Wenn wir das EEG mittels einer Elektroenzephalographie beobachten, messen wir die Potentialdifferenz zwischen Paaren kleiner Messelektroden. Die gemessene Spannungsdifferenz bewegt sich im Bereich von einem millionenstel Volt. Wir sind in der Lage sehr hohe, womöglich tausende Volt betragende Spannungen selbst zu erzeugen, indem wir die Füße auf einem Teppich hin- und herbewegen und eine andere Person berühren. Das Dilemma und die entscheidende Frage ist also, wie ist das EEG Instrument in der Lage, minimale elektrische Spannungen, die eine Gruppe von Neuronen im Gehirn erzeugt, zu messen und dabei den Einfluss erheblicher elektrischer Spannungen, die in der Umgebung ständig erzeugt werden, zu eliminieren? Um das zu klären, müssen wir erst erläutern, was eine Potential Differenz, was Strom und was elektrischer Widerstand überhaupt ist.
Vielleicht erinnern sie sich aus dem Physikunterricht an den Gleichstrom, den wir bei Taschenlampen benötigen und den die Batterien liefern. Tatsächlich gibt es eine Beziehung zwischen Potential Differenzen, die man in Volt misst, Stromstärke, in Ampere und Widerstand gemessen in Ohm. Diese Beziehung wurde 1826 vom deutschen Physiker Georg Ohm als Potential Differenz (V) = Stromstärke (i) x Widerstand (R ) postuliert. Die gleiche Formel beschreibt diese Beziehung beim Wechselstrom. (AC). AC oder Wechselstrom ist der Strom aus der Steckdose, aber auch das, was wir im EEG messen. Die Formel lautet: Volt (V oder E) = Strom (I) x Widerstand (z). Impedanz ist ein komplexeres Konstrukt als der elektrische Widerstand, weil in seine Berechnung nicht nur der Widerstand der Transistoren sondern auch andere Faktoren wie Kapazität, Induktivität und die Frequenz des Wechselstroms einfließt. Diese Begriffe und Impedanzmessungen, werden in diesem Kapitel noch genauer beschrieben.
In diesen Formeln bedeutet Strom die Rate der Elektronen die durch einen Leiter fließen. Diese werden in Ampere gemessen. Potential Differenzen kann man sich als gerichtete Kraft vorstellen, die dafür sorgt, dass der Strom in eine Richtung fließt. Der Strom fließt abhängig von der Potential Differenz zwischen der Quelle (Minuspol) zum Ziel (Plus Pol). Der Widerstand (oder die Impedanz beim Wechselstrom) ist dasjenige im durchflossenen Material, das sich dem freien Fluss der Elektronen entgegenstellt. R und zmeinen beide diese Kraft. Dieser Widerstand gegen den Fluss der Elektronen ist sehr hoch in Substanzen wie Gummi, bei denen die meisten äußeren Elektronenbahnen gut gefüllt sind. Das erschwert das Herauslösen einzelner Elektronen aus den äußeren Bahnen. Solche Substanzen sind gute Isolatoren, aber sehr schlechte Leiter.
Stromstärke meint die Größe des Transports einer elektrischen Ladung von einem Punkt zum anderen. (Ihr Stromversorger misst die Anzahl der Elektronen die einen Meter in jeder Sekunde passieren. Sie messen dabei in Ampere, wobei ein Ampere = 6.28 x 1018 Elektronen [Reihen) sind. Elektrische Ladung bezieht sich auf die negative Ladung, die von den Elektronen transportiert wird. Elektronen umkreisen den Atomkern auf verschiedenen Bahnen. Die Bahnen haben unterschiedliche Distanzen zum Kern, die man sich als unterschiedliche Energie Level vorstellt. Jede Bahn beinhaltet eine genaue Anzahl von Elektronen. Ganz Nahe am Kern befinden sich zwei Elektronen. Auf der nächsten Bahn sind es acht Elektronen, auf der nächsten 16. Es sind die Elektronen auf den äußeren Bahnen, die den Strom erzeugen. Diese Elektronenbahn kann unvollständig gefüllt sein. Wenn dass der Fall ist, werden Elektronenkollisionen möglich, die das Elektron zur Verlassung seiner Bahn anregen. Stellen sie sich vor, dass ein solches Elektron wie eine Billiardkugel agiert. Es kollidiert mit anderen Elektronen und wird von dem Atom, mit dem es kollidierte eingefangen, aber dessen angeregtes Elektron löst sich aus seiner Bahn und trifft das nächste Atom usw. usw. in einer Kettenreaktion. Es ist dieser Ablauf, der das erzeugt, was wir einen elektrischen Strom nennen.
In unserer Arbeit als Neurofeedbacktherapeuten benutzen wir die Potentialdifferenz zwischen einer Plus und einer Minus Elektrode um die Amplitude einen EEG Signals zu messen. Bei Hirnwellen wird der gemessene Strom in Microvolt (mV) ausgedrückt, wobei ein Microvolt ein millionenstel Volt ist.
Eine vielgenutzte Analogie zur Erläuterung von Strom ist der Wasserdruck in einem System, zu dem ein Wasserturm gehört. Die Höhe des Wasserturms bestimmt den Druck des Wassers in den Leitungen. Dabei ist der Druck ähnlich der Potentialdifferenz (Volt) in einem Stromkreis. Die fließende Wassermenge entspricht dem Strom, der Durchmesser der Röhren ähnelt dem Widerstand im Stromkreislauf. Ein schmaler Durchmesser wird den Stromfluss begrenzen. Dieser kann nur angehoben werden durch Erhöhung des Drucks (durch einen höheren Wasserturm) oder durch ein Absenken des Widerstands (durch größere Leitungen).
Das Gehirn produziert Wechselstrom. Dieser Strom kann als eine Sinuswelle dargestellt werden. Um die Amplitude dieser Welle zu messen, messen wir gewöhnlicherweise von der Spitze der positiven Welle zur Spitze der negativen Welle und wir nennen das Peak to Peak Messung.
Die Kopfelelektroden, die wir beim Neurofeedback benutzen sind Makroelektroden (>5mm), die in der Lage sind Mikrovolt Differenzen zwischen den Elektroden an zwei unterschiedlichen Positionen zu erfassen. Wenn man sich dem Klienten nähert kann das zu veränderten Stromstärken in den Kabeln führen. Fast in jedem Raum, den man zum Neurofeedbacktraining benutzt, wird man andere elektrische Quellen haben, die die Messung beeinflussen. Das einfachste, aber auch dramatischste Beispiel ist die statische Aufladung. Wenn man die Füße auf dem Teppich reibt und seine Hand zu einem Menschen bewegt, der vor einem sitzt, wird ein elektrischer Funke überspringen Die Potential Differenz zwischen beiden Menschen kann 10,000 Volt betragen. Der Strom ist trotzdem extrem schwach. Die Potential Differenz liegt im Voltbereich, aber wir messen Microvolt. Es wird den anderen Menschen nicht umbringen, aber es wird einen großen Einfluss auf die EEG Messung haben.
