Gibt es einen besseren Weg, die Gehirnaktivität zu beschreiben als EEG-"Gehirnwellen"?

Es gibt keinen besseren Weg, die Gehirnaktivität zu beschreiben als Gehirnwellen! :)

Es gibt jedoch neuere Möglichkeiten, Gehirnwellen zu analysieren und darüber nachzudenken. Üblicherweise finden Sie diese unter Literatur zu neuronalen Schwingungen.

Gute Aspekte des Nachdenkens über die Gehirnaktivität mithilfe von Gehirnwellen:

• Gehirnwellen stehen in direktem Zusammenhang mit neuronaler Aktivität. Sie sind ein elektrisches oder magnetisches Maß für den Strom, der durch Neuronen fließt. Näher geht es nicht (es sei denn, Sie verwenden eine invasive Technik). Im Vergleich dazu misst fMRI Veränderungen im Blutfluss über ein oder zwei Sekunden, nachdem Neuronen gefeuert haben.
• Gehirnströme werden im Wesentlichen mit Lichtgeschwindigkeit gemessen, dh ohne wahrnehmbare Verzögerung zwischen dem Beginn der neuralen Aktivität und dem Moment, in dem die Elektrode oder der MEG-Sensor sie aufnimmt. Dies ermöglicht die Messung der sich entfaltenden Gehirnaktivität, da das Gehirn Informationen in der Größenordnung von Millisekunden verarbeitet.

Schlechte Aspekte sind:

• Ernsthaft beeinträchtigte räumliche Auflösung. Beim EEG wird das elektrische Signal verschmiert, indem es durch den Schädel geht. Mit MEG ist die Messung direkter, aber alle Sensoren nehmen Aktivitäten in jedem Teil des Gehirns auf (zumindest im EEG; bei MEG bin ich mir nicht so sicher), daher ist es sehr schwierig, mit Sicherheit zu sagen, wo genau etwas lokalisiert ist. Es gibt Methoden, aber (meiner Erfahrung nach) kommt es nicht an die MRT-Präzision heran. Es wird auch sehr schnell sehr kompliziert.
• Aktivität wird nur vom Neokortex aufgenommen. Über die tiefe Gehirnaktivität kann man nicht viel sagen.
• Gehirnwellen sind völlig unintuitiv. Es ist sehr schwer zu verstehen, wie eine Wellenlinie auf einem Bildschirm uns etwas über das Interessanteste auf der Welt erzählen kann: uns selbst. Es soll sich auf unser Bewusstsein beziehen, auf unsere Gedanken und Gefühle, auf unsere Persönlichkeit, unseren Gemütszustand, Handlungen, Absichten, alles – und doch ist es nur eine Wellenlinie. Hier kommt ein hartes Training in den Neurowissenschaften ins Spiel.

In der Vergangenheit wurden Gehirnströme durch Augapfel identifiziert. Heutzutage können wir das viel besser. Wir können uns vorstellen, dass jede dieser Linien tatsächlich aus vielen verschiedenen Arten von neuronaler Aktivität besteht, die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ablaufen. Neuronen, die schnell zusammen feuern, führen zu kleinen, kurzen Amplitudenänderungen, während Neuronen, die langsamer zusammen feuern, zu langsamen Wellen führen. Je mehr Neuronen zusammen feuern, desto höher ist die Amplitude der Welle. Je schneller sie zusammen feuern, desto niedriger ist die Wellenlänge.

Die schnellen und langsamen Wellenlängen werden zu einer einzelnen Wellenlinie auf dem Bildschirm summiert, aber wir können sie zerlegen, zB durch Verwendung einer Fourier-Transformation oder einer Wavelet-Transformation. Durch die Zerlegung gewinnen wir Einblick in die Tatsache, dass Neuronen mit unterschiedlichen Raten gemeinsam feuern, wenn sie unterschiedliche Dinge tun. Wenn Sie beispielsweise einen visuellen Reiz ignorieren, beginnt Ihr visuelles Gehirn etwa 10 Mal pro Sekunde zu feuern. Dies wird als Alpha-Rhythmus bezeichnet. Wenn Sie einen Stimulus aktiv beobachten, ändert sich die Aktivität auf 40-70 Mal pro Sekunde. Das ist der Gamma-Rhythmus. Sie können also etwas darüber aussagen, was das Gehirn tut, wenn Sie das Muster der neuronalen Aktivität anhand einer Wellenlinie sehen.

Sie könnten auch bemerken, dass zwei entfernte Teile des Gehirns Neuronen haben, die zusammen feuern ... aber dass sie in Phase miteinander sind. Dies könnte bedeuten, dass beide unterschiedliche Aspekte derselben Information verarbeiten, was uns etwas über die funktionelle neuronale Konnektivität aussagt, obwohl wir nicht sehen, wie die zugrunde liegende weiße Substanz feuert.

In jedem Fall sollten Gehirnströme nicht wirklich als besser oder schlechter als andere Maße der neuronalen Aktivität angesehen werden. Sie fügen einfach ihre Information hinzu, die Teil des größeren Puzzles ist, wie das Gehirn funktioniert. Hier finden Sie einen wirklich schönen Vergleich von M/EEG mit fMRI und eine Diskussion aller großen Probleme hinter nichtinvasiven elektrophysiologischen Maßnahmen.

Ja und nein. Die Quellenschätzung wird seit Jahrzehnten in der Elektrotechnik eingesetzt, setzt sich aber im EEG-Bereich immer mehr durch, insbesondere angesichts der Bemühungen, EEG-Messwerte mit gleichzeitigen fMRI-Studien zu registrieren.

Grundsätzlich können wir bei einer Reihe von EEG- (oder sogar MEG-, magnetenzephalographischen) Messungen diese "invertieren", um die einzelnen Stromquellen zu finden, die eine solche elektrische Aktivität erzeugen würden. Vorwärtsmodelle, bei denen a priori ein Satz von Quellen angenommen wird, können ebenfalls verwendet werden.

Scholarpedia hat einen ausführlichen Artikel über diese Methoden. Knapp,

• Parametrische Dipolmodellierung
• Spatial Scanning und Beamforming, eines der beliebtestenMUSIC
• Sourcespace-Methoden, eine der beliebtestensLORETA

verwendet, von denen die meisten eine Art Matrixtransformation der Daten in einen niedrigerdimensionalen Raum und die Abbildung auf eine Reihe von Punktquellen beinhalten.

Aktuelle Forschung (z. B. Antelis und Minguez, 2012) verwendet einen Ansatz, der die Ergebnisse mehrerer dynamischer Modelle zusammenführt, um die Schätzungen zu verbessern.

Antelis, JM, Minguez, J. (2012). DYNAMO: Gleichzeitige dynamische Multimodell-Quellenlokalisierungsmethode für EEG und/oder MEG. Journal of Neuroscience Methods , online verfügbar am 26. September 2012 [DOI]

Ich bin überrascht, dass niemand die Aktivitätsspitzen erwähnt hat . Die räumliche und zeitliche Auflösung sind phänomenal.

Die Technologie zur gleichzeitigen Aufzeichnung von Aktionspotentialen von vielen Neuronen über viele kortikale Bereiche nimmt zu. Ein Großteil der theoretischen Neurowissenschaften befasst sich damit, wie diese Spiking-Muster Informationen übermitteln.

Wie bei den anderen Antworten werde ich diese Skizze in den kommenden Tagen ergänzen. Ich wollte darauf hinweisen, dass es andere Informationsquellen über die Gehirnaktivität als EEGs gibt.