Cortical imaging of post-movement beta oscillations in EEG

Im vorliegenden Forschungsprojekt sollte die hirntopographische Zuordnung und damit die neurophysiologische Interpretation von EEG-Daten mit Hilfe von numerischen Methoden verbessert werden. Ausgehend von aktuellen Forschungsergebnissen, wonach bei verschiedenen Bewegungen (Hand-, Fuß-, Gesichtsbewegungen) lokalisierte Beta-Oszillationen über den betreffenden Repräsentationsarealen nachgewiesen werden konnten, war die genaue Lokalisierung dieser bewegungsspezifischen Synchronisationen von besonderem Interesse. Diese kurzzeitigen Oszillationen nach Bewegungsende werden ls Ausdruck einer Deaktivierung der betreffenden neuronalen Strukturen interpretiert und sind daher für die Untersuchung funktionaler Veränderungen sensomotorischer Rindenareale von Bedeutung. Im Gegensatz zum MEG, das eine gute räumliche Auflösung ermöglicht, wird die Interpretation des EEG durch die elektrischen Eigenschaften des Kopfes erschwert. Die örtliche Tiefpaßwirkung des Gewebes zwischen den elektrischen Quellen im Cortex und den Ableiteelektroden an der Kopfhaut verzerrt die EEG-Signale. Diese Tiefpaßwirkung limitiert somit die örtliche Auflösung der erzielten Potentialverteilung. In diesem Projekt sollten nun verschiedene methodische Ansätze zur Bestimmung der topographischen Verteilung der Beta-Oszillationen vergleichend untersucht werden. Eine wesentliche Schwierigkeit war dabei dadurch gegeben, dass die untersuchten kurzzeitigen Oszillationen nicht phasengebunden in bezug auf ein Ereignis, z.B. eine Fingerbewegung, auftreten. Daher konnte das Signal-Rausch-Verhältnis nicht durch einfaches Mitteln über eine Anzahl von Bewegungen verbessert werden, wie es z.B. bei der Quellrekonstruktion ereigniskorrelierter Potentiale (ERPs) der Fall ist. Neben der in der Literatur bekannten "Spline Laplace"- Methode wurde vor allem die sogenannte "Linear Estimation"- Methode verwendet, die es ermöglicht, eine verteilte kortikale Quellenverteilung aus dem EEG oder MEG zu bestimmen. Dabei wurde einerseits von vereinfachten biophysikalischen Modellen des menschlichen Kopfes ausgegangen, andererseits wurden aber auch unter Miteinbeziehung von anatomischen Informationen aus Magnetresonanzbildern der Probanden realistische Kopfmodelle berechnet. Dadurch kann auf nicht-invasivem Wege die elektrokortikale Aktivität direkt mit der Anatomie des Gehirns in Verbindung gebracht werden. Im Rahmen des Projektes wurde ein eigenes Software-Paket entwickelt und implementiert, das die zahlreichen Verarbeitungsschritte sowie zeitintensiven Berechnungen maßgeblich erleichtert. Dadurch sollte vor allem auch ein Routineeinsatz der entwickelten Tools im klinischen Bereich (z.B. Parkinson-Diagnose, Schlaganfalluntersuchungen) ermöglicht werden. Eine solche Methode ist aus der Sicht der Neurologie im höchsten Maße wünschenswert. Die Anwendung der entwickelten Tools auf EEG-Messungen konnte in zahlreichen Studien mit gesunden Probanden erprobt werden. Dabei wurde die Lokalisation der Betaband-Aktivität bei verschiedenen willentlichen Bewegungen, Bewegungsvorstellung oder auch somatosensorischer Stimulation systematisch untersucht. Weiterführende Studien mit neurologischen Patienten, die zur Zeit im Rahmen des EU- Forschungsnetzwerkes COST-Action B10 "Brain damage repair" durchgeführt werden, dokumentieren internationale Kooperationen im Rahmen des gegenständlichen Projektes, sowie zunehmendes Interesse an Gehirnoszillationen und deren funktioneller Bedeutung.