La tecnología de registro de EEG sigue siendo similar en principio desde su primer uso en 1923. Sin embargo, ahora hay disponible una amplia gama de tipos de electrodos, tanto húmedos como secos. ¿Cuáles son algunas de las diferencias clave?

Una breve historia de los electrodos de EEG

Las primeras grabaciones de electroencefalografía (EEG) de un cerebro humano fueron realizadas por Hans Berger, un físico alemán, en 1923. En estas primeras grabaciones, Berger usó alambres de plata insertados debajo del cuero cabelludo del paciente como electrodos de EEG y luego cambió a electrodos de lámina de plata, que se pegaron a la cabeza del sujeto con un vendaje. Usó un galvanómetro de cuerda bastante primitivo para registrar el EEG de estos electrodos, y finalmente cambió a un galvanómetro de registro Siemens de doble bobina, que le permitió registrar EEG tan pequeño como 0,1 milivoltios. Esto fue hace casi un siglo. Hoy en día, aunque ya no «pegamos» electrodos individuales a la cabeza del sujeto, ahora tenemos varios tipos diferentes de electrodos para elegir. Por otro lado, el procedimiento básico del EEG de rutina en clínicas e investigaciones apenas ha cambiado.

¿Qué tipo de electrodos de EEG se utilizan hoy en día? ¿Cómo ha evolucionado el EEG como tecnología? ¿Qué son los electrodos secos, húmedos, activos y pasivos? ¿Qué tipo de electrodo usar?

Electrodos húmedos/de gel

La impedancia electrodo-piel es un factor importante que determina las propiedades eléctricas de la interfaz electrodo-piel. Cuanto menor sea la impedancia electrodo-piel, mejor será la calidad de las señales de EEG. Además, la baja impedancia de la piel del electrodo puede ayudar a reducir la interferencia de la línea eléctrica y también hacer que las señales de EEG sean más inmunes a los artefactos de movimiento, incluido el movimiento del cable. Hoy en día, el electrodo más utilizado es el electrodo de plata/cloruro de plata (Ag/AgCl). Los electrodos de Ag/AgCl, también conocidos como electrodos húmedos, utilizan un gel electrolítico para formar una ruta conductora entre la piel y el electrodo para reducir la impedancia electrodo-piel. Los electrodos húmedos son el estándar de oro actual en la práctica clínica, sin embargo, tienen varias desventajas,

• Puede llevar mucho tiempo reducir la impedancia a un valor aceptable (5-20 KΩ).
• Una vez que se alcanza una impedancia aceptable, el gel puede secarse en unas pocas horas, aumentando nuevamente la impedancia. Por ejemplo, se observó que la impedancia de los electrodos húmedos se deterioró de 5 a 15 KΩ dentro de las 5 horas posteriores a la aplicación del gel. Por lo tanto, los electrodos húmedos no son adecuados para el EEG a largo plazo.
• El uso de muchos electrodos (es decir, EEG de matriz densa) también puede ser problemático, porque la distancia entre los electrodos se reduce a medida que aumenta el número de electrodos. Esto puede hacer que los geles electrolíticos formen un puente conductor entre dos electrodos.
• La configuración del EEG con electrodos húmedos requiere mucho tiempo (preparación de la piel, espera de que la impedancia alcance un valor aceptable, etc.) y requiere un profesional.
• Finalmente, el uso de pasta abrasiva (como parte de la preparación del cuero cabelludo) y el gel electrolítico puede ser un inconveniente para el sujeto.

