Ereignis korrelierte Potentiale und Neurofeedback

Ereignis korrelierte Potenziale (EKPs) oder Event-Related Potentials (ERPs) gehören zu den faszinierendsten Eigenschaften des EEGs.
Das EEG ist eine reiche Informationsquelle über das, was in unseren Hirnen geschieht.
Und das, obwohl die bildgebenden Verfahren in den letzten Jahren immer besser wurden und eine sehr hohe Auflösung erreicht haben. In einem Punkt können diese gestochen scharfen Bilder dem EEG nie das Wasser reichen: Die zeitliche Auflösung im Bereich nur weniger Millisekunden ist und bleibt der große Vorteil der evozierten Potentiale im EEG. Die Ausrüstung ist kostengünstig und man benötigt keinerlei Strahlung. 
Die evozierten Potentiale enthalten Informationen, die weit über das sichtbare EEG und das QEEG hinausgehen. EKPs oder ERPs (Event-Related Potentials) sind nach Meinung von vielen Experten genauso wichtig, wie das QEEG. Sie ermöglichen einen Einblick in neuronale Verarbeitungsprozesse, die Aufschluss über eine Vielzahl von Fragen geben können.  Da EKP-Untersuchungen immer Stimulus basiert sind, erlauben Sie es auch festzustellen, wie effizient und auf welche Weise das Gehirn Informationen verarbeitet.

Über die Bedeutung von EKPs wurden in letzten Jahren sehr viel geforscht, die  Anwendung in der Praxis blieb jedoch zurück, obwohl die neuen Erkenntnisse daraus durchaus von größtem Interesse für die Praxis sind. Das lag vor allen Dingen daran, dass die Nutzung der Methoden mit hohem technischem Aufwand verbunden war. Mit modernen Methoden jedoch und den vom IFEN entwickelten Tools wurde der Prozess in der Messung und der Analyse deutlich vereinfacht. Aufgrund dieser Fortschritte kann die Investition gering gehalten werden, da größtenteils bereits vorhandene Technik (EEG-Verstärker) zur Verwendung kommt.

Die daraus resultierenden Ergebnisse dienen z.B. als Neuromarker für

• ADHS
• Alterungsprozesse
• Ängste
• kognitive Leistungsfähigkeit
• Peak Performance
• Als Neuromarker für ADHS, Demenz, Alterungsprozesse, Ängste, kognitive Leistungsfähigkeit

Was sind EKPs?

Ereigniskorrelierte Potentiale sind Aufzeichnungen des elektrischen Feldes, welches das Gehirn im Zusammenhang mit einem Ereignis erzeugt. Eigentlich erzeugt jedes Ereignis eine minimale Veränderung der elektrischen Spannung innerhalb eines Zeitfensters nach dem Ereignis. In der Fachsprache nennt man das eine Stimulus. Es gibt verschiedene Zeitfenster, wobei man im Wesentlichen zwei Zeitfenster voneinander unterscheidet. Eines für die sensorische Verarbeitung, das andere für die kognitive Verarbeitung. Es gibt also sich schnell bildende kortikale Potentiale, und andere, die sich langsamer herausbilden. Die frühen Potentiale beginnen schon bei ca. 20 Millisekunden, die späten Potentiale können bis zu 2 Sekunden oder länger dauern. Für die neurologische Diagnostik sind besonders die frühen Potentiale von Bedeutung. Für die Einschätzung der kognitiven Funktionen ist der Bereich ab 200 Millisekunden interessant.

ERPs öffnen ein Fenster zu eigentlich verborgenen Schritten der Informationsverarbeitung des Gehirns. Sie sind ein nötiges Instrument zur Erforschung der biologischen Grundlagen der Funktionsweise vieler neurologischer und psychiatrischer Störungen.  Kognitive ereigniskorrelierte Potenziale (ERPs) können helfen, die neurokognitiven Veränderungen in verschiedenen psychopathologischen Populationen zu spezifizieren und zu quantifizieren.
Der größte Vorteil der Evozierten Potentiale ist ihre hohe zeitliche Auflösung. Das berühmteste EKP ist die sogenannte P300 und beschreibt einen kognitiven Prozess, der sich schon 300 Millisekunden nach einem kurzen Stimulus bildet. Diese Zeit vom Stimulus bis zum Potential nennt man Latenz. Die Messung der Latenz zeigt, wie schnell das Gehirn den Stimulus verarbeitet. Die evozierten Potentiale stellen ein aussagekräftiges Tool dar, welches es sogar erlaubt, Krankheiten vorhersagen, lange bevor eine Diagnose gestellt werden kann.

Was ist eine ERP-Messung?

ERPs sind in der Regel Messungen, die einen oder mehrere Reize voraussetzen. Diese Reize können unterschiedlicher Natur sein. In der Regel sind es Töne, Bilder oder andere Sinnesreize, wie zum Beispiel taktile Reize. Am gewöhnlichsten sind Bilder, die oft in Form von Buchstaben, Zahlen oder Gesichtern für eine kurze Zeit in einer bestimmten Reihenfolge dargeboten werden. Nun wird es interessant. Jeder Stimulus, der zu einem Wahrnehmungsprozess führt, wird im Gehirn verarbeitet. Folglich muss auch das EEG davon betroffen sein. Wir können diese Veränderungen im EEG mit dem bloßen Auge manchmal erkennen, jedoch sind sie in der Regel viel zu klein, um sichtbar zu sein. Die Größenverhältnisse sind in etwa so, wie wenn man einen Apfel mit dem Kölner Dom vergleicht. Wie wird so ein Potential sichtbar gemacht?

