentalen Anforderungen an.

Als erstes fällt die wesentlich höhere Dichte der SP-events in den EEG-Ableitungen auf. Weiterhin entsteht bei den EEG-Ableitungen der Eindruck einer großen Regelmäßigkeit im Erscheinungsbild der SP-events. Dieser Eindruck von Regelmäßigkeit beruht darauf, daß unter ”Augen auf“ und ”Hören“ Gruppierungen von ausschließlich positiven und negativen SP-events mit einer Folge von 3 bis 6 SP-events gleicher Polarität dominieren, wobei in dieser Darstellungsform keine eindeutige Beziehung zum Wellenverlauf des EEG besteht. In Abb. 4.18 ist rechts ein Lidschlagartefakt zu erkennen, der am deutlichsten unter den frontalen Elektroden E05, E10, E15, E20, E25 und E30 ausgeprägt ist. Auch unter diesem artefiziellen EEG zeigen sich diese SP-event-Folgen. Unter einem recht flachen Betrachtungswinkel zeigen sich solche ”Dichtehäufungen“ mit einer Frequenz von ca. 6 bis 7 Hz, wobei sowohl positive als auch negative SP-events auftreten. Für die Bedingung ”Rechnen“ (siehe Abb. 4.18) gelten ähnliche Aussagen, jedoch ist das in Form und Amplitude andere EEG unter den Elektroden 4 und 5 mit einer geringeren event-Dichte verbunden, und die 6 bis 7 Hz- Rhythmik läßt sich hier nicht feststellen. Auch ist die Aufeinanderfolge gleichgepolter SP-events mit 2 - 3 hier etwas geringer. Dadurch erscheint die Verteilung der SP-events in Polarität und Abfolge regelmäßiger als unter ”Augen auf“ und ”Hören“. Betrachtet man alle drei Abbildungen, so entsteht unter ”Rechnen“ und ”Hören“ der Eindruck einer etwas höheren SP-event-Dichte, die generell zu zentralen Ableitpositionen zunimmt.


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Abbildung 4.17
SP-events und EEG-Hintergrundaktivität bei mentaler Leistung: Bedingung ”Augen auf“.


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Abbildung 4.18
SP-events und EEG-Hintergrundaktivität bei mentaler Leistung: Bedingung ”Rechnen“.


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Abbildung 4.19
SP-events und EEG-Hintergrundaktivität bei mentaler Leistung Bedingung: ”Hören“. Rechts Lidschlagartefakt im EEG.


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4.2.2. SP-Dichte in Beziehung zur Aufgabenstellung

Unter diesen drei Bedingungen (”Augen auf“, ”Rechnen“ und ”Hören“) unterscheidet sich die SP-Dichte in der absoluten Höhe und in ihrer topographischen Verteilung. Abb. 4.20 faßt diese Ergebnisse zusammen.

Abbildung 4.20
Topographische SP-Dichte-Verteilung für die drei Ableitbedingungen (links ”Augen auf“, mitte ”Rechnen“, rechts ”Hören“). In der Farbskalierung kennzeichnet rot die höchste (84,5 bis 85,0 SP/s), blau die geringste SP-Dichte (81,0 bis 81,5 SP/s).

Unter der Bedingung ”Augen auf“ ist die SP-Dichte über weite Bereiche des zentralen Ableitfeldes gering. Nur am rechten lateralen Rand, besonders über E30, und am linken lateralen Rand, besonders über E01, ist die Dichte höher. Sehr ähnlich verteilt sich die Dichte unter der Bedingung ”Hören“; die geringsten Dichten sind jedoch mehr auf einen frontozentralen Bereich konzentriert. Auffällig ist ein singuläres Maximum an Elektrode E24. Beachtlich ist auch die hohe Dichte an den Elektroden E26 bis E28. Im Gegensatz dazu ist unter der Bedingung ”Rechnen“ die SP-Dichte generell erhöht (rote und gelbe Flächen). Im frontozentralen Bereich unter E15 und im rechten occipitalen Bereich (E21, E26) treten eng umschriebene Bereiche geringerer SP-Dichte auf (blaue Felder). Bemerkenswert ist, daß an Elektrode E05 (frontolateral links) unter allen Bedingungen stets die geringsten SP-Dichten auftreten.


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4.2.3. SP-Amplituden-Zeit-Templates in Beziehung zur Aufgabenstellung

Die Aufgabenstellung beeinflußt die SP-Amplituden (vgl. Abb. 4.21). Diese sind unter der Bedingung ”Rechnen“ für das gesamte Ableitfeld größer, als unter den Bedingungen ”Augen auf“ und ”Hören“. Ferner bilden die Amplituden-Zeit-Templates unter ”Rechnen“ einen zweiten positiven Gipfel aus, wodurch sich im Template ein gewisses Plateau andeutet. Dieses ist unter ”Hören“ auch in einigen Ableitungen des frontozentralen Mittelfeldes zu sehen. Unter ”Augen auf“ findet sich ein solches Plateau nur unter E05 und andeutungsweise unter E29 und E30.

Die topographischen Unterschiede innerhalb der Ableitbedingungen sind jedoch nur gering ausgeprägt. Stets dominieren für die jeweils rechts- oder linkshemisphärischen Randpositionen große SP-Amplituden, die unter ”Rechnen“ an allen vier Eckpositionen größere Steigerungen erfahren. In den zentralen Elektrodenpositionen sind die SP-Amplituden durchweg kleiner und topographisch geringer differenziert. Die SP-Amplituden liegen in einem Bereich von 3 bis 6 µV. Auffallend ist ferner, daß unter allen drei Bedingungen die Elektrode E05 mit den geringsten SP-Dichten die größten Amplituden aufweist. Die Amplituden erreichen hier Spitzenwerte bis zu ca. 20 µV (E05, E04; beachte die andere Skalenbeschriftung.


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Abbildung 4.21
Amplituden-Zeit-Templates der SP, angeordnet entsprechend der Elektrodenposition im Ableitschema. Unten bezogen auf die Bedingung ”Augen auf“, in der Mitte für die Bedingung ”Rechnen“, oben unter der Bedingung ”Hören“. Die Elektroden E04 und E05 sind unter ”Rechnen“ abweichend skaliert und mit ”*“ markiert.


