Neue Veröffentlichung zur spektralen Trennung von evozierter und spontaner kortikaler Aktivität im EEG

Zusammenfassung

Die Spektralanalyse von evozierten Potenzialen (EPs) ist eine Herausforderung, da die Aufzeichnungen eine Überlagerung von evozierten Signalen und spontaner Aktivität enthalten. Wir haben einen neuen Ansatz, die 𝑁-Intervall-Fourier-Transformations-Analyse (𝑁-FTA), entwickelt, der eine zuverlässige Trennung und gleichzeitige Bewertung von evozierten und Hintergrund-Spektralkomponenten ermöglicht. Es wurden die Stimulationsdaten des Nervus Medianus von insgesamt elf Probanden untersucht, die in zwei Laboren mit unterschiedlichen Versuchsanordnungen aufgezeichnet wurden. Es zeigte sich, dass die spektralen Komponenten mit kurzer Latenzzeit hauptsächlich im Gamma- und im hohen Gamma-Band enthalten waren. Im Gegensatz dazu zeigte die spontane Aktivität ein 1/f-Spektralprofil mit deutlichen Alpha- und Beta-Peaks. Die spektralen Leistungsdichten (PSDs) der Spontanaktivität, die für die reale und die Shamstimulation ermittelt wurden, waren sehr vergleichbar. Die niederfrequente Hintergrund-PSD lag um mehr als zwei Größenordnungen über den spektralen Peaks der evozierten Aktivität. Innerhalb des 30 Hz- bis 90 Hz-Bandes lagen die evozierten Peaks -17 dB bis -4 dB unter dem Hintergrund, was darauf schließen lässt, dass die zielbandgefilterte evozierte Aktivität kurzer Latenz mit weniger als 100 Versuchen extrahiert werden könnte. SEPs nach Stimulation des Nervus tibialis (3 Probanden) zeigten ein schmaleres Spektralband mit etwa der halben Bandbreite im Vergleich zur Stimulation des Nervus medianus. Die evozierten Peaks lagen zwischen 30 Hz und 37 Hz bei PSD-Werten von -10 dB bis -4 dB unter der Hintergrundaktivität. Diese spektralen Peaks waren mit der kurzen Latenzzeit der typischen W-Morphologie verbunden. Kortikale Antworten mit kurzer Latenzzeit sind in verschiedenen spektralen Zielbändern enthalten, die viel schmaler sind als die Standardbandbreite, die für Routineaufnahmen empfohlen wird. Insbesondere kann die Hochpass-Eckfrequenz etwa eine Größenordnung oberhalb der derzeitigen Norm gewählt werden. Dies könnte die SEP-Aufnahmen robuster machen, da es die Unterdrückung von spontanen Aktivitäten und Bewegungsartefakten wie Augenblinzeln erleichtert. Echtzeitfilter sind erforderlich, um diese Erkenntnisse in verbesserte Aufzeichnungssysteme umzusetzen.

Fischer, G., Haueisen, J., Baumgarten, D., Kofler ,M.:

Spectral Separation of Evoked and Spontaneous Cortical Activity - Part 1: Delta to High Gamma Band. Biomedical Signal Processing and Control, 92:106094, 2024

https://authors.elsevier.com/sd/article/S1746-8094(24)00152-6

Ansprechpartner:    Prof. Dr.-Ing. habil. Jens Haueisen