Der erste Schritt zur EEG Messung benötigt somit einen Präamplifier. Also einen Vorverstärker. Dieser verstärkt die minimale Microvolt Differenz um das 100000 fache und verstärkt keiensfalls irgendein anderes elektrisches Signal. Der zweite Schritt besteht darin, dass man den analogen Wechselstrom in digitale Signale umwandelt, mit denen der Computer arbeiten kann. Dieser Prozess nennt sich Sampling. Der dritte Schritt besteht darin, dass man das digitale Signal leichter lesbar und auswertbar macht, indem man es filtert, das bedeutet, indem man die Anteile des EEG zeigt, die interessant für die Auswertung sind, während man den Rest heraus filtert. Das nächste Kapitel wird diese Vorgänge genauer beschreiben.
Kalibrierung eines Full Cap EEG Instruments wird hergestellt durch das Erstellen einer Standardspannung an allen Input Kanälen. Das garantiert, dass die gelesene Spannung in Ordnung ist und dass alle Inputs das Signal auf gleiche Art und Weise verstärken und filtern. Die meisten Neurofeedbackgeräte verlangen nicht nach einer Kalibrierung vor jeder Benutzung. Man wird nur dann Kalibrieren, wenn es Probleme gibt. Wir vermuten, dass Anwender in der Regel zwei EEG Instrumente besitzen. Wenn ein Problem vermutet wird, kann der Trainer die Elektrode am zweiten Gerät anschließen, um die Werte zu überprüfen.
Aber wie arbeitet der Verstärker?
Der Verstärker entdeckt und verstärkt Unterschiede zwischen zwei Inputs. Er verstärkt Veränderungen der Signale von jedem Input um denselben Wert aber in unterschiedliche Richtungen, in Bezug auf eine elektrische Referenz innerhalb des Verstärkers. Das tut er indem er die Polarität des zweiten Inputs umdreht, so dass beide Messungen voneinander subtrahiert werden können. Der Verstärker verstärkt nur die Differenz zwischen beiden Inputs, deshalb wird er auch Differential Verstärker genannt.
Um es bildhafter zu machen stellen sie sich bitte vor, dass sie einen Klienten an ein EEG angeschlossen haben, wobei eine Elektrode an Cz liegt und das andere an einem Ohrläppchen. Eine starke elektrische Störungen beeinträchtigt beide EEG Kabel mit der gleichen Amplitude und der gleichen Frequenz, Phase und exakt gleichzeitig. Idealerweise wäre nun nach der Subtraktion beider Störeinflüsse an den Inputs, die einzige Differenz zwischen beiden Ableitungen die winzige Mikrovoltspannung von der Elektrodenposition Cz, die von der Aktivität von Pyramidenzellen des Gehirns stammt. Wenn der Verstärker die Polarität des Inputs von einem Kabel wechselt, wird jede interferrierende Störaktivität ausgeschlossen und es wird nur die winzige Mikrovoltaktivität der Hirnzellen übrigbleiben, die dann vom Vorverstärker um ein Vielfaches erhöht wird.
Das meint man, wenn man sagt, der Verstärker unterdrückt Signale, die auf beiden Seiten des Inputs gleich sind. Das ist die so genannteCommon Mode Rejection. Die Maschine ist so verdrahtet, dass bei größerer Negativität an Input 1 gegenüber Input 2 eine aufwärtsgerichtete Ablenkung des Signals erfolgt.
(Bemerken Sie: Das dritte Kabel, der Grund, am anderen Ohr des Klienten, hat keine Verbindung zum Boden oder Grund in dem Sinne wie wir das dritte Kabel einer elektrischen Leitung Grund nennen. Stellen Sie sich den Begriff “Grund“ vor als ein elektrisches Wächterkabel. Der echte Grund ist nicht mehr der Referenz Punkt für Messungen (Frank Diets, der Ingenieur, der das F1000 biofeedback/neurofeedback Instrument schuf)
Die Common Mode Rejection Ratio ist das Verhältnis des Common Mode Input Spannung dividiert durch die Volt Spannung des Outputs (Fisch, p43). Dieses Verhältnis sollt größer als 100,000 sein. Fehler in diesem System zur Eliminierung externer Common Mode Artefakte stammen entweder von zu großen Impedanzunterschieden zwischen zwei Elektroden oder einer schlechten „Ground“ Verbindung.
Eine zweite Verstärkung erfolgt nach der Filterung des Signals. Das wir eine Single-Ended Amplification genannt, weil es nur einen einzigen Input mit dem “Ground” vergleicht und dieses Signal verstärkt.
Der High-Pass Filter hat die Aufgabe, die Ampitude der Wellen zu mindern, die in einer Frequenz unterhalb des Cut Offs gemessen werden. Er lässt nur Wellen passieren, die oberhalb der Cut off Frequenz liegen. Es handelt sich nicht um einen Alles Oder Nichts Filter, er sorgt eher für eine graduelle Eliminierung der Frequenzen. Die meisten Instrumente besitzen High Pass Filter bei 1 oder 2 Hz weil wir normalerweise nur nach Wellen sehen, die oberhalb von 3 Hz liegen, wenn wir klassisches Neurofeedbacktraining betreiben. In Krankenhäusern werden aber auch niedrigere Frequenzen zur EEG Beurteilung heran gezogen. Instruments wie der ProComp+ oder auch der Infiniti haben den High-Pass Filter bei 0.5 Hz. Delta Wellen können mit diesem Verstärker gut erkannt werden, obwohl man sorgfältig unterscheiden muss zwischen Delta Aktivität und Artefakten, die durch Augenbewegungen erzeugt werden.
Einige EEG Instrumente wie Lexicor, ermöglichen es, den High Pass Filter während des EEG ein oder auszuschalten. Während des Feedback wird man ihn aber eingeschaltet lassen. Ein niedriger Cut Off ergibt ein EEG, das Delta Aktivität anzeigt, was sinnvoll sein kann. Trotzdem können Interferenzen dafür sorgen, dass der High Pass Filter überfordert ist, wie etwa durch das Anlaufen eines Klimageräts oder einer Pumpe, die ein falsches Signal erzeugen, das der Amplifier zu spät entdeckt. Das daraus resultierende EEG könnte eine vereinzelte hohe Welle zeigen, die längere Zeit andauert, mit eingestreuten Harmonien oberhalb von Beta. Es gibt für jedes Design der High Pass Filter Argumente pro und kontra. Wenn wir über die EEG Instrumente sprechen, werden wir sehen, dass die Ingenieure Entscheidungen auf Grund von Abwägungen treffen mussten. Merken sie sich bitte, dass ein High Pass Filter eine Schwelle bei 0,5 bis 2 Hz setzt. Er wird deshalb auch Low-Frequenzy Filter genannt.
Andere Störquellen sind eher ein Problem bei sehr hochauflösenden Geräten, weniger bei den älteren Instrumenten mit sehr niedriger Rauschtoleranz. Der Verstärker, den Trucker zur Funkkommunikation benutzen, verursacht beispielsweise einen Anstieg bei hohen Frequenzen, die absinken zu niedrigeren Frequenzen, wie Meereswellen am Strand.