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4.2.4. Zeitliche Entwicklung der SP-Module

Die zeitliche Entwicklung der SP-Module wird exemplarisch an zwei Elektrodenpositionen demonstriert: an E15 und an E18. Die zeitliche Modulentwicklung unter E15 (vgl. Abb. 4.22) ist dadurch gekennzeichnet, daß sich zunächst ein kleinerer negativer Gipfel ausprägt, dem nach raschem Polaritätswechsel ein positiver Gipfel folgt. Diese Positivierung des Potentials verschwindet nach weiteren ca. 10 ms wieder. Jedem Gipfel ist eine komplizierte elektrotonische Feldverteilung zugeordnet, die sich in Nah- und Fernfelder differenzieren läßt. Das Fernfeld trägt dabei das jeweils umgekehrte Vorzeichen des Nahfeldes. Die dem negativen SP-Gipfel zugeordneten Fernfelder decken sich in ihren Koordinaten unter den Bedingungen ”Augen auf“ und ”Hören“ nicht mit Fernfeldern des positiven Potentialgipfels, bei ”Rechnen“ weisen sie eine gewisse Ähnlichkeit auf. Es bestehen große Unterschiede zwischen den verschiedenen Bedingungen. Unter E15 zeigt sich die stärkste Felddispersion unter dem positiven Gipfel beim ”Rechnen“. Bei einer relativ großen Übereinstimmung im SP-Template unter ”Augen auf“ und ”Hören“ erweisen sich die Potentialmaps beider Bedingungen als durchaus unterschiedlich.

Abbildung 4.22
Zeitliche SP-Modul-Entwicklung unter Verwendung der Ableitelektrode E15 als Trigger-elektrode. Dargestellt sind links die Modul-Entwicklung unter der Bedingung ”Augen auf“, in der Mitte unter ”Rechnen“, rechts unter ”Hören“. In der unteren Bildreihe sind die zugehörigen Zeitfunktionen abgebildet, wobei die Potentialentwicklung unter der Triggerelektrode E15 rot gekennzeichnet ist. Darüber als Momentaufnahmen, dem jeweils negativen bzw. positiven Gipfel zugeordnet, die darauf bezogenen Potentialverteilungen. Sie kennzeichnen zum einen die lokalisierte Generierung der SP-events, zum anderen die Strukturierung in Nah- und Fernfelder.


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Abbildung 4.23
Zeitliche SP-Modul-Entwicklung unter Verwendung der Ableitelektrode E18 als Trigger-elektrode. Dargestellt sind links die Modul-Entwicklung unter der Bedingung ”Augen auf“, in der Mitte unter ”Rechnen“, rechts unter ”Hören“. In der unteren Bildreihe sind die zugehörigen Zeitfunktionen abgebildet, wobei die Potentialentwicklung unter der Triggerelektrode E18 rot gekennzeichnet ist. Darüber als Momentaufnahmen, dem jeweils negativen bzw. positiven Gipfel zugeordnet, die darauf bezogenen Potentialverteilungen. Sie kennzeichnen zum einen die lokalisierte Generierung der SP-events, zum anderen die Strukturierung in Nah- und Fernfelder.

Die Potentialentwicklung unter E18 (vgl. Abb. 4.22) zeigt sich im Nahfeld unter ”Augen auf“ und ”Hören“ als relativ streng um die Elektrodenposition lokalisiert; auch die übrigen Feldverteilungen sind unbedingt vergleichbar. Damit erweisen sich die Bedingungen ”Augen auf“ und ”Hören“ als wenig typisch für diese Elektrodenposition. Anders unter der Bedingung ”Rechnen“: hier ist dem negativen Gipfel kein eng umgrenzbares Nahfeld zuzuordnen, und der positive Gipfel zeigt ein stark vergröbertes, jedoch nach allen Richtungen abfallendes Nahfeld. Für diese Bedingung kann in erster Näherung eine Zweiteilung des Ableitgebiets in ein rechtshemisphäres Nahfeld und ein linkshemisphäres Fernfeld sowohl für die Zeit des Minimums als auch für die Zeit des Maximums im Trigger-SP festgestellt werden. Das Fernfeld ist dabei jedoch dem Umfang nach geringer. Es ist auf die Elektroden E03 bis E05 und E09 und E10 beschränkt. Wie im unteren Bildteil zu erkennen ist, gibt es hier besonder große Potentialphänomene mit entgegengesetzter Polarität. Sie sind zum Teil dem Betrag nach größer als die entsprechenden Amplituden im Triggerkanal.


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4.2.5. Module in der reduzierten peak-to-peak-Darstellung

Auch bei der reduzierten SP-Modul - Darstellung dominiert die große Ähnlichkeit zwischen den Ableitbedingungen ”Augen auf“ und ”Hören“ (vgl. Abb. 4.24 und Abb. 4.26). Diese beiden Bedingungen werden durch kleine, im Prinzip auf die Triggerelektrode begrenzte Nahfelder charakterisiert, was die Lokalisiertheit der SP-Generierung unterstreicht. Mit Ausnahme der Elektroden des frontalen Randes (E05, E10, E15, E20, E25, E30) und der Elektroden E04 und E09 sind nur sehr kleine Fernfelder festzustellen, die mit Ausnahme der oben genannten Positionen fast immer E05 als Zielstruktur enthalten. Dabei scheinen die zentral gelegenen Elektroden einen geringeren Anteil um E05 zu beanspruchen als die mehr lateral gelegenen Elektroden. Die Fernfelder des linkslateralen Bereichs scheinen durchweg größer zu sein als die des rechtslateralen Bereichs.

Unter der Bedingung ”Rechnen“ (siehe Abb. 4.25) dominieren in den zentralen Ableitpositionen (E11 bis E13, E16 bis E19, E22 bis E24) extrem vergrößerte Nahfelder, während die Elektroden links frontal (E04, E05, E09, E10) ein ähnliches Verhalten zeigen, wie unter den anderen beiden Bedingungen. So kleine und eng begrenzte Nahfelder und ein großes Fernfeld, welches sich von E05 zu zentralen und parietalen Elektrodenpositionen ausbreitet. Zu dieser Gruppe von Elektroden müssen auch noch die Elektroden E03 und E08 gezählt werden.


