Interference of tonic muscle activity on the scalp recorded EEG signal

Abstract

Elektroensefalografi (EEG), beynin elektriksel aktivitesi ve fonksiyonlarının takibinde başvurulan temel yöntemlerden birisidir. Kafatasını çevreleyen saçlı deri üzerine yerleştirilen elektrotlar aracılığıyla EEG sinyali kaydedilir. Ancak, çiğneme ve mimik kaslarının anatomik yerleşimleri göz önüne alındığında, EEG sinyali kasların elektrik aktivitesinden kaynaklanan Elektromiyografi (EMG) sinyali ile karışmaktadır. Temporal kas (m. temporalis) mandibulayı dinlenme pozisyonunda tutan kastır ve EEG elektrotları altında geniş bir yüzeyi kaplamaktadır. Yaptığımız bu çalışmada, dinlenme durumundaki temporalis aktivitesinin EEG sinyaline olan karışımı/kontaminasyonu incelenmiştir.Dokuz sağlıklı ve yetişkin gönüllüde, 19 elektrot yerleşimli EEG sinyali ve anterior temporalis Single Motor Unit (SMU) aktivitesi, 3 farklı koşulda (gözler açık, gözler kapalı, çene düşük) eşzamanlı olarak kaydedilmiştir. EEG sinyali, her bir SMU aksiyon potansiyelinin trigger olarak alınmasıyla Spike Trigger Average (STA) yöntemi ile analiz edilmiş ve SMU aktivitesinin farklı EEG elektrotlarına nasıl yansıdığı değerlendirilmiştir. Dinlenme durumundaki temporalis aktivitesi EEG sinyalinde belirgin Macro-electro-myo-encephalogram (Macro-EMEG) potansiyelleri oluşturmuştur. Oluşan Macro-EMEG'lerin genlikleri farklı ve kaydedilen SMU yakınında maksimum değerdedir. EEG sinyaline olan karışma, kaydedilen SMU'dan görece uzak olan kısımlarda ve kontralateral tarafta da gözlenmiştir. Baş ve boyun kaslarında mevcut SMU sayısı göz önüne alındığında, aktif kasılma olmadığı durumda dahi tek bir motor ünitenin EEG sinyalini kontamine edebilmesi, EEG sinyalinin kas aktivitesine olan hassasiyetini açıkça göstermektedir. Bu çalışma, kas aktivitesinden kaynaklanan elektriksel sinyalin EEG'ye karışımını önlemede kullanılabilecek etkili yöntem ve metotların gerekliliğine dikkat çekmektedir.

Electroencephalography (EEG) is an important tool for the measurement and monitoring the brain's electrical activity. EEG signal is recorded with electrodes placed on the scalp. However, the electrical activity of muscles can interfere with the electroencephalogram (EEG) signal considering the anatomical locations of facial or masticatory muscles surrounding the skull. Temporalis muscle (m. temporalis) holds the mandible in physiological rest position and it covers a large area under the EEG electrodes. In this study, we evaluated the possible interference of the resting activity of the temporalis muscle on the EEG under conventional EEG recording conditions. In 9 healthy adults EEG activity from 19 scalp locations and single motor unit (SMU) activity from anterior temporalis muscle were recorded in three relaxed conditions; eyes open, eyes closed, jaw dropped. For the analysis of the data, EEG signal was spike triggered averaged (STA) for different EEG electrode locations. Action potentials of SMUs were used as triggers for the STA procedure. Resting temporalis SMU activity generated prominent Macro-EMEG (electro-myo-encephalogram) potentials with different amplitudes, reaching maxima in the proximity of the recorded SMU. Interference was also notable at the scalp sites that are relatively far from the recorded SMU and even at the contralateral locations. The head and neck are surrounded by muscles with a great number of SMUs. Therefore, EEG is highly susceptible to muscle activity artifacts even under rest conditions. This study emphasizes the need for efficient artifact evaluation methods which can handle muscle interferences.