Sampling Rate
Das Original EEG kann als analog oder kontinuierlich beschrieben werden. Diese Welle muss in kleine Pakete oder Samples aufgesplittet werden, um vom Computer verarbeitet werden zu können. Dieses Aufbrechen der kontinuierlichen Welle in kleine Bestandteile nennt man Sampling. Dieses Sampling wird von einem analog zu digital (A/D) Konverter vorgenommen. Moderne Inputs zum Enkoder benutzen immer die weiblichen Stecker. Diese werden benutzt, weil sie nicht versehentlich mit einer Stromquelle verbunden werden können, ein Fehler, der Schäden am Equipment, aber auch bei der damit verbundenen Person auslösen könnte.
Eine schnelle Sampling Rate ist von erheblicher Bedeutung zur Erlangung präziser Informationen. Die maximale Frequenz, die im Filter rekonstruiert werden kann, basiert auf dem NyquistPrinzip, das bedeutet, dass, zur Erstellung akkurater digitaler Resultate, die Sampling Rate mindestens das Doppelte der maximalen Frequenz des analogen Signals besitzen muss. Technisch betrachtet erlauben 128 Samples in der Sekunde also die Beobachtung von Frequenzen bis 64 Hz, obwohl in der Praxis Geräte mit dieser Sampling Rate eben Frequenzen bis 32 Hz abbilden. Das ist die Basis des F1000 Online Spectral Display und annähernd die Rate, die von Lexicor gelesen wird. Andere Instrumente wie ProComp+ und Neuronavigator haben eine Sampling Rate von 256 Samples pro Sekunde, manchmal mehr. Thought Technology’s Infiniti besitzt eine Sampling Rate bis zu 2500Samples pro Sekunde. Schnellere Sampling Rates erlauben es dem Anwender hohe EEG Frequenzen mit größerer Genauigkeit zu beobachten. Beispielsweise kann eine Sampling Rate von 256 Cycles in der Sekunde (cps) sehr präzise Frequenzen darstellen, bis zu einem Viertel der Sampling Rate, also 64 Hz. Auch eine Division durch 2 ist akzepabel, aber als Daumenregel gilt, die meisten Hersteller teilen die Sampling Rate durch vier, um eine annähernd optimale Genauigkeit der EEG Auswertung zu erlauben. Wir halten fest: um ein EEG Spektrum zu erhalten, das genau bis 64 Hz reicht, benötigen wir ein Instrument mit einer Sampling Rate von 256 Samples in der Sekunde. Um 32 Hz darzustellen genügen 128 Samples pro Sekunde. Hohe Sampling Raten sind wichtig zur analytischen Auswertung einzelner Wellenformen. Das wird auch als Oversampling bezeichnet und 8x bis 16x die maximale Frequenz ist heute eher der Standard.
In unserer Arbeit tun wir alles, unsere Klienten zu schützen. Optische Isolation gehört zu diesen Schritten. Damit ist gemeint, dass wir den Computer und den Enkoder durch ein Glasfieberkabel als optischen Isolator trennen. Ein optischer Isolator dient dazu, elektrische Signale zwischen zwei isolierten Stromkreisen per Lichtsignalen zu transportieren. Dadurch verhindert der Opto-Isolator hohe elektrische Spannungen und schützt den Patienten, den Computer und die Instrumente vor jeder unerwarteten Fehlfunktion im Stromkreislauf.
Elektrische Artefakte
Was kann Interferenzen erzeugen?
Elektrische Kabel arbeiten wie Antennen. Sie nehmen 60 Hz Aktivität oder 50 Hz Aktivität in Europa auf, die in ihrem Büro immer vorhanden ist.
Einer unserer Biofeedbacktrainer mochte keine fluoriszierende Beleuchtung im Büro. Er brachte eine alte Stehlampe mit. Wir brauchten einige Tage, ehe wir begriffen, warum wir auf einmal nicht mehr in der Lage waren, in diesem Büro ein sauberes EEG aufzuzeichnen. Eine schlecht abgeschirmte Verkabelung in einer alten Lampe kann ihr EEG ruinieren.!
Die Elektroden Kabel können auch Radio Frequenzen aufnehmen. LKW mit CB Funkgeräten können negative Effekte auslösen. Diese Verstärker können den High Pass Filter überlagern und für hochamplitudige Störungen in vielen Frequenzen sorgen.
Aber selbst Bewegungen von Menschen im Zimmer können das EEG beeinflussen. Potential Differenzen zwischen Objekten der Umgebung und den Elektrodenkabeln, die am Kopf des Klienten befestigt sind, können in den Kabeln elektrische Störungen erzeugen. Das einfachste Beispiel wurde bereits erwähnt. Es ist der Schuh, der am Teppichboden reibt. Die Berührung eines anderen Menschen kann einen Funkenflug verursachen.Was wir als Kinder, die das lustig fanden, nicht wussten, war, dass 3,000 bis 10,000 Volt Spannungsdifferenz entstehen können. Stellen sie sich sich selber als einen Behälter vor, der im Gegensatz zu ihrem Klienten mit negativ geladenen Ionen überfüllt ist. Wie wir wissen, stößt negative Ladung negative Ladung ab. Wenn sie sich dem Klienten nähern, erzeugen sie kurzfristig eine elektrische Spannung in den Kabeln. Ohms Gesetz sagt, dass die Stromstärke umgekehrt proportional zum Widerstand ist Strom=Spannung:Widerstand I=U/R. Sie verändern den Strom (I). Deshalb verändert sich die Spannung. Sie wird sich bei ihrer Annäherung verändern. Elektrische Verkabelung, Licht und andere Instrumente können unerwünschte Ladungen erzeugen. Sie werden Ladungen in den Frequenzen beeinflussen, die die Quelle besitzt. Das ist in Europa 50 Hz, dieses Artefakt wird als sehr hohe Amplitude auftauchen, bis sie die Quelle finden und abstellen.
Was kann man unternehmen, um diese Probleme zu minimieren?
Problemlösungsstrategien für das Therapiezimmer
Viele elektrische Artefakte stammen von Quellen, die alle Kabelverbindungen gleichmäßig beeinflussen. Ihr Biofeedback Instrument besitzt einen Differentialverstärker. Dieser wird nur Wellen verstärken, die sich in Phase und Magnitude zwischen beiden Seiten unterscheiden. Er wird alles, was gleich ist, effektiv aussondern. (Die Common mode rejection wird noch detalliert erklärt werden). Wie auch immer, eine 50 Hz Quelle, etwa das elektrische Licht, kann an beiden Elektroden gleich aufgenommen werden, aber am Verstärker verschieden ankommen. Das kann beispielsweise der Fall sein, wenn die Verbindung zur Kopfelektrode und dem Verstärker anders ist, als die zwischen den beiden anderen Elektroden und dem Verstärker. Der Verstärker vergleicht dann die elektrische Aktivität der beiden Elektroden Inputs und wird, weil beide unterschiedlich zu sein scheinen, die Volt Differenz zwischen beiden Elektroden verstärken. Die Common mode rejection des Verstärkers wird damit umgangen. Das verstärkte Rückkoppelungssignal wird die EEG Aufnahme unbrauchbar machen.