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Abbildung 4.24
SP-Module in der reduzierten peak-to-peak Darstellung. Bedingung ”Augen auf“. Hellgraue Flächen kennzeichnen Nahfelder, dunkelgraue Flächen kennzeichnen Fernfelder, weiße Flächen kennzeichnen den Übergangsbereich. Diese Form der Abbildung entspricht in erster Näherung der auf den positiven Gipfel bezogenen zeitlichen Modulentwicklung (vgl. mit Abb. 5.17 und 5.18).


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Abbildung 4.25
SP-Module in der reduzierten peak-to-peak Darstellung. Bedingung ”Rechnen“. Hellgraue Flächen kennzeichnen Nahfelder, dunkelgraue Flächen Fernfelde, dazwischen weiß der Übergangsbereich.


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Abbildung 4.26
SP-Module in der reduzierten peak-to-peak Darstellung. Bedingung ”Hören“. Hellgraue Flächen kennzeichnen Nahfelder, dunkelgraue Flächen Fernfelder, dazwischen weiß der Übergangsbereich.


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4.2.6. lambda -Flächen

Die überwiegend kleinen Nahfelder unter den Bedingungen ”Augen auf“ und ”Hören“ auf der einen Seite und die deutliche Nahfeldvergrößerung in einigen zentralen Ableitpositionen beim ”Rechnen“ auf der anderen Seite veranlaßten zur Berechnung von lambda -Flächen, die jeweils von einer Isopotentiallinie vom 1/e-ten Teil der Nahfeldamplitude umgrenzt sind. Mit den Abb. 4.27 und 4.28 werden die Ergebnisse dieser Berechnung gezeigt, die farbkodiert die im Ableitfeld erreichten Größen dieser lambda -Flächen widerspiegeln. Wählt man für alle Bedingungen die gleiche Skalierung, sind die Maps für ”Augen auf“ und ”Hören“ kaum strukturiert, weil die Spitzenwerte beim ”Rechnen“ dabei im rechtszentralen Bereich eine Steigerung um etwa das Vierzigfache erfahren (vgl. Abb. 4.27). Aus diesem Grund wurde ein weiteres Map berechnet, bei dem die Farbkodierung für jede Bedingung angepaßt wurde. Das Ergebnis zeigt Abb. 4.28.

Danach zeigen sich unter den drei Bedingungen unterscheidbare Schwerpunkte in der Größe der lambda -Flächen. Unter ”Augen auf“ (vgl. Abb. 4.28 links) zeichnen sich lambda -Vergößerungen ab, die linkshemispährisch einen parietalen, rechtshemisphärisch einen parietalen und einen frontalen Schwerpunkt ausbilden. Sie bilden sich jeweils über der Mittellinie einer jeden Hemisphäre ab und werden frontal durch eine Brücke erhöhter lambda -Flächen miteinander verbunden. Sehr ähnlich sind die lambda -Vergrößerungen unter ”Hören“, wobei sich ein größeres Maximum über der Mittellinie der rechten Hemisphäre abbildet (vgl. Abb. 4.28 rechts). Gänzlich verändert stellen sich die Verteilungen der lambda -Fläche unter ”Rechnen“ dar. Hier dominiert ein rechtszentraler Schwerpunkt (vgl. Abb. 4.28 mitte), der im topographisch vergleichbaren Bereich etwa 30 mal über dem Level bei ”Augen auf“ liegt (vgl. Abb. 4.27). Das Maximum liegt bei ca. 150 cm², das Minimum bei ca. 4 cm².


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Abbildung 4.27
lambda -Flächen unter den Bedingungen ”Augen auf“ (links), ”Rechnen“ (mitte) und ”Hören“ (rechts), wobei für alle drei Maps die gleiche Farbskalierung gilt.

Abbildung 4.28
lambda -Flächen unter den Bedingungen ”Augen auf“ (links), ”Rechnen“ (mitte) und ”Hören“ (rechts) wobei die Farbskalierung für jeden Map angepaßt wurde.


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4.2.7. Kohärenz-Analyse im EEG (KKD)

Die dreiminütigen EEG-Abschnitte, die unter unterschiedlichen kognitiven Anforderungen abgeleitet wurden, unterscheiden sich nach Analyse der Zweikanalkopplungen nur in quantitativer Hinsicht, ohne größere Veränderungen in der räumlichen Verteilung. Subsummiert man alle Beziehungen, die auf jeweils eine Elektrode bezogen als Zweikanalkopplungsdichte mit dem gesamten übrigen Ableitfeld bestehen, und kartiert man diese, markiert sich ein zentrales, leicht rechtsverschobenes Feld hoher Kohärenz mit circumferenter Lage zum Vertex (vgl. Abb. 4.29) Dagegen erweisen sich Bereiche mit minimaler Kohärenz auf die vier Eckpositionen des Ableitfeldes verteilt, wobei die minimale Kopplungsdichte dem linksfrontalen Eckpunkt zuzuordnen ist. Ganz eindeutig werden die höchsten Kopplungsdichten unter der Bedingung ”Rechnen“ erreicht, zugleich findet dabei eine Verlagerung der Bereiche höchster Kopplungsdichte nach frontal statt. Die geringste Kopplungsdichte wird unter ”Hören“ erreicht. Dabei verlagert sich das Feld höchster Dichte nach okzipital.

Abbildung 4.29
Integrale Darstellung der Zweikanalkopplungdichte (KKD) bei dt = 0 ms, links unter der Bedingung ”Augen auf“, rechts unter der Bedingung ”Hören“, in der Mitte unter der Bedingung ”Rechnen“. Maximale Kopplungsdichten wurden rot, minimale blau markiert (acht Stufen im Bereich von 4,5 bis 14,9). Die Kartierung folgt den topologischen Positionen der Ableitelektroden auf dem Skalp (vgl. Abb. 5.14).

