PRINCÍPIOS E TÉCNICAS DE ELETROENCEFALOGRAFIA EM NEUROCIÊNCIA

AULA 02 - Tipos de registro eletroenceflográfico e Introdução ao MNE-Python

Instituto de Ciência e Tecnologia

Graduação em Engenharia Biomédica

Prof. Dr. Adenauer G. Casali

Laboratório de Neuroengenharia e Computação

casali@unifesp.br

PRINCÍPIOS E TÉCNICAS DE EEG EM NEUROCIÊNCIA

  1. Breve história do EEG
  2. As Fontes dos potenciais de campo locais
  3. As diferentes formas de medir a atividade elétrica do cérebro
  4. O EEG como sinal populacional
  5. Montagens do EEG
  6. Uma introdução ao MNE-Python

Adenauer G. CASALI

AULA 02

Nesta aula, nós veremos...

1. Breve história do EEG

Princípios e Técnicas de EEG

Aula 02

 Fonte: McComas, A.  (2011), “Galvani’s Spark: The story of the nerve impulse”, Oxford University Press

Luigi Galvani (1731-1798)

 

 

Hermann Von Helmholtz (1821-1894 )

 

 

A descoberta da eletricidade nervosa

Galvani: eletricidade "animal" nos músculos

Von Helmholtz: condução no axônio

(mesmo antes de se conhecer o neurônio)

1. Breve história do EEG

Caton: o primeiro eletrofisiologista

Richard Caton (1842-1926)

 Fonte: Proceedings of the Royal Society of Medicine (1959)

Primeira referência escrita do trabalho de Caton: um resumo da apresentação de Caton no encontro da British Medical Association em Julho de 1875

Princípios e Técnicas de EEG

Aula 02

1. Breve história do EEG

Berger: o primeiro EEG em humanos

Hans Berger (1873-1941)

Artigo de 1929: ondas "alfa" e "beta" do EEG humano

 Fonte: Caeira et al., (2023)

Olhos Fechados

Olhos Abertos

Princípios e Técnicas de EEG

Aula 02

1. Breve história do EEG

William Grey Walter (1910-1977): investigação de ritmos cerebrais em condições clínicas como epilepsia

Hans Helmut Kornhuber and Lüder Deecke (1964): Bereitschaftspotential

Fonte

Risto Näätänen (1975): Mismatch Negativity

E. Roy John (1977): "Neurometrics" e EEG quantitativo

1946: Formação da American Clinical Neurophysiology Society

1948: primeiros robôs autônomos!

Princípios e Técnicas de EEG

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2. As Fontes dos Potenciais de Campo Locais

Fonte: Niedermeyer and Lopes da Silva - Electroencephalography (2005), cap. 2

PSPs ("postsynaptic potentials")

Excitatórios (EPSP)

Inibitórios (IPSP)

Princípios e Técnicas de EEG

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Neurônios: EPSP e IPSP

Fonte: Niedermeyer and Lopes da Silva - Electroencephalography (2005), cap. 2

2. As Fontes dos Potenciais de Campo Locais

Princípios e Técnicas de EEG

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Células Glia

Sem potencial de ação, mas com variação de potencial de membrana devido a canais de potássio. 

Fonte: Niedermeyer and Lopes da Silva - Electroencephalography (2005), cap. 2

2. As Fontes dos Potenciais de Campo Locais

Princípios e Técnicas de EEG

Aula 02

Condução de volume

4. Condução elétrica em tecido neural

Fonte: Ilmoniemi e Sarvas, "Brain Signals - Physics and Mathematics of MEG and EEG" (2019)

Fonte: Maksymenko, K., "Novel algorithmic approaches for the forward and inverse M/EEG problems" (2019)

Princípios e Técnicas de EEG

Aula 02

LFP (local field potential)

Fonte: Niedermeyer and Lopes da Silva - Electroencephalography (2005), cap. 2

Potenciais de campo locais: potenciais elétricos no meio extracelular, normalmente medidos por registros intracerebrais

