PRINCÍPIOS E TÉCNICAS DE ELETROENCEFALOGRAFIA EM NEUROCIÊNCIA
AULA 04 - REGISTRO E ARTEFATOS ELETROENCEFALOGRÁFICOS
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
- Registrando o sinal de EEG
- Artefatos associados ao potencial da pele
- Artefatos oculares
- Artefatos musculares
- Artefatos cardíacos
- Artefatos de estimulação: TMS
- Visão geral das principais técnicas para remoção de artefatos: filtragem, PCA, ICA
Adenauer G. CASALI
AULA 04
Nesta aula, nós veremos...
Princípios e Técnicas de EEG
Aula 04
1. Registrando o Sinal de EEG
Princípio 1: Não há substituto para um bom sinal (rejeição de artefato não faz milagre)
Luck, S. J. - An Introduction to the Event-Related Techinque (2014) - cap. 5
Minimize ao máximo ruído elétrico e qualquer fonte de artefatos bioelétricos durante o registro
Princípio 2: O que você não mede também é importante!
Aterramento: amplificadores devem ter um bom "common mode rejection" (medido em dB - pelo menos 70dB de rejeição!)
Não há local eletricamente neutro no corpo humano (portanto não há referência perfeita)
Opções de referência: Cz, mastóides mediados, mas todos possuem problemas (evitar ligação direta entre os mastóides)
Luck, S. J. - An Introduction to the Event-Related Techinque (2014) - cap. 5
Escalpo = coberto por uma camada de células mortas e gordura que aumentam significativamente a impedância dos eletrodos
Sistemas de Alta-Impedância: economizam tempo mas podem sofrer de baixo "common mode rejection" e presença de mais artefatos associados a flutuações do potencial da pele.
Em geral é necessário reduzir a impedância abrasando a pele e usando gel condutor.
Princípio 3: Controle a impedância dos eletrodos
Princípios e Técnicas de EEG
Aula 04
1. Registrando o Sinal de EEG
Princípio 4: Um bom amplificador faz muita diferença
Parâmetros de amplificação:
- Range (normalmente entre -5V e 5V)
\text{Exemplo: }
\text{Range efetivo = } -5 V/(10.000)\text{ a } 5 V/(10.000) = -500 \mu V \text{ a } 500\mu V
\text{Range: $-5V$ a $5V$}
\text{Ganho: 10.000}
- Ganho (entre 1000 e 20.000)
Parâmetros de Digitalização:
- Amostragem (entre 200Hz e 1200 Hz)
\text{Exemplo: }
\text{Range efetivo = } -500 \mu V \text{ a } 500\mu V
- Resolução (entre 12 e 32 bits)
\text{Resolução efetiva = } (500-(-500)) /2^{16} = 1000\mu V/2^{16} = 0.015\mu V
\text{Resolução = } 16bits
Filtro anti-aliasing: cut-off em aproximadamente 1/4 da frequência de amostragem (por exemplo, 400Hz de amostragem pega aproximadamente até 100Hz).
Princípios e Técnicas de EEG
Aula 04
1. Registrando o Sinal de EEG
Saturação por drift?
Reduzir ganho diminui o risco de saturação!
Amplificador com menos de 24 bits:
Usar filtro passa-alta no amplificador (antes da digitalização) para reduzir risco de saturação por drift
Buscar por sistemas com ganho ajustável e parâmetros do filtro ajustáveis.
\text{Range efetivo = } -5 V/(10.000)\text{ a } 5 V/(10.000) = -500 \mu V \text{ a } 500\mu V
Saturação por artefato?
\text{Passo = } (500-(-500)) /2^{16} = 1000\mu V/2^{16} = 0.015\mu V
Reduzir ganho aumenta o passo e diminui a resolução efetiva!
Trade-off: reduzir ganho para não saturar <> aumentar ganho para aumentar a resolução
Amplificadores com pelo menos 24 bits:
Filtro passa-alta desnecessário (DC-EEG)
Princípios e Técnicas de EEG
Aula 04
1. Registrando o Sinal de EEG
EEG x DC/EEG (DC = "direct coupling")
Constante temporal do amplificador:
determina a resposta em frequência do amplificador (define quão rapidamente o amplificador responde a mudanças no sinal).