Bei Abbildung der Zweikanalkopplung jeweils mit Gültigkeit für die verwendete Triggerelektrode unter ”Augen auf“, ”Rechnen“ und ”Hören“ (vgl. hierzu Abb. 4.30, 4.31 und 4.32) wird deutlich, daß sich die Kopplungen höchster Dichte immer nur zwischen den unmittelbar banachbarten Nahfeldmodulen ausbilden. In dieser Form der Darstellung verdeutlicht sich die asymmetrische Lage der Kohärenz. Ganz augenfällig wird dies, wenn man jeweils die Ableitungen links außen (E01 - E05) mit den Ableitungen rechts außen (E25 -E30) vergleicht. Danach ist die Asymmetrie der Kohärenzverteilung unter ”Rechnen“ maximal, wenn man die Kartierungen der E04 mit E29 und der E05 mit E30 vergleicht. Stets fällt die Kohärenzdichte zugunsten der rechten Hemisphäre aus.


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Abbildung 4.30
Zweikanalkopplung bei Dt = 0 ms unter der Bedingung ”Augen auf“. Rot entspricht der maximalen, blau der minimalen Dichte. Die Farbskalierung verwendet in jedem Map die gleiche Stufung (acht Stufen; Wertebereich 0,13 bis 0,64). Anordnung nach Ableitschem (vgl. Abb. 5.14).


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Abbildung 4.31
Zweikanalkopplung bei Dt = 0 ms unter der Bedingung ”Rechnen“. Rot entspricht der maximalen, blau der minimalen Dichte. Die Farbskalierung verwendet in jedem Map die gleiche Stufung (acht Stufen; Wertebereich 0,10 bis 0,74). Anordnung nach Ableitschema (vgl. Abb. 5.14).


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Abbildung 4.32
Zweikanalkopplung bei Dt = 0 ms unter der Bedingung ”Hören“. Rot entspricht der maximalen, blau der minimalen Dichte. Die Farbskalierung verwendet in jedem Map die gleiche Stufung (acht Stufen; Wertebereich 0,11 bis 0,66). Anordnung nach Ableitschema (v gl. Abb. 5.14).


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4.2.8. Korrelationen zwischen verzögerten Zweikanalkopplungen und Modul

Die folgenden drei Abbildungen (Abb. 4.33 für ”Augen auf“, 4.34 für ”Rechnen“ und 4.35 für ”Hören“) zeigen zeitlich verzögerte Zweikanalkopplungen, wie sie exemplarisch für die Elektrode E18 unter den Bedingungen ”Augen auf“, ”Rechnen“ und ”Hören“ erhalten wurden. Die zeitlichen Verteilungen der Kopplungen wurden von der 0. bis zur 9. Millisekunde für jede Millisekunde Zeitverzögerung in gesonderten Maps dargestellt, um die Dynamik der auf E18 bezogenen Kopplungsbeziehungen im Ableitfeld zu verdeutlichen.

Unter allen drei Bedingungen ist die höchste Zweikanalkopplungsintensität zum Zeitpunkt dt = 0 ms im Nahfeld von E18 mit den unmittelbar benachbarten Elektrodenpositionen zu erkennen. Auffallend für diese Kopplungsverhältnisse ist, daß sie sich bei so unterschiedlich mentalen Voraussetzungen, wie dem Hören oder dem Rechnen, in der Topograpghie der Kopplungsverteilungen nur sehr wenig voneinander unterscheiden (vgl. Abb. 4.33, 4.34 und 4.35). Von der 2. bis zur 6. Millisekunde Verzögerung bildet sich eine Verteilung von Kopplungen ab, die einer Invertierung momentaner Verkopplungen entspricht. Im weiteren Verlauf kommt es zur teilweisen Restauration der momentanen Kopplungsverteilung, die zur 7. Millisekunde Verzögerung die größte Ähnlichkeit erreicht. Danach differenzieren sich die, den mentalen Voraussetzungen zugrundeliegenden Prozesse erneut mit topographischer Vielfalt. Es zeigt sich, daß die Schwerpunkte maximaler Kopplungen für ”Rechnen“ mehr linkszentrale, für ”Hören“ und ”Augen auf“ mehr rechtszentral angeordnet sind.

Die Zweikanalkopplungen durchlaufen, bezogen auf die topographische Verteilung ihrer Intensität, eine temporäre Invertierung, die typisch ist für Zeitverzögerungen zwischen 2 und 6 ms, um nach 7 ms noch einmal eine kurze, aber große Übereinstimmung mit den Ausgangsbedingungen zu erreichen. Eine deshalb berechnete Autokorrelationsfunktion (rot markierte Kurve im Diagramm unten rechts in jeder der drei Abbildungen) spiegelt diesen Sachverhalt wider:

Die Intensität der Zweikanalkopplungen erfährt während dieser Verzögerungen eine systematische Reduktion. Setzt man sie zum Zeitpunkt t = 0 auf 1, erreichen die im Zeitbereich zwischen 2. und 6. Millisekunde Werte, die einem 1/10 bis einem 1/20 des Ausgangswertes entsprechen. In der 7. Millisekunde erreichen sie noch einmal ein relatives Maximum, das einem 1/4 bis einem 1/5 der Ausgangsintensität entspricht (vgl. grüne Kurve in den Diagrammen unten rechts). Aufgrund dieser systematischen Zeitfunktion der Zweikanalkopplungsintensitäten wurde in den Maps, um die topographische Strukturierung zu verdeutlichen, die Skalierung in jeder Verzögerungsstufe auf die jeweilige Amplitude zwischen Maximum und Minimum angepaßt. In der topographischen Verteilung


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verzögerter Zweikanalkopplungen sind drei Zeitbereiche offenbar eng auf die Modulstruktur bezogen: momentane und mit 7 ms verzögerte Kopplungen mit dem Nahfeld, 2 bis 6 ms verzögerte Kopplungen mit dem Fernfeld. Dies drückt auch eine Kreuzkorrelationsfunktion aus, die zwischen dem Modul in reduzierter Abbildung ( jeweils unten links in den drei Abbildungen dargestellt) und der jeweiligen Verteilung verzögerter Zweikanalkopplungen berechnet wurde und als Zeitfunktion blau markiert in das Diagramm unten rechts in den Abbildungen übernommen wurde. Diese Funktion zeigt eine bemerkenswerte Ähnlichkeit zur Autokorrelationsfunktion der Zweikanalkopplungen, obgleich zwischen den Nahfeldern unter ”Rechnen“, ”Hören“ und ”Augen auf“ und den zugehörigen momentanen Kopplungsverteilungen größere Unterschiede bestehen.

