Automatic Measurement of the Vigilance Level and its Possible Application in Psychopharmacology

Abstract

The main object of the study was to separate the specific EEG effects of psychopharmaca from changes caused by drowsiness. The study was based on quantitative evaluation of the vigilance level during five minutes of EEG recording under standardized conditions. The equation for computing the vigilance level from EEG spectra was obtained by using a training material. The segments were classified visually either as alert EEG, or as EEG marked by drowsiness. As confirmed by independent test material, the coefficients derived by means of multiple linear regression were applicable to other EEGs for estimating the vigilance level. The procedure was used in the evaluation of the psychopharmacological treatment. It was concluded that the specific EEG drug profiles were certainly influenced by the accompanying drowsiness, but the main information was still preserved. In contrast to the specific drug effect, the drug-induced sleep activity could be isolated from other events and studied separately. It was also found that after a standard stimulation, both the general trend and periodicity of the vigilance fluctuations were closely related to the psychic state of the patient. Mit dieser Studie wurde das Augenmerk auf pharmakonspezifische EEG-Veränderungen gerichtet und der Versuch unternommen, diese von den durch den Schlafzustand herbeigeführten zu differenzieren. Die Untersuchung basiert auf quantitativer Bestimmung des Vigilitätstonus aus fünf Minuten dauernden und unter standardisierten Bedingungen abgeleiteten EEG-Registrierungen. Die mathematischen Gleichungen für die Quantifizierung der Vigilanz aus den EEG-Spektren wurden anhand eines Testmaterials aufgestellt. Zu diesem Zweck wurden zunächst visuelle, sowohl für den Wachzustand als auch für das Einschlafen typische EEG-Segmente ausgewählt, der Spektralanalyse unterzogen und mit unabhängigem Testmaterial verglichen. Es hat sich gezeigt, daß die anhand der multiplen Regressionsanalyse errechneten Koeffizienten auch auf andere EEG-Aufnahmen zur Bestimmung des Vigilanzniveaus übertragbar sind. Diese Technik wurde zur Untersuchung der Wirkung von Psychopharmaka angewendet, wobei gezeigt werden konnte, daß trotz Beeinflussung durch spontane Schläfrigkeit die “pharmakonspezifischen” EEG-Profile getrennt werden konnten und die wesentlichen Informationen stets erhalten blieben. Die pharmakoninduzierte Schlafaktivität konnte separiert und unabhängig von anderen Phänomenen untersucht werden. Im weiteren wurde auch festgestellt, daß der Zeitverlauf sowie die Periodizität der Vigilanzänderungen nach einer vorausgehenden standardisierten Reizung in enger Beziehung zum psychischen Zustand des Patienten stehen.