Cel: Wyodrębnienie sygnału w określonym paśmie częstotliwości.
Metoda: Filtr FIR (Finite Impulse Response, filtr o skończonej odpowiedzi impulsowej) wykorzystujący algorytm Parksa–McClellana (firpm).
Parametry filtru:
- Pasmo przejściowe: ±0.5 Hz od granic pasma przepustowego
- Tłumienie pasma zaporowego: 80 dB
- Rząd filtru: obliczany automatycznie
Typy filtrów:
- Typ 0: Brak filtrowania
- Typ 1: Filtr pasmowoprzepustowy (pojedyncze pasmo)
- Typ 2: Stosunek dwóch pasm (pasmo1 / pasmo2)
Dostępne zakresy (Typ 1):
- Theta (4–8 Hz)
- Theta1 (4–6 Hz)
- Theta2 (6–8 Hz)
- Alpha (8–13 Hz)
- Alpha1 (8–10 Hz)
- Alpha2 (10–13 Hz)
- Beta (13–30 Hz)
- Beta1 (13–20 Hz)
- Beta2 (20–30 Hz)
- Gamma (30–100 Hz)
Stosunki pasm (Typ 2):
- Alpha/Theta (8–13 Hz / 4–8 Hz)
- Alpha/Beta (8–13 Hz / 13–30 Hz)
Zastosowanie: Wyodrębnianie standardowych pasm EEG, ich podpasm (theta1, theta2, alpha1, alpha2, beta1, beta2) oraz obliczanie stosunków pasm.
Fizjologiczne wyjaśnienie pasm częstotliwości:
Delta (0.5–4 Hz):
- Fizjologia: najwolniejsze rytmy; związane z głębokim snem (stadia 3–4), śpiączką i stanami patologicznymi
- Mechanizmy nerwowe: synchronizacja dużych obszarów kory mózgowej, obniżony metabolizm
- Kiedy występuje: u dorosłych wyłącznie podczas snu; u niemowląt również podczas czuwania (norma)
- Znaczenie kliniczne: nadmierna fala delta podczas czuwania może wskazywać na patologię
Theta (4–8 Hz):
- Fizjologia: związana z płytkim snem, medytacją, myśleniem twórczym i uczeniem się
- Mechanizmy nerwowe: synchronizacja hipokampa i kory mózgowej; istotna dla konsolidacji pamięci
- Kiedy występuje: przy zamkniętych oczach, w stanie relaksu, podczas snu REM
- Znaczenie kliniczne: podwyższona fala theta może wskazywać na senność lub patologię
Podpasma theta:
- Theta1 (4–6 Hz): wolniejsza theta, częściej związana z sennością i stanami przejściowymi
- Theta2 (6–8 Hz): szybsza theta, częściej związana z uwagą i przetwarzaniem poznawczym
Alpha (8–13 Hz):
- Fizjologia: „rytm spoczynkowy”; dominuje podczas zrelaksowanego czuwania z zamkniętymi oczami
- Mechanizmy nerwowe: synchronizacja kory potylicznej i ciemieniowej; związana z brakiem stymulacji wzrokowej
- Kiedy występuje: przy zamkniętych oczach, w stanie spokoju; zanika po otwarciu oczu lub podczas wysiłku umysłowego
- Znaczenie kliniczne: brak fali alfa może wskazywać na patologię; asymetria alfa między półkulami może sygnalizować problemy
Podpasma alfa:
- Alpha1 (8–10 Hz): wolniejsza alfa, częściej związana z relaksem i spokojem
- Alpha2 (10–13 Hz): szybsza alfa, częściej odzwierciedla gotowość do przetwarzania informacji
Beta (13–30 Hz):
- Fizjologia: aktywne czuwanie, uwaga, rozwiązywanie problemów
- Mechanizmy nerwowe: desynchronizacja kory mózgowej, aktywne przetwarzanie informacji
- Kiedy występuje: przy otwartych oczach, podczas aktywności umysłowej, ruchu
- Znaczenie kliniczne: podwyższona fala beta może wskazywać na stres, lęk i napięcie
Podpasma beta:
- Beta1 (13–20 Hz): związana z aktywnym myśleniem i uwagą
- Beta2 (20–30 Hz): wyższa beta, częściej związana z napięciem i stresem
Gamma (30–100 Hz):
- Fizjologia: wysoko zorganizowane przetwarzanie poznawcze, integracja informacji z różnych obszarów
- Mechanizmy nerwowe: szybka synchronizacja odległych obszarów kory mózgowej; „wiązanie” cech w jednolite spostrzeżenie
- Kiedy występuje: podczas złożonych zadań poznawczych, percepcji i uwagi
- Znaczenie kliniczne: nieprawidłowości aktywności gamma wiążą się ze schizofrenią i autyzmem
Stosunki pasm (Typ 2):
- Alpha/Theta: wskaźnik relaksu względem senności/wolniejszych procesów
- Alpha/Beta: wskaźnik równowagi między relaksem a aktywnością poznawczą
Dlaczego filtrowanie jest ważne:
Sygnał EEG zawiera jednocześnie wszystkie częstotliwości. Filtrowanie umożliwia wyodrębnienie interesującego zakresu częstotliwości i analizowanie go osobno. Na przykład aktywność alfa jest potrzebna do badania relaksu, natomiast aktywność beta wykorzystywana jest do badania koncentracji.