Abbildung 4.33
Zweikanalkopplungen für die Triggerelektrode E18 mit verschiedenen Verzögerungen unter der Bedingung ”Augen auf“. Die Farbskalierung kennzeichnet die maximale Zweikanalkopplungsdichte rot und die minimale Zweikanalkopplungsdichte blau, wobei die Skalier ung für jede der angegebenen Zeitverzögerungen angepaßt wurde. Unten links ist das Modul in reduzierter Abbildung dargestellt, dunkelgrau markiert das Nahfeld, hellgrau markiert das Fernfeld. Unten rechts im Diagramm sind die Kreuzkorrelationsfunktion zwischen Modul und verzögerten Zweikanalkopplungen blau, die Autokorrelationsfunktion der Zweikanalkopplungen rot und die zum Zeitpunkt t = 0 auf 1 gesetzten Zweikanalkopplungsintensitäten grün markiert.


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Abbildung 4.34
Zweikanalkopplungen für die Triggerelektrode E18 mit verschiedenen Verzögerungen unter der Bedingung ”Rechnen“. Die Farbskalierung kennzeichnet die maximale Zweikanalkopplungsdichte rot und die minimale Zweikanalkopplungsdichte blau, wobei die Skalierung für jede der angegebenen Zeitverzögerungen angepaßt wurde. Unten links ist das Modul in reduzierter Abbildung dargestellt, dunkelgrau markiert das Nahfeld, hellgrau markiert das Fernfeld. Unten rechts im Diagramm sind die Kreuzkorrelationsfunktion zwischen Modul und verzögerten Zweikanalkopplungen blau, die Autokorrelationsfunktion der Zweikanalkopplungen rot und die relativen Zweikanalkopplungsintensitäten grün markiert.


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Abbildung 4.35
Zweikanalkopplungen für die Triggerelektrode E18 mit verschiedenen Verzögerungen unter der Bedingung ”Hören“. Die Farbskalierung kennzeichnet die maximale Zweikanalkopplungsdichte rot und die minimale Zweikanalkopplungsdichte blau, wobei die Skalierung für jede der angegebenen Zeitverzögerungen angepaßt wurde. Unten links ist das Modul in reduzierter Abbildung dargestellt, dunkelgrau markiert das Nahfeld, hellgrau markiert das Fernfeld. Unten rechts im Diagramm sind die Kreuzkorrelationsfunktion zwischen Modul und verzögerten Zweikanalkopplungen blau, die Autokorrelationsfunktion der Zweikanalkopplungen rot und die relativen Zweikanalkopplungs-intensitäten grün markiert.


91

Zur vereinfachenden Darstellung dieser Beziehungen zwischen verzögerten Zweikanalkopplungen und jeweiligen Modul der Triggerelektrode wurden für alle Elektroden Autokorrelationsfunktionen und Modul-Zweikanalkopplung-Kreuzkorrelationsfunktionen berechnet und synoptisch mit dem relativen Verhalten der Zweikanalkopplungsintensität über der Verzögerungszeit abgebildet (vgl. Abb. 4.36 für ”Augen auf“, Abb. 4.37 für ”Rechnen“ und Abb. 4.38 für ”Hören“). Sowohl unter der Bedingung ”Augen auf“ als auch unter der Bedingung ”Hören“ fällt eine große Ähnlichkeit im Verhalten der Kreuzkorrelationskoeffizienten bis zur 6. bzw. 7. ms auf. Danach kommt es zu Abweichungen der Kreuzkorrelationskoeffizienten. Ihre Variationsbreite ist unter ”Hören“ größer - und es treten auch negative Korrelationskoeffizienten auf. Außerdem werden bei Verzögerungen von > 7 - 8 ms in fast allen Kanälen Werte < 0,5 erreicht. Unter ”Rechnen“ unterscheidet sich das Verhalten deutlicher, auch in den ersten beiden Millisekunden. Die Variationsbreiten der Auto- wie Kreuzkorrelationsfunktionen sind größer und nach Rückkehr der maximalen Kopplungen in das Nahfeld bei 7 ms Verzögerung ist kein einheitlicher Trend festzustellen. Die Streuung der Werte ist wesentlich größer im Vergleich zu ”Augen auf“ und ”Hören“, wobei die Tendenz zu mehr negativen Korrelationskoeffizienten besteht.

Die in den unteren Teilen der Abbildungen 4.36 - 4.38 abgebildeten relativen Kopplungs-intensitäten lassen keinen markanten Unterschied zwischen den Versuchsbedingungen erkennen. Dieses Verhalten entspricht somit dem Verhalten der verzögerten Zweikanalkopplungen, wie es für die exemplarische ECoG-Ableitung beschrieben wurde.


92

Abbildung 4.36
Synoptische Darstellung von Autokorrelationsfunktion (oben), Kreuzkorrelationsfunktion zwischen Modul und Zweikanalkopplung (mitte) und relativer Kopplungsintensität (unten) unter der Bedingung ”Augen auf“. Die Elektroden E15 (blau) und E18 (rot) wurden besonders markiert.


93

Abbildung 4.37
Synoptische Darstellung von Autokorrelationsfunktion(oben), Kreuzkorrelationsfunktion zwischen Modul und Zweikanalkopplung (mitte) und relativer Kopplungsintensität (unten) unter der Bedingung ”Rechnen“. Die Elektroden E15 (blau) und E18 (rot) wurden be sonders markiert.


94

Abbildung 4.38
Synoptische Darstellung von Autokorrelationsfunktion (oben), Kreuzkorrelationsfunktion zwischen Modul und Zweikanalkopplung (mitte) und der relativen Kopplungsintensität (unten) unter der Bedingung ”Hören“. Die Elektroden E15 (blau) und E18 (rot) wurden besonders markiert.


