What is the right type of EEG gel for me?

What is the right type of EEG gel for me?

Despite recent improvements in EEG and electrode technology, most research applications still require low skin impedance levels: optimum signal quality makes artifact detection easier, data reliability increases, and groups can be kept smaller to get significant differences. In EEG combined with other technologies, such as EEG and fMRI, EEG and TMS, EEG in MEG, impedance level multiplies with artifact amplitude, quickly obscuring any EEG signal, so here too impedances should be kept as low as possible.

The only effective method to achieve low impedances is still to abrade the area of skin underneath each electrode and then to apply an electrolytic gel or paste. This is very time consuming, and any contribution to saving even the tiniest amount of time should be exploited. Some general measures are listed and then the pros and cons of the different features of electrolyte gels are discussed.

Why degreasing?

Normally, skin that is exposed to light, wind, and weather, e.g. the face, arms, or a bald head, has an impedance of around 200 kOhm, compared with around 120 kOhm for protected skin, e.g. covered by hair. The higher level is partly due to the corneation of the outer skin layers, but even more so to the natural skin grease. By removing the grease, impedances are reduced by two thirds. For still lower impedances, the corneated skin needs to be removed by abrasion. Therefore, degreasing should always be the first step, either by hair-washing (and-drying) just before electrode mounting or by applying alcohol directly under the electrode site.

How to abrade?

Corneated skin can be abraded through the opening of the mounted electrode either with a blunted needle or with abrasive gel. Using the blunted needle is rather imprecise, it can hurt, but it yields low impedances quickly in most cases. In contrast, twirling abrasive gel with a cotton swab takes longer, but allows you to be very gentle and to control precisely the intended impedance level.

Properties of electrolyte gels

Technically, any conductive gel could be used to bridge the gap between the skin and electrode sensors. In practice, different gels are more or less suited for certain EEG applications.

The gels may be

• Clear (only conductive) vs. abrasive (conductive AND abrasive)
• Liquid vs. viscous
• Salty vs. free-of-salt

and have different types of packaging.

Clear vs. Abrasive

For most cases, a rule of thumb is:

• When using active electrodes, a clear gel applied with a blunted needle will yield good signal quality
• When using passive electrodes, the skin underneath the electrode should be abraded additionally with abrasive gel.

If an abrasive electrolyte gel is used, the same gel can be used to fill the electrode after abrasion. Abrading with blunted needle yields impedances below 20 kOhm. Abrading with abrasive gel yields impedances well below 10 kOhm.

For very small effects like mismatch negativity or laterality differences, results are better if all electrodes have equal impedances. This is easier to achieve with abrasive gel and cotton swab than with a blunted needle. In this case, abrasive gel instead of clear gel should be considered even when using active electrodes.

The corneation of the skin increases with age. For babies and infants, no abrading is necessary and therefore clear gel can be used.

Liquid vs. Viscous Vs. Paste

Although a liquid gel will easily drip between the hairs it will also trickle away from the electrode over time. Therefore, only gels of at least medium viscosity can be used in EEG recording caps.

The ample application of gel can cause gel bridges between adjacent electrodes. Thus at least from 64 channels onwards, a high-viscosity gel is recommended.

Electrolyte gels are the method of choice for EEG recordings with caps for up to 4 hours. For long-term and sleep recordings, gels are not suitable as they dry up after some time. Here, electrolyte pastes will have to be considered although they are both more difficult to apply and to remove and clean off afterward. The use of pastes is also recommended for EEG during movements.

Salty vs. Free-of-Salt

In the human body, the salt content is 0.9%. Salty electrolyte gels have 3% to 10% salt concentration. After abrading, the electrolyte comes in contact with body liquids such as sera, and the difference in salt concentration leads to a gradual improvement in skin-to-electrolyte contact. This effect can be seen during the impedance check: after some minutes the impedances decline “all by themselves”.

Therefore, we would normally prefer to use salty electrolytes. However, when the salty electrolyte comes into contact with the abraded skin this can be experienced as unpleasant itching.
In terms of conductivity, there is no difference between salty and free-of-salt electrolytes, but the latter lack the self-improving effect, and free-of-salt electrolytes cannot be used for DC-recordings and very slow potentials (because the same ion must be present in electrolyte and electrode, e.g. chlorine ions in the case of Ag/AgCl-electrodes).