Fonte: Niedermeyer and Lopes da Silva - Electroencephalography (2005), cap. 2
Princípios e Técnicas de EEG
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1. Registrando o Sinal de EEG
Fonte: Niedermeyer and Lopes da Silva - Electroencephalography (2005), cap. 2
Princípios e Técnicas de EEG
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1. Registrando o Sinal de EEG
Princípios e Técnicas de EEG
Aula 04
2. Artefatos de Pele
Fonte: Kappenmann and Luck, 2010
"Drift": lenta hidratação da pele (gel)
Mudanças bruscas de tensão: suor
Remoção de épocas
Filtro "anti-drift" (passa-alta) antes da digitalização (se for saturar o amplificador) ou depois do registro (DC-EEG)
3. Artefatos Oculares
Fonte: Postelnicu et al., 2012
O olho é um dipolo!
- VEOG = vertical EOG
- HEOG = horizontal EOG
Principais artefatos: Piscadas e Sacadas
Princípios e Técnicas de EEG
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3. Artefatos Oculares
Fonte: Plochl et al., 2012
Luck, S. J. - An Introduction to the Event-Related Techinque (2014) - cap. 6
Piscadas
Princípios e Técnicas de EEG
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3. Artefatos Oculares
Piscadas
Fonte: Learning EEG
Princípios e Técnicas de EEG
Aula 04
3. Artefatos Oculares
Fonte: Plochl et al., 2012
Luck, S. J. - An Introduction to the Event-Related Techinque (2014) - cap. 6
Movimentos sacádicos
Princípios e Técnicas de EEG
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3. Artefatos Oculares
Movimentos sacádicos
Fonte: Learning EEG
Princípios e Técnicas de EEG
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4. Artefatos Musculares
Fonte: Schackman et al., 2009
Fonte: Chen et al., 2015
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4. Artefatos Musculares
Fonte: Learning EEG
Princípios e Técnicas de EEG
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5. Artefatos Cardíacos
Fonte: Puce and Hamalainen, 2017
Princípios e Técnicas de EEG
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5. Artefatos Cardíacos
Fonte: Learning EEG
Princípios e Técnicas de EEG
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5. Artefatos Cardíacos
Fonte: Islam et al., 2020
Princípios e Técnicas de EEG
Aula 04
6. Artefatos de Estimulação
TMS
Fonte: https://bevissthetsforum.no/funding-for-tms-eeg-equipment-for-consciousness-reaseach-in-oslo/
Campo magnético interfere com:
- O sistema de registro: artefato magnético, artefato de recarga
- Os músculos do escalpo: artefatos musculares
- Sistema auditivo: AEP
- Sistema somatossensorial: SEP
- Percepção do sujeto em geral: artefatos oculares
Princípios e Técnicas de EEG
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6. Artefatos de Estimulação
Fonte: Rogasch et al., 2017
Artefatos magnéticos e musculares
Princípios e Técnicas de EEG
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6. Artefatos de Estimulação
Fonte: Rogasch et al., 2017
Fonte: Veniero et al., 2009
Artefato de recarga
Artefatos oculares
Princípios e Técnicas de EEG
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6. Artefatos de Estimulação
Fonte: Fecchio et al., (2025)
Artefato auditivo
Princípios e Técnicas de EEG
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6. Artefatos de Estimulação
Impacto do SEP associado à TMS
Princípios e Técnicas de EEG
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Fonte: Fecchio et al., (2025)
7. Visão geral das principais estratégias para combate a artefatos
Rejeição de canais
Rejeição de épocas
Remoção do pulso magnético (quando presente)
Filtragem
Análise de Componentes Principais
Análise de Componentes Independentes
Procedimentos:
Re-referenciamento
Pré-processamento do EEG (aulas 12 e 15)
Princípios e Técnicas de EEG
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PRINCÍPIOS E TÉCNICAS DE ELETROENCEFALOGRAFIA EM NEUROCIÊNCIA
Próximas Aulas:
AULA 05 (Tópicos Avançados) - De Fourier a Wavelet
AULA 06 (Tópicos Avançados) - Hilbert e Modos Empíricos
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Graduação em Engenharia Biomédica
Prof. Dr. Adenauer G. Casali
Laboratório de Neuroengenharia e Computação
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EEG - Aula 04 - Registro e Artefatos Eletroencefalográficos
By ADENAUER GIRARDI CASALI