95

4.3. EEG und ECoG im direkten Vergleich

Die simultanen Ableitungen von EEG und ECoG erfolgten bei einer Patientin mit fokaler Epilepsie rechtszentralen Ursprungs. Zum Zeitpunkt der Ableitung war die Patientin 28 Jahre alt. Die Lokalisation der 6 EEG-Elektroden und des kortikalen Grids sind Abb. 4.39 zu entnehmen. Von den 64 Gridelektroden wurden jedoch nur 26 Elektroden verwendet (in der Abbildung durch Rahmung gekennzeichnet). Insgesamt wurden 480 s kontinuierlich aufgezeichnetes Sig-nal analysiert. Die EEG-Elektroden sind im Bereich der Trepanationsgrenzen nicht exakt nach dem 10-20-System gesetzt worden. So lag die Elektrode T6 z.B. in unmittelbarer Nähe eines operationsbedingten Bohrlochs. Da nach dem Setzen dieser Oberflächenelektrode keine Röntgenaufnahme gemacht wurde, ist eine genaue Rekonstruktion der Lage dieser EEG-Elektrode zum Grid nicht möglich.

Abbildung 4.39
Lage der EEG-Elektroden (einzelne Kreise) und des ECoG-Elektroden-Grids bei Pat. V06. Die mit einer schwarzen Linie umschlossenen Grid-Elektroden und die EEG-Elektroden wurden in die Auswertung einbezogenen.


96

Abbildung 4.40
Darstellung simultan aufgezeichneter Potentiale von 6 EEG- und 6 ECoG-Elektroden für 10 Sekunden (Reihe 1 bis 6 EEG, Reihe 7 bis 12 ECoG).

Mit diesen Daten wurden eine SP-Analyse und eine Frequenzanalyse durchgeführt. Abb. 4.40 zeigt 10 s dieser Aufzeichnung, wobei die oberen sechs Reihen EEG-Aufzeichnungen und die unteren sechs Reihen simultan dazu abgeleitete ECoG-Aufzeichnungen sind. Dieses Bild bestätigt bekannte Unterschiede zwischen EEG- und ECoG-Ableitungen, wenn das Frequenzband für beide Modi der Aufzeichnung auf die klassische Bandbreite von 0,3 - 70 Hz begrenzt wird.


97

4.3.1. Spektraler Vergleich zwischen EEG- und ECoG-Ableitungen

In den Abb. 4.41 und 4.42 sind die Spektren für je eine EEG- (C4; schwarz) und eine ECoG-Elektrode (E14; rot) dargestellt. Diese beiden Elektroden liegen auf dem Kortex (E14) und dem Skalp (C4) in unmittelbarer Nachbarschaft (siehe Abb. 4.39; siehe Bemerkungen zur Lokalisation 3.3). Abb. 4.41 zeigt die spektrale Zusammensetzung des ungefilterten Signals und Abb. 4.41 die spektrale Zusammensetzung nach Bandpaßfilterung zwischen 10-400 Hz, wie sie beispielsweise bei der SP-Analyse angewendet wird. Die Amplitude wurde dabei logarithmisch dargestellt, um die Unterschiede im relevanten Spektralbereich besser zu verdeutlichen. Danach unterscheiden sich EEG und ECoG hauptsächlich im Frequenzbereich von 10 bis 50 Hz. In den angrenzenden Frequenzbereichen sind keine größeren Unterschiede zwischen EEG und ECoG zu erkennen. Das trifft sowohl für das gefilterte wie für das ungefilterte Signal zu.

Ein ähnliches Verhalten zeigen gemittelte Spektren, die aus allen Einzelspektren der simultanen EEG- und ECoG-Ableitungen dieser Patientin gebildet wurden, sowohl des ungefilterten (vgl. Abb. 4.43) wie des mit 10-400 Hz bandpaßgefilterten Signals (vgl. Abb. 4.44). Zusätzlich wurden für die gemittelten ECoG- und EEG-Spektren die Standardabweichungen berechnet und dem jeweiligen Mittelwert zugeordnet dargestellt.

Überraschenderweise streuen der Spektren der ECoG-Ableitungen zwischen 10 und 50 Hz deutlich stärker als die EEG-Spektren. Aber außerhalb dieser Grenzen stellen sich auch in dieser Hinsicht keine deutlichen Unterschiede zwischen den EEG- un d ECoG-Signalen ein. Dieser für ECoG und EEG offenbar unterschiedliche spektrale Bereich dokumentiert sich auch in Tab. 4.2. Hier wurden für das ungefilterte Signal die Summenamplituden (GL), die auf die einzelnen klassischen Frequenzbänder.


98

Abbildung 4.41
Spektren des ungefilterten Signals für die EEG-Elektrode C4 (blau) und die ECoG-Elektrode E14 (rot).

Abbildung 4.42
Spektren des bandpaßfilterten (10-400Hz) Signals für die EEG-Elektrode C4 (blau) und die ECoG-Elektrode E14 (rot).


99

Abbildung 4.43
Gemittelte Spektren des ungefilterten Signals für die EEG- (blau, dick) und Standardabweichung (blau, dünn) und ECoG-Ableitungen (rot, dick) und Standardabweichung (rot, dünn).

Abbildung 4.44
Frequenzverteilung der Mittelwerte des bandpaßfilterten (10-400Hz) Signals für EEG (blau, dick) und Standardabweichung (blau, dünn) und ECoG (rot, dick) und Standardabweichung (rot, dünn).


100

Tabelle 4-2
Spektrale Ampituden für die einzelnen Bänder und die Summenamplitude GL. F8 - P4 EEG- und E08 - E55 ECoG-Ableitungen. Die Amplituden sind in µV/Hz angegeben.