Wenn man die Differenz zwischen beiden Seiten und dem Verstärker so weit wie möglich minimieren will, helfen einem dabei mehrere Schritte. Zuerst einmal ist es wichtig, dass alle Elektroden aus dem gleichen Material bestehen. Gewöhnlicherweise Gold- oder Zinnlegierungen. Man sollte nicht zwei Metalllegierungen benutzen, wie es vorkommen kann, wenn die Goldschicht abgenutzt ist. Elektroden müssen nach jedem Gebrauch vorsichtig gereinigt werden. Zusätzlich besitzt totes Hautgewebe einen sehr hohen Widerstand. Wenn wir Potential Differenzen (Spannungen) messen, ist diese proportional zum Strom (I) und zum Widerstand gegen den Gleichstrom (DC). Sie erinnern sich sicher daran, dass dieser Zusammenhang bei der Erklärung zum Ohmschen Gesetz U=R.I oder I=U/R beschrieben wurde. Impedanz (Z) ist der Term, der das R ersetzt, wenn wir über den Widerstand beim Wechselstrom sprechen (AC). Die Hirnwellen, mit denen wir arbeiten, sind Wechselstrom, AC, ´kein Gleichstrom, DC. Für uns lautet die relevante Formel: V= I Z. Daraus folgt, dass wir, wenn wir eine Elektrodenseite exzellent vorbereiten, das gleiche aber an Position B vernachlässigen, der Strom, der den Verstärker erreicht, unterschiedlich stark erscheint, obwohl er von der gleichen Quellen stammt. Deshalb wird der Input nicht unterdrückt sondern verstärkt.
Wenn wir sorgfältig bei der Präparation der Messpunkte sind, was sich in guten Impedanzen ausdrückt, und wenn wir unsere Elektroden nach jedem Gebrauch reinigen, sollten wir die meisten Interferenzen damit minimieren.
Andere Tipps, diesen Effekt der Induktion zu minimieren sind die Folgenden:
· Lassen sie die Elektrodenkabel während der Messung keine Schleifen bilden
· Benutzen sie speziell abgeschirmte Kabel (etwa die des F1000) ,positionieren sie den Vorverstärker so nah wie möglich zur Elektrode und halten sie die Verbindungskabel so kurz wie möglich.
· Benutzen sie ein Stirnband, wie es Tennisspieler benutzen. Das hält die Kabel still und reduziert Bewegungen der Kabel.
· Flechten sie lose Kabel. Das hilft den Effekt der Kabel auzugleichen, aber speziell abgeschirmte Kabel sind am Besten. In solch gut abgeschirmten Kabeln wie beispielsweise in denen des F1000, fließt induzierter Strom harmlos zum Verstärker durch die spezielle Bedeckung und zum Grund. Mit nicht abgeschirmten Kabeln fließt der Strom, wenn der Widerstand des Verstärkers hoch ist, zu ihrem Klienten.
· Beseitigen sie Tisch oder Stehlampen, elektrische Spitzer und alles, was Interferenzen erzeugen kann.
Wir besitzen ein Lerninstitut. Die Lehrkräfte benutzen normalerweise Bleistifte. Ein engagierter Trainer brachte einen elektrischen Spitzer mit ins Arbeitszimmer, was zur Folge hatte, dass wir mehrere Tage sorgfältig das Equipment untersuchen mussten, wiederholt Elektrodenpositionen präparierten, die Elektroden austauschten und alle möglichen Lichtquellen abschalteten, alles ohne Erfolg. Man konnte das EEG Signal lesen, aber die hohen Frequenzen waren zu stark vertreten. Zufälligerweise steckte einer von uns den elektrischen Spitzer aus und alle Interferenzen waren verschwunden. Es genügte, dass der Spitzer ans Stromnetz angeschlossen, aber nicht eingeschaltet war, um diese Interferenzen zu erzeugen.
Auch Verlängerungskabel können das EEG Signal beeinflussen.
Der Autor war bei einem Meeting als Dozent geladen. Ein Mensch aus dem Auditorium wurde an das EEG angeschlossen. Das EEG Signal war unlesbar. Die Verbindung zu Enkoder und Verstärker wurde ausgetauscht, das hatte aber keine Verbesserung zur Folge. Der Autor hatte nun den Verdacht, es müsse etwas mit der Verkabelung des Hotels zu tun haben. Der erste Schritt bestand darin, das Verlängerungskabel zu entfernen und auf Batteriebetrieb umzuschalten. Es stellte sich heraus, dass es tatsächlich das Verlängerungskabel gewesen war, das das Artefakt verursacht hatte.
Die Verkabelung eines Gebäudes kann elektrische Artefakte im System erzeugen.
Der Autor war eingeladen worden, mit dem Senior Vize Präsident einer großen Firma zu arbeiten. Das EEG System, das zu Hause perfekt funktioniert hatte, wurde von sehr starken elektrischen Störfeldern mit sehr hohen Amplituden und Frequenzen zwischen 56 und 63 Hz beeinflusst. Die Amplituden anderer Frequenzbänder variierten von Tag zu Tag. Der einzige Weg, Neurofeedback Sitzungen zustande zu bringen, bestand darin, den Laptop auf Akkubetrieb laufen zu lassen.
Wir raten Ihnen dazu, das EEG Equipment an jedem neuen Standort, den sie anmieten wollen, zu erproben. Eine Möglichkeit, in einem sehr alten Gebäude mit alten Stromleitungen zu arbeiten, besteht darin, Kupferkabel aus dem Fenster zum Boden zu verlegen, um einen guten Grund zu haben und dadurch Interferenzen zu minimieren. Ein anderes Problem hatte ein Kollege, der sein Equipment in einem alten Gebäude nicht zum Laufen brachte, weil ein elektrisches Gerät im Gebäude eine Interferenz erzeugte. Immer, wenn dieses Gerät ansprang, wurde der EEG Verstärker überlagert und das EEG schwachte mehrere Sekunden ab. Er wechselte das Büro.
In einem Büro, das wir anmieten wollten, fand ich eine Interferenz im EEG. Ich testete mehrere Male am Tag, bis ich entdeckte, dass immer um 17.30 Uhr eine Interferenz auftrat, die es unmöglich machte, dass ich das EEG lesen konnte. Das war genau der Zeitpunkt an dem die Reinigungskräfte, mehrere Stockwerke weiter unten, mit ihrer Arbeit begannen. Wir arbeiten oft abends, um zu verhindern, dass Kinder aus der Schule bleiben müssen, es war also für unsere Arbeit eine wichtige Entdeckung. Ich demonstrierte das Ereignis dem Hausbesitzer, bevor ich den Mietvertrag unterschrieb. Der Vermieter war damit einverstanden, spezielle Kabelverbindungen in unser Büro legen zu lassen. Diese Kabel waren mit keinen anderen Verbrauchern verbunden. Das verhindert zuverlässig, dass Interferenzen entstehen, wenn andere elektrische Verbraucher eingeschaltet werden Wenn sie ein neues Büro testen, tun sie das zu verschiedenen Uhrzeiten.
In der bisherigen Diskussion haben wir festgestellt, dass wir gut daran tun, die Zahl der Quellen elektrischer Aktivität, die mit dem Equipment interferrieren könnten, zu minimieren. Wir stecken alle unnützen elektrischen Geräte aus und schalten auch Handys ab. Man sollte auch versuchen, die Distanz zwischen EEG Verstärker und Computer zu vergrößern. Wenn wir all das getan haben und wir finden immer noch 50 Hz Aktivität oder unerwartete EEG Aktivität oder auch Inaktivität, dann müssen wir in nacheinander Stück für Stück das Equipment checken.
