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

  1. Registrando o sinal de EEG
  2. Artefatos associados ao potencial da pele
  3. Artefatos oculares
  4. Artefatos musculares
  5. Artefatos cardíacos
  6. Artefatos de estimulação: TMS
  7. 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

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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

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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

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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

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

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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

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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

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3. Artefatos Oculares

Piscadas

Fonte: Learning 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

Movimentos sacádicos

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3. Artefatos Oculares

Movimentos sacádicos

Fonte: Learning 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

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5. Artefatos Cardíacos

Fonte: Puce and Hamalainen, 2017

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5. Artefatos Cardíacos

Fonte: Learning EEG

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5. Artefatos Cardíacos

Fonte: Islam et al., 2020

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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

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6. Artefatos de Estimulação

Fonte: Rogasch et al., 2017

Artefatos magnéticos e musculares

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6. Artefatos de Estimulação

Fonte: Rogasch et al., 2017

Fonte: Veniero et al., 2009

Artefato de recarga

Artefatos oculares

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6. Artefatos de Estimulação

Fonte: Fecchio et al., (2025)

Artefato auditivo

Fonte

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6. Artefatos de Estimulação

Impacto do SEP associado à TMS

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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) 

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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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