Dies geschieht durch eine Technik, die sich „Averaging“, bzw. „Mittelwertbildung“ nennt. Um diese Berechnungen durchzuführen, muss das EEG in Epochen zerlegt werden. Jede Epoche enthält dabei den Moment, an dem der Stimulus gesendet wurde, eine Zeit vor dem Stimulus, und eine Zeit nach dem Stimulus. Insgesamt erstreckt sich eine solche Epoche selten über mehr als eine Sekunde. Um ereigniskorrelierte Potentiale zu berechnen, müssen mehrere Epochen vorhanden sein.

(aus Steven Luck, An Introduction to the Event-Related Potential Technique)

Nun geht es darum, in jeder Epoche das Signal zu finden, welches zu einer Veränderung im EEG geführt hat. Dazu werden alle Epochen in einen Topf geworfen und der Durchschnitt aller EEG-Werte berechnet. Dies geht mit heutigen PCs blitzschnell. Doch was kommt nun dabei heraus? Zu erwarten ist, dass sich ähnliche Wellen beim „Averagen“ gegenseitig aufheben. Bei diesem Prozess rechnet sich das EEG quasi selbst gegen null, übrig bleiben jedoch nur jene Ereignisse, die durch den Stimulus entstanden sind, denn diese heben sich nicht gegenseitig auf. So entsteht dann ein sogenanntes Evoziertes Potential. Dieses erscheint nun auch wieder in einer Art Wellenform. Es hat positive, als auch negative Spitzen, in der Fachsprache auch „Peaks“ genannt. Diese Peaks haben wie das EEG auch Amplituden. Der Zeitpunkt ihres Entstehens wird „Latenz“ genannt.

ERPs werden nach ihrer Polarität und Latenz eingeordnet. Zeigt eine Kurve nach oben, erhält sie ein „P“, was für Positivität steht. Zeigt eine Kurve nach unten, erhält sie für die Namensgebung ein „N“, was für Negativität steht. Das Bild zeigt ein typisches P300 Potential: Etwa 300 Millisekunden nach einem Stimulus tritt diese positive Erhebung auf. Dazu werden zwei unterschiedliche Reize kurz präsentiert. Ein häufiger und ein seltener Reiz. Beim seltenen Reiz tritt die P300 besonders deutlich in Erscheinung.

Wofür kommen ERPs zum Einsatz?

Der Einsatz der ERPs ist vielfältig. Neben dem Bekanntesten ERP, der P300 gibt es viele weitere Varianten, die sich für unterschiedliche klinische Untersuchungen eignen. Die meisten der Tests erfordern entweder Aufmerksamkeit, das Kurzzeitgedächtnis, die Unterscheidungsfähigkeit oder eine Mischung aus allen. Es gibt aber auch Test bei denen Aufmerksamkeit unerwünscht, wie z.B. bei der „Mismatch Negativity“.

Als Neuromarker für ADHS, Demenz, Alterungsprozesse, Ängste, kognitive Leistungsfähigkeit, Depression, Autismus, bis hin zu besonderen kognitiven und speziellen emotionalen Verarbeitungsmerkmalen.

Beispiele bekannter ERPs, die auch in klinischer Hinsicht von Bedeutung sind

P300: Aufmerksamkeit, Alterungsprozess, Peak Performance
CNV, Contingent Negative Variation: Aufmerksamkeit, Bereitschaft, Peak Performance
P200: Gedächtnis, Sprache
ERN, Error Related Negativity: Aufmerksamkeit, besonders bei ADHS
FRN, Feedback Related Negativity: Emotionale Prozesse bei Depression und Angst
MMN, Mismatch Negativity: Wachkoma, Locked-In-Syndrom, Gedächtnis, Sprachverarbeitung (Dyslexie)
HEP, Herz-Evozierte Potentiale: Wahrnehmung eigener und fremder Emotionen, Gefühlskälte

Wie werden ERPs gemessen?

Die Messung der ERPs ist im Prinzip nicht viel anders als die Aufnahme eines QEEGs. Der Unterschied dabei ist, dass das QEEG in der Regel keinerlei kognitiver Anforderung bedarf. Bei den ERPs ist gerade dieser Aspekt von Interesse, ja macht eine Aussage erst möglich.

Die untersuchte Person hat zum Beispiel die Aufgabe, bei einer Präsentation von zwei verschiedenen Buchstaben immer nur einen bestimmten Buchstaben zu zählen. Eine andere Aufgabe kann sein, dass die Versuchsperson aufgefordert wird beim Erscheinen eines Bildes eine bestimmte Taste zu drücken.

Je nach Aufgabenstellung kann eine ERP-Untersuchung von 5 bis zu 15 Minuten dauern. Zum Präsentieren der Stimuli verwenden wir in unserem Institut das von Thomas Feiner entwickelte Tool CAPITO. Es erlaubt viele verschiedene Varianten von Stimuluspräsentationen und ist sehr leicht zu bedienen.

Wie werden ERPs ausgewertet?

Die Auswertung muss wie beim QEEG von einer speziell hierfür entwickelten Software geschehen. Das IFEN hat hierfür den ERP-Analyzer entwickelt. Ein einfach zu bedienendes Werkzeug, mit dem alle ERPs mit wenigen Klicks berechnet werden.

ERPs und Neurofeedback

Die ERPs ersetzen kein QEEG, sie ergänzen das Bild und ermöglichen Einblicke in einen noch relativ neuen, aber zugleich sehr spannenden Bereich des EEGs. Dieses Feld bietet viele neue Möglichkeiten und gibt Antworten auf Fragen, die das QEEG nicht beantworten kann. ERPs ergänzen das Assessment und eignen sich auch hervorragend zur Verlaufsmessung.

Die Anwendung muss aber nicht auf den klinischen Bereich beschränkt sein. Eine bekannte deutsche Universität nutzte das IFEN ERP-System auch bei einer Studie für Neuromarketing.