Beginnen wir bei den Impedanzen, den Offsets und den Elektroden.
Die EEG Amplitude fällt abDie Amplituden sind erheblich niedriger als bei diesem Klienten gewohnt. Die Verhältnisse zwischen den Frequenzen wirken aber unverändert. Die Theta/Beta Ratio ähnelt der, die bei diesem Klienten in den letzten beiden Sitzungen auch zu beobachten war. Das EEG wirkt auf den Trainer, der erst mehrere hundert Stunden mit EEG Lesen verbrachte, unauffällig. Trotzdem hat er intuitiv das Gefühl, etwas stimmt nicht und ruft nach einem erfahreneren Trainer. Sie checken die Impedanzen, wechseln die Kabel, aber ohne Erfolg. Da wird das EEG plötzlich flach. Der Klient wird an ein anderes EEG Gerät angeschlossen, um die Session zum Ende zu bringen.
Am nächsten Tag wirkt der Verstärker wieder intakt. Dann, nach ein paar Stunden, sinken auf einmal wieder die Amplituden und das EEG wird kurz darauf ganz flach. Feuchtigkeit und Überhitzung sind möglich, aber das erklärt nicht das plötzliche Auftreten des Problems. Die EEG Paste wurde gegen eine andere ausgetauscht aus einem Zimmer, in dem das EEG Gerät problemlos arbeitete. Zum guten Schluss wurde der Autor dieses Buches gerufen. Dessen erste Frage war: “Wie sind die Offsets?“ Diese waren vom erfahreneren Trainer gecheckt worden. Er antwortete, dass sie an den Kopfelektrode etwas hoch erschienen. Er merkte an, dass die hohe Impedanz an dieser Position hartnäckig blieb, auch wenn er die Elektrode gegen andere, ganz neue, austauschte. Er hatte das Kind eben mit den gleichen Elektroden an einen anderen Verstärker gesetzt, an dem alle Verbindungen tadellos funktionierten.
Der Autor testete eine Elektrode mit kurzem Kabel aus einem anderen Elektrodenset. Der Offset fiel von 85 auf 5 und das EEG an dem scheinbar defekten Gerät ist seither wieder problemlos lesbar.
Ein weiteres Phänomen wurde mit dem gleichen Verstärker beobachtet, nachdem das eine Problem gelöst war. Der Trainer entdeckte, dass anstelle einer Nulllinie, wenn er eines der Kabel entfernte, plötzlich Wellen zu sehen waren. Es sah aus, als erhielt er ein EEG mit nur zwei Kabeln. Wir achten stets darauf, dass wir hochfrequente Artefakte im Auge behalten. In diesem Fall konnte der Trainer eine spiky hochamplitudige reguläre hochfrequenz Störung beobachten. Er erkannte, dass diese nichts mit dem EEG zu tun hatte, sondern dass es sich um ein komplexes elektrisches Artefakt handeln musste.
Es gibt viele Beispiele, die ähnlich sind. Zuerst einmal, auch wenn sie EEG Instrumente verschiedener Hersteller besitzen und dadurch das EEG vergleichen können, kann Ihnen ein inkorrektes EEG oder ein Artefakt einen Streich spielen und ihnen vorgaukeln, ein normales EEG zu sehen. Zweitens, es ist schon vorgekommen, dass man eine Lieferung neuer, trotzdem defekter Elektroden erhält. Drittens, es ist sinnvoll, den Offset ebenso zu checken wie die Impedanz. Ein hoher Offset gibt einen guten Hinweis auf Probleme mit der Verkabelung. Diese mag außen intakt wirken, ist aber im Innern vielleicht beschädigt. (Wie auch immer, wir stellen fest, dass die Möglichkeit den Offset zu messen nicht mehr bei jedem Instrument gegeben ist. Viertens, komplexe Artefakte können einer unerfahrenen Person ein EEG vorgaukeln. Es ist hilfreich einen erfahrenen Trainer im Hintergrund zu haben, wenn Dinge seltsam wirken. Ein wichtiger Hinweis: Unterschätzen sie niemals die Bedeutung des technischen Supports ihres Herstellers.
Versichern sie sich, dass die Computer zum Enkoder Verbindung gut funktioniert.
Wenn kein EEG auf dem Monitor erscheint, gibt es eine Reihe von Schritten, die man unternehmen kann, um das Problem zu identifizieren und zu lösen. Zuerst müssen sie sich versichern, dass ihr Verstärker und der Enkoder vom Computer entdeckt werden. Führen Sie eine Hand an die Stelle, wo die Elektroden eingesteckt werden. Das kann beispielsweise ein Kabelende sein, wie beim A620 oder ein Vorverstärker wie beim Procomp+ oder Infinity. Bewegen sie nun die Hand und bewegen das Kabel. Es zeigen sich vielleicht Wellen auf dem Monitor, die einen Hinweis geben, dass es eine Verbindung zum Computer gibt. Einige Instrumente wie das Biograph Infinity Programm von Thought Technology geben ein Bildschirmsignal, dass uns mitteilt, ob der Enkoder vom Computer erkannt wird.
Bei Mehrkanalverstärkern kann man, wenn der Computer den Enkoder oder Amplifiier für das EEG nicht erkennt, testen, ob die anderen Kanäle des Encoder/Amplifier entdeckt werden, etwa ein zweiter EEG Kanal oder ein EMG, Temperatur oder EDR Kanal. Wenn weiterhin nichts entdeckt wird, ist es an der Zeit, die Verbindung zu testen (ein optisches Kabel, bei modernen Geräten) sowie die Batterien im Enkoder zu wechseln. Man kann das optische Kabel vom Enkoder/Amplifier aus- und wieder einstecken oder wechseln. Wenn der Wechsel der Verbindung nicht zum Erfolg führt, kann man versuchen, das optisches Kabel in den Port des USB Enkoders an einem anderen Computer zu stecken und zu beobachten, ob dieser Computer den Enkoder entdeckt. Wenn das der Fall ist, muss man das Programm erneut aufspielen oder den Computer reparieren lassen. Es kann sich um einen Hardwarefehler im ersten Computer handeln. Bevor sie aber zu dramatischen Maßnahmen greifen, versuchen sie, den Computer an eine andere Steckdose anzuschließen, ihn erneut hochzufahren oder ähnliches. (Wir hatten schon beides, eine defekte Steckdose und ein defektes verlängerungskabel.)
Wenn alle Maßnahmen scheitern, versuchen sie den kompletten Enkoder gegen einen anderen zu tauschen, der an einem anderen Compter funktioniert. In 99% der Fälle haben sie bis zu diesem Zeitpunkt das Problem erkannt und gelöst. Wenn das nicht der Fall sein sollte, wird es Zeit, den Technical Support Ihres Herstellers einzuschalten.
Das EEG zeigte eine Flat Line. “Dr. R” versuchte jeden der eben beschriebenen Schritte, es wurde aber kein Enkoder vom Computer gefunden. Sie telefonierte mit dem Hersteller und hatte am nächsten Tag ein Ersatzgerät, das tadellos funktionierte.