Sinapse excitatória

Alteração local do potencial de membrana

LFP

2. As Fontes dos Potenciais de Campo Locais

Princípios e Técnicas de EEG

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EPSP

Fonte: Niedermeyer and Lopes da Silva - Electroencephalography (2005), cap. 2

IPSP

2. As Fontes dos Potenciais de Campo Locais

Princípios e Técnicas de EEG

Aula 02

Fonte: Buzsaki et al., 2013

2. As Fontes dos Potenciais de Campo Locais

Princípios e Técnicas de EEG

Aula 02

Princípios e Técnicas de EEG

Aula 02

3. Medindo a atividade elétrica do cérebro

Registros de célula única

Fonte: Cid and de la Prida, Journal of Neuroscience Methods (2019)

Fonte: Gazzaniga, M. "Cognitive Neuroscience" (2019)

Registros intracerebrais (stereo EEG - SEEG)

Fonte: Herff et al., Front. Neurosci. (2020)

Princípios e Técnicas de EEG

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3. Medindo a atividade elétrica do cérebro

Eletrocorticografia (ECoG)

Fonte: George, D., Front. Neurol. (2020)

Fonte: Gazzaniga, M. "Cognitive Neuroscience" (2019)

Princípios e Técnicas de EEG

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3. Medindo a atividade elétrica do cérebro

Eletroencefalografia (EEG)

Fonte: Bailey and Haddad, IEEE control system (2005)

Fonte:Buzsaki et al, Nature Reviews Neuroscience (2012)

Princípios e Técnicas de EEG

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3. Medindo a atividade elétrica do cérebro

Fonte: Buzsaki et al., 2013

4. EEG como sinal populacional

Princípios e Técnicas de EEG

Aula 02

Alguns números aproximados...

Uma minicoluna cortical humana = raio de 0.03 mm e 3mm de altura; 100 células piramidais, 1 milhão de sinapses

Uma macrocoluna cortical humana = em torno de 1000 minicolunas, 100.000 células piramidais, 100 milhões de sinapses

Necessário em torno de 6cm² de giro cortical = 600 macrocolunas corticais, cerca de 60 milhões de neurônios formando uma camada de dipolo síncrono!

Mas para gerar um campo no escalpo da ordem de microvolts:

4. EEG como sinal populacional

Princípios e Técnicas de EEG

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Fonte

Amplitude x Frequência

4. EEG como sinal populacional

Princípios e Técnicas de EEG

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Fonte: Niedermeyer and Lopes da Silva - Electroencephalography (2005), cap. 2

4. EEG como sinal populacional

Princípios e Técnicas de EEG

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Princípios e Técnicas de EEG

Aula 02

4. Resumo dos principais tipos e aplicações da eletroencefalografia

Fonte: Nunez, Electric Fields of the Brain - The Neurophysics of EEG (2005)

5. Montagens do EEG

Princípios e Técnicas de EEG

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Fonte:Louis et al., "Electroencephalography (EEG): An Introductory Text and Atlas of Normal and Abnormal Findings in Adults, Children, and Infants" (2016)

EEG típico em montagem bipolar

Sistema 10-20

  • Fp = pré-frontal
  • F = frontal
  • T = temporal
  • C = central
  • P = parietal
  • O = occipital

Números (crescentes da região medial para a lateral):

  • Ímpares = hemisfério esquerdo
  • Pares = hemisfério direito
  • "Z" = zero (sobre plano sagital medial)

Em sistemas de maior definição (HD-EEG):

  • A (ou M) = mastoides
  • AF = entre Fp e F
  • FC = entre F e C
  • FT = entre F e T
  • CP = entre C e P
  • TP = entre T e P
  • PO = entre P e O
  • Fp = pré-frontal
  • F = frontal
  • T = temporal
  • C = central
  • P = parietal
  • O = occipital

5. Montagens do EEG

Princípios e Técnicas de EEG

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Montagens

Montagem bipolar

Montagem referencial

  • Longitudinal ("Double banana")
  • Transversal
  • Vertex
  • Mastóides
  • Referência à média (average reference)

5. Montagens do EEG

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Fonte:Louis et al., "Electroencephalography (EEG): An Introductory Text and Atlas of Normal and Abnormal Findings in Adults, Children, and Infants" (2016)

EEG típico em montagem bipolar

5. Montagens do EEG

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6. Introdução ao MNE-Python

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AULA 03 (Tópicos Avançados) - Bases Físicas do EEG e o Problema Inverso em Eletroencefalografia

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