Electrodos secos

Los electrodos secos (ver Figura 1) se proponen como una solución alternativa para registros de EEG estables a largo plazo y para superar los problemas comunes con los electrodos húmedos destacados anteriormente. Una de las principales ventajas de los electrodos secos es que, a diferencia de los electrodos húmedos, no requieren una preparación laboriosa del cuero cabelludo y, por lo tanto, requieren menos tiempo. Los electrodos secos se pueden clasificar ampliamente en electrodos de contacto, sin contacto y aislantes. En un electrodo seco de contacto, el cuero cabelludo está en contacto directo con la superficie del electrodo, que consiste en una matriz metálica de púas. En algunos casos, el electrodo puede incluso perforarse en el estrato córneo (SC), para lograr estabilidad mecánica y una mejor propiedad eléctrica. En un electrodo seco sin contacto, la placa inferior está hecha de metal, que se acopla capacitivamente a través de un aislante como el cabello o la ropa. En el caso de un electrodo aislado, como su nombre indica, la placa inferior de un electrodo es un material aislante y también funciona sobre la base de un acoplamiento capacitivo. En aplicaciones de EEG, los electrodos de contacto seco se usan más comúnmente ya que tienen una impedancia algo más baja en comparación con los otros dos tipos.

Figura1 : Ejemplo de electrodo seco de contacto, aislante y sin contacto [1,2].

El modelo eléctrico de la interfaz electrodo-piel se muestra en la siguiente figura. Como se puede ver, la introducción de un gel conductor se modela como un circuito resistivo-capacitivo (con impedancia < 1KΩ), mientras que la impedancia eléctrica entre un electrodo seco y la piel (SC – estrato córneo) es mayor debido a la ausencia del gel.

Figura 2: El modelo eléctrico de las diversas interfaces electrodo-piel [3.5].

Sin embargo, los electrodos secos no están exentos de problemas. En primer lugar, debido a la ausencia de una capa conductora y, por lo tanto, a una mayor impedancia (tan alta como unos pocos MΩ a 50/60 Hz), se observa una cantidad significativa de ruido e interferencia en el EEG, con una mayor prevalencia de artefactos de movimiento. Por lo tanto, los electrodos secos deben protegerse para minimizar el ruido debido a las interferencias. La conexión de electrodos secos directamente a un amplificador de EEG mediante cables no blindados (electrodos pasivos) no garantizará una buena calidad de la señal. En su lugar, se necesitan electrodos activos, que amplifican el EEG en el cuero cabelludo y, por lo tanto, disminuyen la influencia del ruido ambiental. Esto también reduce la necesidad de cables blindados para mantener la calidad de la señal, lo cual es una característica atractiva para los dispositivos portátiles compactos. Además, los electrodos puntiagudos pueden ser bastante incómodos y no se pueden usar durante largos períodos de tiempo.

En el próximo blog veremos algunos estudios de EEG que han comparado estos dos tipos de electrodos. Los que se deben usar pueden depender sustancialmente de los objetivos de uso y de los compromisos específicos que uno esté dispuesto a hacer.

Referencias

Referencias

1. Oehler, Martin, et al. «Extracción de señales SSVEP de un casco de EEG capacitivo para interfaz hombre-máquina». 2008 30ª Conferencia Internacional Anual de la Sociedad de Ingeniería en Medicina y Biología del IEEE. IEEE, 2008.

1. Chi, Yu Mike, et al. «Sensores de EEG secos y sin contacto para interfaces móviles cerebro-computadora». Transacciones IEEE sobre sistemas neuronales e ingeniería de rehabilitación 20.2 (2011): 228-235.
2. Chi, Yu Mike, Tzyy-Ping Jung y Gert Cauwenberghs. «Electrodos biopotenciales de contacto seco y sin contacto: revisión metodológica». Revisiones IEEE en ingeniería biomédica 3 (2010): 106-119.
3. Xu, Jiawei, et al. CI de electrodos activos de baja potencia para la adquisición de EEG portátil. Berlín, Alemania: Springer, 2018.
4. Li, Guangli, Sizhe Wang y Yanwen Y. Duan. «Hacia electrodos sin gel: un estudio sistemático de la impedancia de la piel de los electrodos». Sensores y actuadores B: Chemical 241 (2017): 1244-1255.