Es ist äußerst wichtig, einen guten Kontakt zum Hersteller oder Vertreiber zu besitzen. Einige Firmen reagieren sofort. Es sollte aber selbstverständlich sein, dass sie alle Fehlermöglichkeiten getestet haben, ehe sie um Hilfe rufen. Es ist sehr hilfreich, mehr als ein Gerät jedes Herstellers zu besitzen, wenn man im professionellen Rahmen Neurofeedbacktherapien durchführt. Sowhl Autos, Herde, Kühlschränke und andere elektrische Geräte gehen kaputt, das kann selbstverständlich auch bei Computern oder EEG Verstärkern passieren.
Wenn der Enkoder entdeckt wird, aber kein EEG aufgezeichnet wird, überprüfen Sie die Kabelverbindungen zwischen Enkoder und Kopfoberfläche.
Wenn der Enkoder entdeckt, aber kein EEG aufgezeichnet wird, suchen wir den Fehler vom Kopf des Klienten an abwärts. In der klinischen Medizin sagt man: „Was passieren kann, passiert auch“. Schauen sie zuerst nach den nahe liegendsten Fehlern. Vielleicht ist es nur ein Kabel, das defekt ist. Versuchen sie die Elektrodenpositionen zu tauschen. Wenn das EEG flat oder von schlechter Qualität bleibt, dann wechseln sie das Kabel, das den Verstärker mit dem Enkoder verbindet. Das zweithäufigste Problem: Kabel brechen. Wenn das Problem bleibt, dann versuchen sie die Kabel vom Vorverstärker zu den dünnen Elektrodenleitungen auszutauschen. Wenn auch das nichts nützt, dann tauschen sie als nächstes den Verstärker. Bei Workshops haben wir stets das gesamte Equipment in doppelter Ausführung dabei.
Alle oben aufgeführten Schwierigkeiten werden irgendwann auftreten. Es ist vernünftig, einen zweiten Satz Elektroden und Kabel im Hintergrund zu haben. Idealerweise sollte man auch ein zweites EEG Instrument und einen weiteren Computer besitzen um die Therapieunterbrechung zu vermeiden, die durch den Ausfall der Technik entstehen kann. Im ADD Center besitzen wir EEG Instrumente von 14 verschiedenen Herstellern, obwohl nur das Equipment von 4 Herstellern regelmäßig benutzt wird. Jedes von diesen Geräten wird ab und an für Kopfzerbrechen sorgen.
Was die Hersteller unternommen haben, um Artefakte zu minimieren – der Differential Verstärker
Der Verstärker verstärkt die eingehenden elektrischen Signale differenziert. Das bedeutet, dass Signale der gleichen Frequenz, die unterschiedlich sind in Magnitude und Phase verstärkt werden, während gleiche Signale nicht verstärkt werden.
Beispiel: Unterschiedliche Signale können vom Verstärker um einen Faktor von mehr als dem 100000 fachen dessen, was in Magnitude und Phase zwischen zwei Elektroden gleich ist, verstärkt werden. Viele der gebräuchlichen Instrumente haben eine Common Mode Rejection Ratio, die größer als 100000 zu 1 ist. Alle 20 Dezibel wird die Ratio um den Faktor zehn erhöht. Das bedeutet, dass eine Spannungsverstärkung von 10/1 20 Dezibel und von 100/1 40 Dezibel ist. Moderne Instrumente liegen bei 120 Dezibel, das ist 1000000/1. Das unterdrückt effektiv unerwünschte Artefaktspannungen.
Differential Verstärker
Anmerkung: Dieser Abschnitt ist wahrscheinlich beides: zu kurz und zu stark vereinfachend vom Standpunkt eines Menschen aus betrachtet, der sich gut mit Elektronik auskennt. Trotzdem, so hoffen wir, kann er dem Menschen, der einen medizinischen oder pädagogischen Hintergrund besitzt, und der sich mit Elektronik nicht auskennt, nützlich sein.
Was messen wir?
Zusammengefasst, der Verstärker erhält Input von der positiven, aktiven Elektrode und der negativen Referenzelektrode. Er misst die Differenz zwischen beiden Inputs: Das EEG, das wir beobachten ist: Vgemessen (+ve) von Seite #1 – Vgemessen (‑ve) von Seite #2 bei spezifizierten Frequenzen. (V = voltage, +ve = positiv, ‑ve = negativ.) Also die Potential Differenz (V in Mikrovolt) zwischen zwei Elektroden. Warum nennen wir die eine Seite positiv und die andere negativ? Lassen sie uns das etwas näher betrachten.
Der Differentialverstärker
Generelle Beschreibung
Das Konzept des Differentialvertärkers entstammt der Arbeit von Thomas Edison. Unsere Art der Verstärker wurde aber erst nach den 30er Jahren des letzten Jahrhunderts entwickelt. Am einfachsten ist, sie stellen sich das Kabel der positiven Kopfelektrode vor, das den Verstärker erreicht. Es besteht eine Potential Differenz zwischen der Kopfelektrode und einem Vergleichswert im Verstärker, der die dritte Elektrode, die von uns Grund genannte, einbezieht. Vor Jahren wurde wirklich als Vergleichswert der Grund genommen. Wie aber bereits erwähnt, gibt es bei modernen Verstärkern keine direkte Verbindung zwischen Klient und Grund. Die Messungen und Berechnungen werden im Verstärker vorgenommen. Stellen sie sich nun das zweite Kabel vor, das an einem anderen Punkt im Verstärker anlangt. Stellen sie sich die erste Seite als positiv und die zweite als negativ vor. Oftmals ist die aktive Elektrode als +ve gekennzeichnet und die Referenzelektrode als–ve. Tatsächlich wird die Polarität der zweiten Elektrodenverbinung im Verstärker vertauscht, so dass der zweite Input umgedrehtwird und –ve in Bezug zur ersten Elektrode +ve ist.
Wie bereits erklärt werden die Potential Differenzen – die aktive Seite (+ve) zur Referenz Seite (‑ve) –verglichen. Jede Spannung, die an beiden gleich ankommt, wird aussortiert. Jeder induzierte Strom aus anderen Quellen, etwa einer Lampe (50Hz), wird die gleiche Frequenz und Amplitude besitzen und in Phase auf beiden Kabeln sein. Das +ve Kabel, der aktiven Elektrode wird in diesem Fall sozusagen das Spiegelbild des ‑ve Kabel der Referenz Seite sein, bei beiden werden die 50Hz also eliminiert und dadurch NICHT verstärkt. Andererseits wird das EEG an beiden Seiten unterschiedlich sein und wird sich deshalb nicht aufheben. Es wird verstärkt. Die Differenz zwischen beiden EEG Spannungen die am Verstärker gleichzeitig eintreffen, ist es also, die verstärkt wird. Das ist die Aufgabe des Differential Verstärkers. Dieses Konzept wird in den unten aufgeführten Diagrammen dargestellt. Die aktive (+ve) Elektrode und die Referenz (‑ve) Elektrode erreichen den Verstärker auf der linken Seite, der Output ist auf der rechten Seite zu sehen. Der Grund wird durch paralelle horizontale Linien dargestellt.
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Schematische Darstellung eines Differentialverstärkers
Im nächsten Diagramm, erreicht das 60Hz Interferenz Signal den Differential Verstärker an beiden Inputs gleich. Diese Common-ModeSignale heben sich also auf und erscheinen nicht im Output Die Alpha Welle ist hochamplitudig an der Spitze, aktive (+ve) Elektrode, und von erheblich niedrigerer Elektrode an der referential (‑ve) Elektrode. Wenn beide voneinander abgezogen werden und die Differenz verstärkt wird, erscheint ein sauberes Alpha am Output.