Ort

GL

d

q

a

b

g

g1

g2

g3

g4

g5

F8

356,30

26,74

12,02

5,72

1,59

0,65

0,47

0,42

0,43

0,39

0,37

T4

386,51

31,69

13,38

6,71

1,89

0,75

0,52

0,47

0,44

0,37

0,34

T6

456,06

34,75

12,84

7,48

1,99

0,87

0,64

0,68

0,66

0,64

0,61

F4

374,01

33,23

11,05

5,19

1,68

0,74

0,52

0,45

0,40

0,36

0,35

C4

637,11

69,89

14,16

7,51

3,08

1,50

0,99

0,78

0,64

0,55

0,50

P4

296,57

26,88

7,55

4,78

1,40

0,59

0,39

0,32

0,33

0,26

0,24

MW

417,76

37,20

11,83

6,23

1,94

0,85

0,59

0,52

0,48

0,43

0,40

ST

119,11

16,35

2,36

1,17

0,60

0,33

0,21

0,17

0,14

0,14

0,13

E08

496,26

18,34

14,81

12,10

9,04

1,85

0,61

0,49

0,43

0,30

0,27

E14

433,57

19,49

16,51

13,08

5,21

1,31

0,58

0,47

0,37

0,30

0,26

E15

593,83

24,23

20,77

20,48

8,60

1,79

0,71

0,55

0,42

0,34

0,30

E16

855,93

33,79

27,31

33,31

13,49

2,79

0,96

0,80

0,60

0,47

0,39

E20

587,39

43,23

26,82

12,04

4,66

1,52

0,82

0,65

0,50

0,41

0,36

E21

495,22

30,84

22,45

11,36

4,44

1,49

0,77

0,62

0,46

0,37

0,32

E22

586,60

30,08

21,76

14,83

8,35

1,87

0,78

0,63

0,49

0,39

0,33

E23

850,38

42,63

30,70

27,88

12,42

2,58

0,93

0,78

0,60

0,47

0,40

E24

684,66

29,37

28,72

26,75

9,47

1,62

0,59

0,48

0,50

0,32

0,29

E28

439,93

23,31

25,05

11,00

3,69

1,06

0,53

0,43

0,36

0,29

0,27

E29

691,40

51,49

23,10

13,75

5,86

2,46

1,24

0,91

0,76

0,53

0,45

E30

614,55

35,74

24,92

17,28

6,50

1,80

0,87

0,75

0,56

0,44

0,37

E31

922,46

62,33

57,17

27,32

9,73

1,82

0,73

0,59

0,45

0,37

0,32

E32

616,54

33,60

32,93

18,96

6,68

1,44

0,63

0,56

0,43

0,34

0,30

E36

416,97

22,84

21,89

10,87

3,63

0,98

0,49

0,42

0,34

0,28

0,26

E37

559,73

29,36

20,76

16,05

6,26

1,80

0,86

0,76

0,56

0,43

0,36

E38

753,52

65,66

27,10

15,95

5,78

2,03

1,11

0,92

0,69

0,55

0,45

E39

709,49

58,61

27,64

15,54

6,57

1,76

0,87

0,73

0,57

0,45

0,38

E40

625,70

49,18

28,94

13,64

5,51

1,44

0,75

0,63

0,49

0,39

0,33

E44

400,89

23,92

20,03

10,67

3,14

0,86

0,44

0,37

0,32

0,27

0,25

E45

854,18

84,01

24,36

15,45

5,54

2,29

1,33

1,08

0,81

0,65

0,55

E46

859,05

80,43

27,05

19,88

6,10

1,99

1,14

0,90

0,72

0,57

0,49

E47

550,89

33,89

26,56

18,83

5,03

0,99

0,50

0,42

0,41

0,29

0,26

E48

514,46

32,34

23,75

14,07

5,39

1,20

0,59

0,53

0,40

0,33

0,28

E53

448,16

29,16

18,87

14,34

3,32

0,82

0,44

0,38

0,41

0,28

0,26

E55

716,64

58,59

31,16

16,56

5,92

1,67

0,88

0,75

0,61

0,46

0,39

MW

626,09

40,25

25,81

17,00

6,55

1,66

0,78

0,64

0,51

0,40

0,34

ST

154,27

18,27

7,78

5,91

2,62

0,52

0,24

0,19

0,13

0,10

0,08


101

und die im erweiterten gamma -Band (GAL1991) enthaltenen Amplituden aufgelistet. Die Bänder g1- bis g5 umfassen den Frequenzbereich von 50 bis 150 Hz (20 Hz pro Bereich). Die Ableitpositionen F8 bis P4 sind EEG-Ableitungen und die Ableitpositionen E08 bis E55 betreffen die ECoG-Ableitungen. Die Amplitude in den Frequenzbänder wurde auf die Breite des jeweiligen Bandes normiert, so daß die in der Tabelle angegeben Werte die Maßeinheit µV/Hz tragen.

Um die Unterschiede zwischen EEG und ECoG zu verdeutlichen, wurden die Mittelwerte für die jeweiligen Bänder aus Tab. 4.2 für das ECoG durch die für das EEG dividiert. Abb. 4.44 zeigt das Ergebnis dieser Rechenoperation.

Abbildung 4.45
Verhältnis der Amplituden in den EEG-Bändern zwischen ECoG- und EEG-Signal.

Unterschiede zwischen EEG und ECoG ergeben sich nur für die Frequenzbereiche vom theta-Band bis zum gamma -Band. In diesem Bereich erreichen die Quotienten durchweg Werte > 1. Diese Werte liegen teilweise deutlich unter den in der Literatur beschriebenen Werten des sogenannten ”attenuation ratio“, die nach der hier verwendeten Berechnung aus Amplituden - nicht Leistung - den Wert von ca. 4 ergeben würden. Dieser Wert 4 ergibt sich aus der Wurzel des ”attenuation ratio“, das in der Literatur mit ca. 20 angegeben wird. Im delta -Band wie in den oberen gamma -Bändern liegen die Quotienten nahe 1.


102

4.3.2. SP in simultanen EEG- und ECoG-Ableitungen

Die Abbildungen 4.46 und 4.47 stellen gemittelte Subpotentiale mit Standardabweichung dar, wie sie vor der Rückfaltungsoperation exemplarisch in dem EEG-Signal unter F4 (Abb. 4.46) und dem ECoG-Signal unter E53 (Abb. 4.47) nach simultaner Ableitung bei dieser Patientin ermittelt wurden. Ein Vergleich beider Abbildungen macht deutlich, daß sich die primäre peak-to-peak-Amplitude in beiden Signalkategorien nur dadurch unterscheidet, daß sie im ECoG-Signal um ca. 1/3 größer ist als im EEG-Signal. Im weiteren Verlauf dominieren im ECoG-Signal SP mit deutlich verlängerten langwelligen Nachschwankungen, die mit einer Schwingungsdauer von ca. 80 ms zum klassischen alpha -Band gehören dürften. Darüber hinaus fällt das SP-Signal aus der ECoG-Ableitung durch eine markant größere Standardabweichung auf, die dem zweifachen Wert der Standardweichung bei SP-Selektion aus dem EEG-Signal entspricht.

