Los electrodos secos tienen algunas ventajas claras, pero ¿cómo se compara su calidad de señal con la de los electrodos húmedos? Elegir uno sobre el otro puede ser una compensación entre tiempo, calidad de la señal y estabilidad.

En la publicación de blog anterior , analizamos los fundamentos detrás de dos tipos de electrodos de EEG: electrodos húmedos y secos, así como sus ventajas relativas. En este blog veremos algunos estudios de EEG que han comparado la calidad de la señal entre estos dos tipos de electrodos.

Como mencionamos en la publicación anterior del blog, los electrodos secos consumen menos tiempo que los electrodos húmedos. Sin embargo, el criterio más importante es si los electrodos secos se pueden usar de manera confiable en el entorno clínico es su calidad de datos en comparación con los electrodos húmedos. Aunque requiere mucho tiempo, el EEG registrado a partir de electrodos húmedos todavía se considera un estándar de oro debido a la baja impedancia de contacto con la piel, gracias al gel electrolítico. ¿Cómo afecta la alta impedancia de contacto de los electrodos de EEG secos a la calidad de las señales de EEG?

Potenciales relacionados con eventos (respuesta P3)

Mathewson y sus colegas compararon las señales de EEG obtenidas de electrodos de EEG húmedos pasivos, húmedos activos y secos activos de ocho participantes [1], donde completaron una tarea auditiva extraña. La siguiente figura muestra el gran promedio de todos los ensayos (sin artefactos) obtenidos en el electrodo Pz. Podemos ver la respuesta esperada de P3 alrededor de 250-450 ms después de la presentación de los estímulos objetivo raros en los tres tipos de electrodos, sin embargo, con un mayor error estándar de media (en todos los ensayos) en el caso del electrodo seco activo (región sombreada).

Figura de [1]

Espectro de potencia

También calcularon los espectros de potencia promedio (en el electrodo Pz) para cada sujeto promediando la FFT en los ensayos. Finalmente, se calcularon los espectros de potencia promedio en ocho participantes, que se muestran a continuación, con la región sombreada que representa el error estándar de la media. Aquí se puede ver que el comportamiento esperado de 1/f se produce en todos los tipos de electrodos. Además, también se calcularon los valores de la raíz cuadrada media (RMS) durante el período de referencia de 200 ms (es decir, 200 ms antes de la presentación del estímulo) para 10.000 permutaciones de 300 ensayos de objetivos estándar aleatorios, que dan la estimación del ruido en épocas de EEG de un solo ensayo. Como se puede ver en la figura, el electrodo de EEG seco activo mostró claramente un mayor nivel de ruido de prueba única en comparación con los electrodos húmedos activos/pasivos.

Figura de [1]

En general, los resultados de este estudio mostraron que los electrodos de EEG secos activos tienen niveles de ruido más altos (debido a una mayor impedancia de contacto) en comparación con los electrodos húmedos, sin embargo, se muestra que son capaces de capturar las respuestas de EEG esperadas, tanto en términos de espectros de potencia como de la firma ERP en la extraña tarea. Por lo tanto, a pesar del aumento de los niveles de ruido, los aspectos espacio-temporales de la señal (la sincronización y la topografía) obtenidos con electrodos de EEG secos activos fueron muy similares a los registrados con electrodos húmedos tradicionales.

Husillos de sueño EEG

Un estudio más reciente de Leach y sus colegas [2] comparó las propiedades del EEG del sueño registrado (de cinco pacientes) de electrodos secos y húmedos (pregelificados). Los rendimientos se compararon con respecto a (1) puntuación del sueño, (2) inspección visual de los artefactos detectados, (3) detección de características importantes del sueño, como ondas lentas y husos del sueño, y (4) características espectrales, y se observó que ambos tipos de electrodos podían registrar de manera confiable ondas lentas y husos del sueño (ver Figura a continuación), con relaciones señal-ruido comparables.

Figura de [2]

Conclusiones similares sobre la calidad aceptable de los datos de los electrodos de EEG secos en comparación con sus contrapartes húmedas también han sido respaldadas por pocos otros estudios, que muestran un alto grado de correlación entre las señales de EEG obtenidas con electrodos húmedos y secos [3-5], incluso en la detección de convulsiones neonatales [6].

¿Cuál deberías elegir?

Sin embargo, debe tenerse en cuenta que estos estudios se han realizado en un número limitado de participantes (<30) y paradigmas experimentales (la mayoría de ellos tenían tareas estacionarias). Por ejemplo, en situaciones en las que se permite que el sujeto se mueva o es propenso a los movimientos, se cree que los electrodos húmedos son más adecuados, ya que son menos propensos a los artefactos de movimiento (debido a la baja impedancia de los electrodos de la piel).

La elección del tipo correcto de electrodos depende completamente de la necesidad. Para registros estables a largo plazo, los electrodos de EEG secos son más adecuados, ya que la señal de EEG puede ser más estable durante períodos prolongados, aunque la señal de EEG en sí misma podría ser ruidosa debido a la alta impedancia de contacto. Los electrodos de EEG húmedos pueden proporcionar señales de EEG de mejor calidad durante un período corto. A medida que el gel se seca, los artefactos de movimiento y la alta impedancia de contacto pueden deteriorar aún más la señal. Por lo tanto, si se prefiere la estabilidad a la calidad, los electrodos de EEG secos son mejores. Por otro lado, si se requieren señales de EEG de alta calidad y la duración del experimento es más corta, los electrodos húmedos proporcionan una buena solución. Pero, dado el rápido desarrollo del software (para la eliminación de artefactos y el preprocesamiento), así como del hardware, los electrodos de EEG secos se están poniendo al día en el suministro de señales de EEG de calidad similar.

Referencia

[1] Mathewson, Kyle E., Tyler JL Harrison y Sayeed AD Kizuk. «¿Alto y seco? Comparación de electrodos de EEG secos activos con electrodos húmedos activos y pasivos». Psicofisiología 54.1 (2017): 74-82.

[2] Leach, Sven, et al. «Un protocolo para comparar electrodos de EEG secos y húmedos durante el sueño». Fronteras en neurociencia 14 (2020): 586.

[3] Hinrichs, Hermann, et al. «Comparación entre un sistema de EEG inalámbrico de electrodo seco con un sistema de EEG de electrodo húmedo con cable convencional para aplicaciones clínicas». Informes científicos 10.1 (2020): 1-14.

[4]Di Flumeri, Gianluca, et al. «La revolución seca: evaluación de tres tipos diferentes de electrodos secos de EEG en términos de características espectrales de señal, clasificación de estados mentales y usabilidad». Sensores 19.6 (2019): 1365.

[5] Chi, Yu M., et al. «Un práctico sistema de EEG seco móvil para interfaces humano-computadora». Conferencia Internacional sobre Cognición Aumentada. Springer, Berlín, Heidelberg, 2013.

[6] Fridman, Igor, et al. «Evaluación de sensores secos para registros de EEG neonatales». Revista de neurofisiología clínica: publicación oficial de la Sociedad Americana de Electroencefalografía 33.2 (2016): 149.