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Zusammengefasst: Der Verstärker entdeckt und verstärkt Differenzen zwischen zwei Inputs. Er verstärkt Veränderungen des Signals in Bezug auf den Grund einer Kalkulation im Verstärker. Er vollbringt das, indem er die Polarität des zweiten Inputs tauscht, so dass beide elektrische Inputs effektiv voneinander subtrahiert werden können. Der Verstärker verstärkt nur die Differenz zwischen zwei Inputs, deswegen wird er Differentialverstärker genannt. Das ist gemeint, wenn man sagt, der Verstärker unterdrückt Signale, die an beiden Inputs gleich erscheinen. Der so genannten Common-Mode Rejection.
Common-Mode Rejection Ratio
Die Common-Mode Rejection Ratiobeschreibt das Verhältnis der Common Mode Input Spannung geteilt durch die Output Spannung. Diese Ratio sollte bei neuen Geräten >100,000 sein. Fehler dieses Systems, das dazu dient, externe Common Mode Artefakte zu unterdrücken, sind oft die Folge von Impedanzdifferenzen zwischen zwei Elektroden oder einem schlechten Grund.
Die Bedeutung ungefähr gleicher Impedanzen zwischen den Elektrodenseiten ist nun deutlicher. Wenn die Impedanzen sehr unterschiedlich sind, ist der induzierte Strom einer elektrischen Quelle bei Erreichen des Verstärkers nicht an beiden Inputs gleich, er wird deshalb nicht aufgehoben sondern verstärkt. Das würde zu starken Artefakten in der Aufnahme führen. Damit ist der Zeitpunkt günstig, Impedanz etwas detaillierter zu beschreiben.
Wie man ein qualitativ hochwertiges EEG erhält.
Impedanz:
Wir haben eben beschrieben, wie wichtig gute Impedanzen an allen Elektroden sind. Das stärkste Argument für eine gute Impedanz ist, dass man sich dadurch versichert, dass alle Artefakte den Verstärker in gleicher Stärke erreichen. Ein zweiter Grund ist der, dass die gute Impedanz die Vergleichbarkeit der aufgezeichneten EEGs verschiedener Sitzungen ermöglicht. Eine hohe Impedanz wird die Amplitude des EEG abschwächen. Ein dritter, seltener genannter Grund ist, dass eine gute Verbindung dazu führt, dass es weniger Artefakte durch Elektrodenbewegungen gibt (wie bereits diskutiert) Das sind verschiedene Begründungen. Unten werden wir das erste Problem noch einmal näher erläutern.
Impedanzen sollten ungefähr gleich groß an allen Elektroden sein. Wie bereits erwähnt, führen unterschiedliche Impedanzen dazu, dass Inteferenzen, durch elektrische Geräte, wie beispielsweise eine Lampe, an den Verstärkereingängen ungleich erscheinen und dass die Common Mode Rejection diese Signale nicht zuverlässig aussortiert. Die erste Reaktion beim Auftauchen von 50 Hz Aktivität muss es sein, das Feedback zu stoppen und die Impedanz zu prüfen. In den meisten Fällen wird man entdecken, dass eine Elektrode „verloren gegangen“ ist. Das hat die “z” Impedanz an der Elektrodenseite verändert. Sie müssen die Kopfhaut neu präparieren und die Impedanzen erneut prüfen. Lassen sie uns den Vorgang etwas näher betrachten.
Was ist eigentlich Impedanz?
Definition
Was sind akzeptable Impedanzwerte?
Die Impedanz (Widerstand zum Fluss von Wechselstrom) sollte an den Elektroden so niedrig wie möglich sein. Eine Impedanz von weniger als 5 kohm an allen Elektroden und zwischen allen Verbindungen sowie eine Differenz die geringer als <1 kohm beträgt, wäre exzellent. Wenn Ihnen das gelingt, sind die Beeinflussungen durch Widerstand bei der Messung von “V” an unterschiedlichen Elektrodenpositionen vernachlässigbar gering im Vergleich zu den Werten, des aktuell gemessenen Wertes an der Quelle.
Der Widerstand des Verstärkers ist eine Konstante. Sie ist von Instrument zu Instrument verschieden. Anhand der Voltage-Divider Formel, die unten aufgeführt ist, wird man sehen, dass immer dann, wenn der Widerstand des Verstärkers hoch ist, der Widerstand (oder besser die Impedanz, weil das EEG Wechselstrom ist) der Elektrode nur einen geringen Einfluss auf die gemessene Spannung hat im Vergleich zu Verstärkern mit geringem Widerstand am Eingang.
Wenn Sie eine Potential Differenz berechnen, möchten sie gewiss, dass Ihre Messungen wirklich die neuronale Aktivität reflektieren, die an den Messpunkten zu verzeichnen ist (oder das Fehlen dieser Aktivität an der Referenzelektrode). Das oben angeführte Beispiel zeigt einen Fall, bei dem der Klient kein korrektes Feedback erhielt, bis das EEG mit mehr Sorgfalt erstellt wurde und das über die Dauer der gesamten Sitzung hindurch.
Der Grund, warum moderne Verstärker mehr verzeihen- das Voltage Divider Modell
Sie werden gehört haben, dass gesagt wird, mit hoher Input Impedanz innerhalb des Verstärkers sei das Messen der Elektrodenimpedanz nicht mehr so wichtig. Tatsächlich ist es sehr viel weniger kritisch als bei älterer Ausrüstung. Trotzdem, das oben genannte Beispiel war eines, bei dem ein solcher Verstärker mit hoher Input Impedanz benutzt wurde. Sicher, die alten Low Impedanz Verstärker verlangten eine Menge Aufmerksamkeit und Sorgfalt bei der Präparierung der Elektroden. Warum das heute leichter ist, kann nach einer kurzen Erläuterung, was das Voltage-Divider Modell ist, besser verstanden werden.
Anmerkung: Die meisten Leser können den kursiv geschriebenen Text überspringen, weil er nicht unbedingt notwendig ist, diese Feinheiten zu verstehen, wenn man Neurofeedback betreiben will. Der Text ist für Interessierte, die eine ein wenig tiefer gehende Information wünschen.
Woher stammt der Begriff “Voltage Divider”?
Dieser Begriff wird normalerweise benutzt wenn darüber gesprochen wird, wie man die Sensitivität eines Aufnahmeinstruments verändern kann. Sie sind sich sicher alle bewusst darüber, dass ein Erwachsenen EEG aus Amplituden sehr niedriger Amplitude im Vergleich zum EEG des Kindes besteht. Um das EEG auf dem Display zu lesen, muss man eventuell die Sensitivität und damit die Größe des abgelesenen EEG verändern. Um es dem Anwender zu erlauben, die Sensitivität des Instruments zu verändern, wird eine Reihe von 3 Widerständen am Ausgang des Differential Verstärkers gebraucht. Der Strom, der die Widerstände passiert ist (R1 + R2 + R3). Dann, nach Anwendung des Ohmschen Gesetzes V = (R1 + R2 + R3) I. oder: I = V ¸ (R1+ R2 + R3 )). Wenn alle drei Widerstände gleich sind, und der Schalter hinter dem ersten platziert ist, wird der Output 1/3 V und wenn er nach dem zweiten Widerstand platziert wird, 2/3 V sein. Die hintereinander geschalteten Widerstände, die mit einem Schalter verbunden sind, nennt man einen Voltage Divider. Die totale Spannung wird sich über die drei Widerstände verteilen in Abhängigkeit von ihrer Größe.
