ORIGINALARBEIT
Influence of tissue conductivity changes on the EEG signal in the human brain – A simulation studyDer Einfluss von Gewebeleitfähigkeitsänderungen auf das EEG-Signal im menschlichen Gehirn – Eine Simulationsstudie

https://doi.org/10.1016/j.zemedi.2010.07.004Get rights and content
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Abstract

Tissue disorders due to brain pathologies, like tumors, ischemia, or vasogenic edema, are known to impact the propagation of electrical fields. By using the finite element method the EEG forward problem was solved within an adapted subspace of a simplified human head model. Simulated electric potentials on the scalp revealed strong influences on the magnitude of the signal in almost all cases, even for ischemic tissue in which conductivity is lower than in healthy tissue. Remarkably, due to the “shunting effect” and the diminishing anisotropy of tissue conductivity, the signal amplitude of a radial dipole located in a sulcus was found to be higher than the signal of a dipolar source on a gyrus if the ischemic area was located underneath. The results demonstrate that pathological tissue changes have to be taken into account when evaluating EEG signals, especially when performing source localization.

Zusammenfassung

Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Einfluss von pathologischen Gewebeveränderungen im Gehirn, die durch Tumoren, Ischämien oder Ödeme verursacht werden, auf die Ausbreitung elektrischer Felder und damit auf die Elektroenzephalographie (EEG). Die in einem Teilvolumen eines Kopfmodells mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode simulierten elektrischen Potentiale wiesen aufgrund der krankheitsbedingt gestörten Anisotropie und der veränderten Leitfähigkeit des Gewebes in fast allen Fällen einen Anstieg der Magnitude des Signals an der Oberfläche auf – selbst im Falle einer Ischämie, bei der die Leitfähigkeit rapide abfällt. Ein in einer Hirnfurche (Sulcus) liegender, radial orientierter Dipol produzierte höhere Oberflächenpotentiale als ein auf einer Hirnwindung (Gyrus) liegender, sich näher an der Hirnoberfläche befindlicher Dipol, und zwar dann, falls die Leitfähigkeit des darunter liegenden Gewebes sehr gering war, wie es bei realen anämischen Infarkten der Fall ist. Dies kann mit einer verringerten Anisotropie der Gewebeleitfähigkeit und dem “Shunting-Effekt” erklärt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass pathologische Veränderungen bei der Evaluierung von EEG-Signalen und vor allem bei einer EEG-basierten Analyse der Quellen beachtet werden müssen.

Schlüsselwörter

EEG
elektrischer Leitfähigkeitstensor
Gewebeanisotropie
vasogenes Ödem
Ischämie

Keywords

EEG
Electric Conductivity Tensor
Tissue Anisotropy
Vasogenic Edema
Ischemia

Cited by (0)

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Both authors contributed equally.