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2.5.2 Frequenzbereiche des EEG

Die Stärke der Aktivierung der Neuronen spiegelt sich in den verschiedenen Frequenzbändern bei der EEG-Aufzeichnung wider und hängt von der Geschwindigkeit der Potenzialverschiebung innerhalb der Neuronen ab. Die Frequenzbänder entstehen durch mathematische Zerlegung des EEG-Signals mittels Fast-Fourier-Transformation (FFT). [1]

Diese Wellenlinien/Kurvenformen bzw. Frequenzbänder werden überwiegend in folgende fünf Bereiche eingeteilt, die jeweils durch einen griechischen Buchstaben gekennzeichnet sind: [2]

• Deltawellen: Frequenzbereich 0,5-4 Hertz (Schwankungen pro Sekunde)

kennzeichnen Tiefschlaf oder tiefe Bewusstlosigkeit

• Thetawellen: Frequenzbereich 4-8 Hertz

kennzeichnen Übergang zwischen Schlafen und Wachsein

• Alphawellen: Frequenzbereich 8-12 Hertz

kennzeichnen inaktiven Wachzustand bei Ruhe und Entspannung

• Betawellen: Frequenzbereich 12-30 Hertz

kennzeichnen Zustand eines aufmerksamen, aktiven Wachseins

• Gammawellen: Frequenzbereich > 30 Hertz

kennzeichnen Zustand sehr starker Konzentration / Fokussierung

Abbildung 10 gibt einen Überblick über typische Muster von EEG-Rhythmen. Grundsätzlich führt eine stärkere Aktivierung im Gehirn zu einer „zackigeren“ und „schnelleren“ Form der EEG-Darstellung in der Aufzeichnung.

Abbildung 10: Darstellung von EEG-Rhythmen

Quelle: Entnommen aus Haus et al. (2013, S.18) in Anlehnung an Kowalski/Krombholz

Die Anwendung des EEGs für den Menschen wurde erstmals 1929 von Hans Berger beschrieben. Die hier dargestellten und häufig so in der Wissenschaft und Praxis verwendeten Frequenzbereiche wurden von Berger noch recht willkürlich ausgewählt. Daher findet man in der Literatur [3] des Öfteren auch hiervon abweichende Frequenzeinteilungen. [4] Berger beschreibt als erster den sogenannten Alpha-Block (auch Berger-Effekt genannt), bei dem im hinteren Bereich des Gehirns bei geschlossenen Augen der Alpha-Rhythmus (Frequenzbereich zw. 8-10 Hz) dominiert. [5]

Noachtar et al.

Tatum et al.

Haus et al.

Delta

0,5-4

<4

1-3

Theta

4-8

4-7

4-7

Alpha

8-13

8-13

8-12

SMR / mu

8-10 (mu)

12-15 (SMR)

Beta

14-40

13-25

15-20 (Low-Beta)

Gamma

>40

20-30 (High-Beta)

Tabelle 2: Frequenzbandeinteilungen verschiedener Autoren (Angaben in Hertz)

Quelle: Eigene Darstellung

Abbildung 11: Berger-Effekt (Anfang)

Quelle: Eigene Darstellung aus einer Aufzeichnung der durchgeführten Studie

Abbildung 12: Berger-Effekt (Ende)

Quelle: Eigene Darstellung aus einer Aufzeichnung der durchgeführten Studie

Abbildung 11 und Abbildung 12 machen den Berger-Effekt anhand zweier Sequenzen aus den Aufzeichnungen der Studie deutlich. Bis zur diagonalen Linie (in Abbildung 11) hat der Proband die Augen geöffnet. Ab der diagonalen Linie hat der Proband die Augen geschlossen und die langsameren Alpha-Wellen, vor allem an C4-P4, sind deutlich zu erkennen. Ab der diagonalen Linie (in Abbildung 12) öffnet der Proband wieder die Augen und die vom EEG aufgezeichneten Hirnwellen nehmen die Form an, die typischerweise bei einem BetaRhythmus vorherrschen. Insbesondere sind es die Frequenzbänder die am hinteren Bereich des Kopfes gemessen werden können, die die Frequenzwellen des visuellen Cortex (siehe Abbildung 6) wiedergeben und deutlich den Unterschied zwischen der Beanspruchung bei geschlossenen und geöffneten Augen zeigen. Sobald der Proband die Augen wieder öffnet, erhält der visuelle Cortex erneut verstärkt Informationen, die durch eine verstärkte Beanspruchung (Wechsel von Alphain Beta-Rhythmus) verarbeitet werden. Berger selbst veröffentlichte die in Abbildung 13 gezeigte Darstellung, um den Unterschied zwischen geschlossenen Augen [a)] und offenen Augen [b)] deutlich zu machen.

Abbildung 13: Unterschied im EEG bei geschlossen (a) und geöffneten (b) Augen

Quelle: Entnommen aus Berger, H. (1938, S. 40)

In seiner Veröffentlichung „Das Elektrenkephalogramm des Menschen“ von 1938 beschreibt Berger anhand vieler Abbildungen typische EEG-Muster von gesunden Menschen und Menschen mit bestimmten psychischen Erkrankungen oder Verletzungen am Hirn in verschiedenen Situationen, die unter gleichen (Labor-) Bedingungen aufgezeichnet wurden. In den Abschnitten zur Beschreibung des Studiendesigns (Kapitel 5) folgen weitere Abbildungen, die für die spätere Auswertung der EEG-Aufzeichnungen eine wichtige Grundlage bilden. Das Wissen über die Frequenzbereiche des EEG ist eine wichtige Grundlage für das Verständnis der Erstellung von Aufmerksamkeitsprofilen im weiteren Verlauf dieser Arbeit.

  • [1] Vgl. Haus et al., Praxisbuch Biofeedback und Neurofeedback, 2013, S. 18.
  • [2] Vgl. Buzsáki, G., Rhythms of the Brain, 2006, S. 112.
  • [3] Siehe bspw. Tatum et al., Handbook of EEG interpretation, 2008, S.20ff.
  • [4] Siehe Vergleich in Tabelle 2.
  • [5] Vgl. Haus et al., Praxisbuch Biofeedback und Neurofeedback, 2013, S.17.
 
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