Nicht-invasive Einzelreizdetektion hochfrequenter somatosensorisch evozierter Potentiale des Menschen ; Non-invasive single-trial detection of human high-frequency somatosensory evoked potentials

Einleitung Durch elektrische Nervenstimulation evozierte hochfrequente (> 400 Hz) somatosensorische Potentiale (hf-SEPs) im Oberflächen-EEG des Menschen sind nicht-invasive Korrelate kortikaler Summenaktionspotentiale, wie in simultanen mikroskopischen Einzelzellableitungen und makroskopischen epiduralen EEG-Ableitungen bei Makaken gezeigt wurde. Aufgrund des niedrigen Signal-Rausch-Verhältnisses erfolgte die Analyse von hf-SEP bisher durch Mittelung einer Vielzahl (Tausenden) von Reizantworten. Dieses Verfahren nimmt jedoch an, dass die Reizantwort auf jeden Stimulus exakt identisch ist; eine Analyse der zeitlichen Variabilität der Reizantworten ist auf diese Weise nicht möglich. Ziel der vorliegenden Arbeit war, durch Optimierung der EEG- Aufnahmetechnik sowie Entwicklung spezieller offline-Analysen eine Charakterisierung von Einzelreizantworten zu ermöglichen. Methoden: Eine Analyse des Rausch-Budgets erkannte das Verstärkerrauschen sowie das thermische Rauschen an der Elektroden-Haut-Schnittstelle als maßgebliche Rauschkomponenten des Hochfrequenz-EEGs. Messungen mittels optimierter rauscharmer Verstärkertechnologie und sorgfältiger Elektrodenpräparation führten somit zu einer Reduktion des technischen Rauschanteils. „Biologisches Rauschen“, d. h. für die Analyse irrelevante EEG-Aktivität, wurde anschließend durch eine datengetriebene Optimierung räumlicher und zeitlicher Filter reduziert. Ein nicht-linearer Klassifikator wurde zur Detektion der Hochfrequenz-SEPs implementiert. Um Widersprüche zu früheren Publikationen zu erklären und die Algorithmen bezüglich ihrer Parameter detailliert zu charakterisieren, erfolgten statistische Analysen und Simulationen. Resultate: Ein zunehmender Optimierungsgrad der verwendeten offline-Analysen führte zu einer sukzessiven Verbesserung der Einzelreizauflösung der nicht-invasiv aufgezeichneten Hochfrequenz-SEP: (i) Durch rauscharme Messungen in Kombination mit „traditioneller“ Mittelung der Reizantworten konnten erstmals Hochfrequenz-SEPs um 1000 Hz („κ-bursts“) im ...