Das gleiche Voltage Divider Konzept beeinflusst die Messungen des Verstärkers. Einleitend sollte man sich vorstellen, der Verstärker bestünde aus zwei Verstärkern. In unserem Beispiel sind es für jede Elektrode schlussendlich zwei Widerstände, die wir in Betracht ziehen müssen. Weil wir einen Wechselstrom messen, muss der Ausdruck Widerstand durch das Wort Impedanz ersetzt werden. Sie können sich die Spannung als von den Widerständen gegen den Stromdurchfluss verändert denken. Das bedeutet, dass die Spannung am Ausgang proportional zu jeder der Impedanzen ist, gemäß der Formel:
Voutput+ = V+ x Zamplifier¸ (Zsite+ + Zamplifier )für +ve Elektroden Seite und
Voutput- = V- x Zamplifier¸ (Zsite- + Zamplifier ) für
–ve Elektroden Seite.
Weil die ersten Impedanzen (Zsite+ und Zsite-) sich an der Kopfoberfläche befinden, die aktive(+) sowie die Referenzelektrode(-). Wir wollen diese Impedanzen sehr klein. Die zweite Impedanz (Zamplifier ) befindet sich am Imput des Verstärkers und diese wünschen wir uns möglichst hoch. Wenn dem so ist, ist die gemessene Spannung wesentlich mehr vom Input Widerstand des Verstärkers abhängig und verzeihender gegenüber unterschiedlichen Impedanzen an der Elektrodenseite, weil die Spannung sich selber auf drei Widerstände verteilt in Abhängigkeit von ihrer Magnitude. Wenn die Impedanz am Verstärker sehr groß ist, wird die Spannung die der Verstärker erfasst, sehr dicht an der tatsächlichen EEG Spannung liegen.
Lassen sie und nun den ganzen Kreislauf betrachten, nicht nur die zum Verstärker leitenden Elektroden.
Wenn man über die Verbindung zwischen Kopfoberfläche und Verstärker nachdenkt, wird man unschwer erkennen, dass erst wenn die Verbindung geschlossen ist, Strom fließen kann. In diesem hypothetischen Beispiel fließt der Strom im Kreis. Der Strom wird im Gehirn produziert und fließt über eine Ableitung zum Verstärker, durch diesen hindurch und über die andere Leitung zum Gehirn zurück. Aus schematischen Gründen stellen sie sich drei Impedanzen gegen den Fluss dieses Stromes vor. Diese Impedanzen stehen in Serie. Es sind: die erste Elektrodenseite(Zsite+), der Verstärker und die zweite Elektrodenseite (Zsite-). Sie werden dann die Spannung (Potentialdifferenz) messen, entlang des größeren Widerstandes (Impedanz gegenüber dem Stromfluss )im Verstärker.
Nach Ohmschem Gesetz ist I = V/R. Wieder tauschen wir R gegen Z (Impedanz,) weil wir es mit Wechselstrom zu tun haben. Dann haben wir für die aktive Elektrode:
I= V+(input)/(Zsite+ + Zamplifier)
Und für die Referenz:
I = V-(input)/(Zsite- + Zamplifier)
(Um es genau zu machen, müssten wir kleine Buchstaben für V (oderE) und für I und Z wählen wenn wir Wechselstrom anstelle des Gleichstroms diskutieren. Um es Ihnen etwas leichter zu machen, dieser Diskussion zu folgen, haben wir diese übliche Übereinkunft nicht eingehalten.)
Zum Spannung am Ausgang des Differential Verstärkers, ersetzen wir das I des Ohmschen Gesetzes (V = ZxI) für unseren hypothetischen Stromkreis:
Voutput+ = Zamplifier x [V(input to amplifier) ¸ (Zsite- + Zsite+ + Zamplifier )]
Wenn die Impedanzen an beiden Seiten sehr klein sind, und die Impedanz am Verstärker sehr groß ist, wird die Spannung am Ausgang relativ unabhängig von der Impedanz an der Elektrodenseite sein. Sie wird abhängen von der EEG Input Spannung, die dann verstärkt wird.
Kurze Zusammenfassung
Im Rückblick muss festgehalten werden, das Potential Differenzen zwischen Objekten der Umgebung und den Kabeln zur Elektrode am Kopf des Klienten Induktionsstrom in den Kabeln erzeugen können. Auch wenn wir uns dem Klienten nähern, induzieren wir Strom in den Kabeln. Aber V= IZ (Spannung = Strom x Impedanz). Wir verändern i.’ Dadurch verändert sich die Spannung. Sie wird die Frequenzen in Abhängigkeit vom Grade der Annäherung an den Klienten ändern. Elektrische Leitungen im Therapiezimmer, Beleuchtung und andere elektrische Geräte können ebenso unerwünschte Spannungen induzieren. Sie werden in Frequenzen erscheinen, die mit der Quelle in Verbindung stehen. Elektrische Leitungen sind in Europa bei 50 Hz und in den USA bei 60 Hz. Diese Störungen erscheinen in sehr hoher Amplitude im gemessenen Spektrum, bis man sich um abgesenkte Impedanzen an den Elektroden bemüht hat. Wenn wir diesen Job gut erledigen, wird die Common Mode Rejection des Verstärkers das Artefakt beseitigen. Sie sollten dafür sorgen, dass möglichst alle interferierenden induzierten Ströme am Verstärker gleich ankommen und dass sie deshalb vom Verstärker ausgesondert, nicht in der Messung erscheinen. Man sollte dafür sorgen, dass alle Impedanzen zwischen den Elektrodenpaaren dicht beieinander liegen.
In anspruchsvolleren Kabeln wie den speziell abgeschirmten Kabeln des F1000, der nicht mehr verkauft wird, fließt der induzierte Strom völlig unschädlich durch die Kabel zum Verstärker und dann zum Grund. Mit nicht abgeschirmten Kabeln ist der Widerstand des Verstärkers eventuell so hoch, dass der Strom zum Klienten fließt.
Wir können den Einfluss unerwünschter elektrischer Interferenzen verhindern, indem wir abgeschirmte Kabel oder zumindest kurze Kabel benutzen, was dadurch möglich wird, wenn man den Vorverstärker dicht zur Elektrodenseite hin platziert. Sie können Differenzen zwischen den Elektroden vermeiden, wenn sie die Seiten sorgfältig präparieren (tote Haut hat einen hohen Widerstand und Haar Spray ist ein Isolator, der vor Sitzungen tunlichst nicht benutzt werden sollte. Messen sie die Impedanzen und reinigen sie die Elektroden nach jedem Gebrauch. Entfernen sie jedes elektrische Gerät aus dem Zimmer, das interferierende Signale erzeugt.
FIR Blackburn Filter for 13-15 Hz
IIR Butterworth filter for 13-15 Hz
