Ereignisbezogene Negativierung und Alphaband-Desynchronisation bei motorischen Reaktionen

Summary

Zusammenfassung

The foreperiod of a motor reaction to an impending stimulus is accompanied by a slow negative wave of the event-related potential, the „contingent negative variation” (CNV), when the imperative stimulus follows at a fixed interval to a warning stimulus. Using similar experimental paradigms, an event-related desynchronization (ERD) in the alpha range occurs indicating cortical activation before and during motor acts. Both EEG-parameters were quantified for four subjects using the following experimental design: One second after a non-informative warning signal (WS) a cue was presented that indicated by which hand the subject had to respond quickly after presentation of a reaction stimulus (RS); subjects were requested to respond by pressing a button with their left or right thumb. EEG-signals were recorded unipolarly from 17 electrodes. Average ERPs and ERD were computed for all electrode sites for trials with left and right hand movements, respectively, and topographically displayed in simultaneous amplitude and ERD-maps. CNV and ERD could be observed simultaneously over similar brain regions, namely central over the motor cortex, frontal with possible location over the supplementary motor area (SMA) and also covering the parietal region. While the CNV had a interindividually different and wide distribution, the ERD calculated for the upper alpha band mapped focally over the electrode sites C3 and C4 overlaying primary sensorimotor structures, with a contralateral dominance. In contrast to the negativity which is terminated following delivery of the response stimulus, the ERD persisted during the motor reaction showing a similar pattern some hundreds of milliseconds before and after movement onset. The results are discussed in relation to the fact, that both EEG parameter, the CNV and the ERD consist of multiple components reflecting different functional states. The identification of different reactive alpha band components by the method of dynamic ERD mapping provides the possibility to differentiate between unspecific correlates and taskspecific activation patterns.

Zusammenfassung

Die Zielsetzung der vorliegenden Arbeit war, zwei EEG-Indikatoren für kortikale Aktivierung bei motorischen Reaktionen, nämlich die Contingent Negative Variation und die ereigniskorrelierte Desynchronisation im α-Band vergleichend zu analysieren. Die langsame Negativierung des ereigniskorrelierten Potentials und die gleichzeitig ablaufenden Veränderungen der rhythmischen Aktivität im α-Band wurden mit folgender Versuchsanordnung untersucht: Nach einem kurzen Warnton wurde ein Hinweisreiz präsentiert, der angab, mit welcher Hand die Testperson nach einem weiteren Ton, dem Reaktionston, einen Druckknopf betätigen sollte. Die EEG-Ableitung erfolgte an vier Probanden jeweils „monopolar” von 17 Elektroden. Um topographische Unterschiede zu verdeutlichen, wurden für bestimmte EEG-Segmente, speziell für die Zeitpunkte jeweils unmittelbar vor dem Hinweisreiz, vor dem Reaktionssignal bzw. vor der motorischen Reaktion, zeitgleiche Maps aus den Amplitudenwerten des ereigniskorrelierten Potentials und aus den perzentuellen Leistungsänderungen im α-Band generiert. Die Ergebnisse bestätigen, daß die Contingent Negative Variation und die ereignisbezogene Desynchronisation simultan über ähnlichen Kortexregionen registriert werden können, vor allem zentral über den motorischen Zentren, parietal und frontal über der supplementär motorischen Area; dabei zeigen sich aber auch deutliche Unterschiede im zeitlichen Verlauf wie auch in der Topographie beider EEG-Parameter. Während z. B. die langsame Negativität topographisch eher diffus und interindividuell variierend auftritt, erweist sich die Desynchronisation im 10-12 Hz-Bereich einheitlich lokalisiert an den Elektrodenpositionen C3 und C4, verstärkt kontralateral zur später bewegten Hand. Bei der Interpretation der Ergebnisse ist zu beachten, daß sowohl die Komponenten der Contingent Negative Variation als auch die verschiedenen α-Komponenten phasische, unspezifische Veränderungen des Arousalniveaus wie auch spezifische und aufgabenrelevante Aktivierungsprozesse reflektieren. Doch gerade für die topographische Differenzierung von unspezifischen und aufgabenspezifischen Aktivierungsprozessen erweist sich die Methode des dynamischen Mappings von Bandleistungsänderungen aufgrund der kontinuierlichen Darstellung über den gesamten Zeitverlauf in etwa 100 ms-Abständen und der möglichen Aufsplittung in mehrere Frequenzbänder als besonders geeignet.

Key words

EEG-mapping - Event-related desynchronization - Contingent negative variation - Motor reaction