Methoden der Quellenanalyse spontaner und evozierter Hirnstromaktivität

Summary

Two categories of models are available for the functional imaging of non-invasively recorded electric brain activity: instantaneous, or single-time-point methods and spatio-temporal modelling. Instantaneous models rely merely on the few voltage differences measured in a limited number of EEG channels at one sampling point. Therefore they require additional assumptions that rarely conform with the underlying physiology. In contrast, spatio-temporal models analyze all available information in the data at once. They create a spatial image of discrete multiple sources and a temporal image of source current waveforms reflecting the time course of circumscribed brain activities at a macroscopic level. The spatial image is limited in accuracy because of the low spatial sampling and noise in the data. It also depends on the correct choice of model. However, this can be validated by the new „regional source imaging” technique which scans the brain for active and inactive regions at a discrete voxel level. Source analyses are presented for averaged epileptic spikes and movement-related potentials. The „brain source images” revealed different excitation patterns in the active brain areas which conformed with the underlying physiology.

Zusammenfassung

Für die Quellenanalyse und funktionelle Abbildung von nichtinvasiv gemessener Hirnstromaktivität stehen zwei grundsätzlich verschiedene Kategorien von Modellen zur Verfügung: momentane Dipolmodelle und räumlich-zeitliche Quellenmodelle. Momentane Modelle erfordern zusätzliche Annahmen, die in der Regel nicht mit den zugrundeliegenden physiologischen Prozessen vereinbar sind, da sie von den wenigen Spannungsdifferenzen ausgehen, die das EEG zu einem Zeitpunkt am Skalp mißt. Dagegen nutzen räumlich-zeitliche Modelle die gesamte Information eines Datensatzes zur Identifizierung der Quellen. Sie führen zu einem räumlichen Abbild von multiplen diskreten Quellen und zu einem zeitlichen Abbild von makroskopischen Quellenpotentialen, die den Verlauf der Summenaktivität jeder aktiven Hirnregion widerspiegeln. Die räumliche Auflösung ist begrenzt wegen der geringen Kanalzahl und Rauschens in den Daten, sowie wegen der nötigen Näherung des Kopfmodells. Die Quellenkonfiguration kann allerdings durch das neue Verfahren des „Regional Source Imaging” validiert werden, indem man das Himvolumen mit zusätzlichen regionalen Testquellen in diskreten Schritten abtastet. Dadurch werden aktive und inaktive Hirnregionen identifiziert. Als Beispiel werden Quellenanalysen von epileptischen Spikes und von bewegungs-korrelierten Potentialen vorgestellt. Die „Brain Source Images” ergaben ein funktionelles Abbild von lokalisierter Hirn Stromaktivität, das mit der zugrundeliegenden Physiologie in Einklang stand.

Key words

Source analysis - Dipole model - Evoked potentials - Epileptic spikes - Bereitschaftspotential - Motor potential - Brain source imaging