Kohärenz- und Phasenuntersuchungen zur Aufdeckung funktioneller kortikaler Beziehungen

Peter Rappelsberger

Universität Wien
Insitut für Hirnforschung

Abstract
Die Kohärenz hat sich als wertvolles Werkzeug für die Beschreibung funktioneller Beziehungen zwischen EEG-Signalen, die von verschiedenen Orten des Kopfes abgeleitet werden, herausgestellt. Diese funktionelle Beziehung läßt sich mit Hilfe eines einfachen mathematischen Modells aufgrund von "Signal-Rausch-Verhältnissen" beschreiben. "Signal" bezieht sich dabei auf den kohärenten Signalanteil, den synchronisierte Zellen zweier neuronaler Ensembles generieren und "Rauschen" bezieht sich auf den nicht kohärenten Signalanteil. Jede Änderung dieser Signalanteile aufgrund verschiedenster kognitiver Aktivitäten kann als Zunahme oder Abnahme der neuronalen Verkopplung interpretiert werden.

Neben der Kohärenz als Maß für die Kopplung ist ein weiterer wichtiger Parameter die Phase. Diese gibt an, ob ein Signal gegenüber dem anderen führt oder verzögert ist. Daraus lässt sich die Richtung eines Informationstransfers interpretieren. Kohärenz und Phase sind Parameter im Frequenzbereich, d.h. sie beziehen sich immer auf eine bestimmt Frequenz oder ein Frequenzband. Die Berechnung dieser Parameter erfolgt üblicherweise mittels Fourier Transformation von definierten Zeitsegmenten, z.B. 2-s-Abschnitte. Damit ist die zeitliche Auflösung der Methode festgelegt und auch die Frequenzauflösung als Reziprokwert. Eine andere Technik, die eine feinere zeitliche Auflösung erlaubt; beruht auf adaptiven Autoregressiv Moving Average (ARMA) Modellen.

Zu den oben erwähnten Techniken und den damit gewonnenen Parametern werden Beispiele aus einer Studie mit 25 weiblichen, rechtshändigen Versuchspersonen gebracht. Diesen wurden konkrete und abstrakte deutsche Hauptwörter angeboten, einerseits visuell, andererseits auditorisch. Während der Reizdarbietung wurde das EEG mit 19 Elektroden abgeleitet. Präsentiert werden Ergebnisse der Beziehungen zwischen okzipitalen und frontalen Arealen, wobei bei auditorischer Darbietung die frontalen Gebieten eindeutig gegenüber den parieto-okzipitalen Arealen zeitlich führen, d.h. die Informationsverarbeitung läuft von frontal nach parietal. Bei visueller Darbietung sind die Verhältnisse nicht eindeutig.

Danksagung: Unterstützt durch den Österreichischen Fonds zur Förderung der Wissenschaftlichen Forschung, P13578-MED.

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