Mittelt man die selektierten SP aller EEG- und aller ECoG-Elektroden vor der Rückfaltung, erhält man Abb. 4.48. Die zuvor erläuterten Unterschiede zwischen beiden Signalkategorien werden bestätigt, wobei sich die Unterschiede in der Standardabweichung noch verstärken. Abb. 4.49 zeigt das Mittelungsergebnis nach der Rückfaltung. Die Rückfaltungsoperation verändert das SP- Amplituden-Zeit-Template beider Signalkategorien. Im ECoG-SP wird nach dem peak-to-peak-SP die langwellige Nachschwingung eliminiert und die Standardabweichung z.T. reduziert. Das EEG-SP wird in seinem biphasischen Verlauf monotoner und in seiner Standardabweichung ebenfalls reduziert. Beide Templates werden in ihrer Amplituden-Zeit-Struktur einander angeglichen.


103

Abbildung 4.46
SP vor Rückfaltung, selektiert aus dem EEG-Signal der Elektrode F4 (dick schwarz: Mittelwert; dünn schwarz: Standardabweichung).

Abbildung 4.47
SP vor Rückfaltung, selektiert aus dem ECoG-Signal der Elektrode E53 (dick schwarz: Mittelwert; dünn schwarz: Standardabweichung).


104

Abbildung 4.48
Gemittelte SP (dick) mit Standardabweichung (dünn) vor Rückfaltung aus EEG-Ableitungen (blau) und ECoG-Ableitungen (rot).

Abbildung 4.49
Gemittelte SP (dick) mit Standardabweichung (dünn) nach Rückfaltung aus EEG-Ableitungen (blau) und ECoG-Ableitungen (rot).


105

Tabelle 4-3
SP-Amplituden und -Dichten mit Mittelwerten und Standardabw. für das EEG F8 - P4 und das ECoG E08 - E55. D steht für Dichte, n für negativ, p für positiv. Dpp bezeichnet die SP-Dichte, wobei nur positive SP berücksichtigt werden, die positiven SP folgen, usf. Amp bedeutet Amplitude in µV, dt Zeitdifferenz zwischen Minimum und Maximum des SP in ms und Ans Anstieg in µV/ms.

Ort

Amp

dt

Ans

Dal

Dpp

Dpn

Dnp

Dnn

F8

6,34

2,44

2,60

82,59

22,82

17,95

17,96

22,98

T4

5,55

2,44

2,27

80,30

22,63

17,08

17,10

22,62

T6

10,92

2,44

4,47

86,54

19,16

18,56

18,53

29,35

F4

5,30

2,44

2,17

81,01

21,23

18,54

18,50

21,87

C4

4,73

2,44

1,94

79,02

21,09

17,27

17,27

22,54

P4

4,17

2,44

1,71

80,00

22,08

17,32

17,35

22,40

MW

6,17

2,44

2,53

81,58

21,50

17,79

17,79

23,63

ST

2,44

0,00

1,00

2,71

1,35

0,66

0,64

2,83

E08

8,67

3,42

2,54

40,33

10,26

9,62

9,71

10,30

E14

7,79

3,42

2,28

57,74

14,96

13,85

13,85

14,45

E15

9,46

3,42

2,77

43,09

11,11

10,18

10,26

11,07

E16

12,18

3,91

3,12

38,85

9,45

9,25

9,46

10,27

E20

8,54

3,42

2,50

67,92

16,67

16,72

16,75

17,05

E21

8,57

3,42

2,51

68,37

17,12

16,56

16,53

17,42

E22

9,76

3,42

2,86

49,11

12,63

11,73

11,82

12,39

E23

12,01

3,91

3,08

39,47

9,58

9,25

9,38

10,84

E24

8,28

3,42

2,42

37,27

9,33

8,46

8,71

10,37

E28

6,80

2,44

2,79

67,67

16,90

16,22

16,27

17,55

E29

11,59

3,42

3,39

68,42

16,39

17,37

17,40

16,52

E30

10,40

3,42

3,04

62,64

15,59

14,86

14,91

16,61

E31

8,45

3,42

2,47

35,75

8,90

8,27

8,44

9,76

E32

8,34

3,42

2,44

55,04

13,65

12,87

12,91

15,02

E36

6,61

2,93

2,26

67,86

17,55

15,99

16,00

17,59

E37

10,88

3,42

3,18

63,68

15,91

15,35

15,34

16,39

E38

9,81

3,91

2,51

65,91

16,22

15,64

15,67

17,66

E39

9,05

3,42

2,65

61,42

15,34

14,56

14,64

16,23

E40

7,77

3,42

2,27

60,74

15,06

14,40

14,53

16,08

E44

6,01

2,44

2,46

69,01

17,82

15,86

15,88

18,71

E45

9,61

3,42

2,81

69,30

16,65

16,77

16,81

18,32

E46

8,76

3,42

2,56

60,36

15,03

14,18

14,23

16,27

E47

6,43

2,93

2,19

52,61

13,62

11,72

11,82

14,87

E48

7,41

3,42

2,17

60,83

14,96

14,05

14,16

16,99

E53

5,94

2,44

2,43

67,06

17,76

14,62

14,64

19,31

E55

8,69

3,42

2,54

62,31

15,90

14,71

14,79

16,24

MW

8,76

3,33

2,62

57,41

14,40

13,58

13,65

15,16

ST

1,73

0,39

0,33

11,46

2,89

2,84

2,79

2,99


106

Dieser Eindruck würde sich noch verstärken, würde man bei der Mittelung die EEG-Elektrode T6 aus den weiter oben genannten Gründen ausschließen. Nach Tabelle 4.3 weicht das SP für T6 in seiner peak-to-peak-Amplitude um das Doppelte von den SP der anderen EEG-Elektroden ab und ist damit ähnlich groß wie SP der ECoG-Elektroden. Aus der Tabelle ist weiterhin ersichtlich, daß sich die SP- Dichte zwischen EEG- und ECoG-Ableitungen unterscheidet. Die SP-Dichte ist in EEG-Ableitungen um ca. 1/3 größer als in den ECoG-Ableitungen. Die Standardabweichung der EEG-SP-Dichte ist gering und liegt bei ca. 2,5% des Mittelwerts der Dichte, die der ECoG-SP-Dichte bei ca. 20% des Mittelwertes.
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Mon Apr 12 19:15:55 1999