If there may be a need for free-of-salt electrolyte, we recommend starting with these, because you can always switch to salty gels later.

Type of packaging

Electrolyte gels are typically applied onto the skin and into the cap’s electrodes by a syringe with or without a blunted needle. Electrolyte gels either come in large-volume jugs, in cartouches or tubes, or in pre-filled syringes. The decision between these types of packaging is purely financial.

In relation to volume, the large jugs are the cheapest solution, but the gel needs to be drawn up into the syringes. Afterward, the excess gel will have to be wiped off the syringes.
From tubes, the gel can be filled into the syringes after removing the piston. Cartouches even come with a special adaptor to squeeze the gel bubble-free into the syringe with the help of a skeleton gun.

Both jugs and cartouches/tubes require advance preparation and cleaning afterward. The most convenient method, therefore, is with pre-filled syringes which are disposed of when empty.
But this is the most expensive method. So, in the end, it comes down to what is cheaper, working time or pre-filled syringes.

Conclusion / Decision Tree

• Always degrease the skin by washing the hair directly before cap mounting for normal requirements and degrease with alcohol for high requirements.
• Always abrade the skin with blunted needle for active electrodes, or with abrasive gel for passive electrodes. The only exception is for babies and infants.
• Use clear gel when blunted needles are used or when no abrading takes place and use abrasive electrolyte gel when abrading with a cotton swab.
• Do not use liquid gels. Use medium-viscosity gels for 21 channels, and high-viscosity gels for 32 or more channels.
• Use salty electrolytes unless you may have children or anxious subjects.
• Use only salty electrolytes if you are recording DC-EEG or potentials slower than 3 Hz.
• If you have more time than money buys gel in jugs. If you have more money than time buys pre-filled syringes. As a compromise buy cartouches/tubes.

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Qual é o tipo certo de gel de EEG para mim?

Apesar das recentes melhorias na tecnologia de EEG e eletrodos, a maioria das aplicações de pesquisa ainda exige baixos níveis de impedância da pele: a qualidade ideal do sinal facilita a detecção de artefatos, a confiabilidade dos dados aumenta e os grupos podem ser mantidos menores para obter diferenças significativas. No EEG combinado com outras tecnologias, como EEG e fMRI, EEG e TMS, EEG no MEG, o nível de impedância se multiplica com a amplitude do artefato, ocultando rapidamente qualquer sinal de EEG, portanto, aqui também as impedâncias devem ser mantidas o mais baixo possível.

O único método eficaz para alcançar baixas impedâncias é ainda abrasar a área da pele sob cada eletrodo e, em seguida, aplicar um gel ou pasta eletrolítica. Isso consome muito tempo e qualquer contribuição para economizar até a menor quantidade de tempo deve ser explorada. Algumas medidas gerais são listadas e, em seguida, são discutidos os prós e contras dos diferentes recursos dos géis eletrolíticos.

Por que remover a oleosidade?

Normalmente, a pele exposta à luz, vento e tempo, por exemplo, o rosto, os braços ou uma cabeça careca, tem uma impedância de cerca de 200 kOhm, em comparação com cerca de 120 kOhm para a pele protegida, por exemplo coberto por cabelos. O nível mais alto é parcialmente devido à córnea das camadas externas da pele, mas ainda mais à oleosidade natural da pele. Ao remover a oleosidade, as impedâncias são reduzidas em dois terços. Para impedâncias ainda mais baixas, a pele corneada precisa ser removida por abrasão. Portanto, a limpeza da oleosidade deve sempre ser o primeiro passo, seja lavando o cabelo (e secando) imediatamente antes da montagem do eletrodo ou aplicando álcool diretamente sob o local do eletrodo.

Como fazer abrasão?

A pele corneada pode ser desgastada através da abertura do eletrodo montado com uma agulha com ponta romba ou com gel abrasivo. Utilizando a agulha com ponta romba a abrasão é bastante imprecisa, ele pode machucar, mas ele produz baixas impedâncias rapidamente na maioria dos casos. Por outro lado, o gel abrasivo utilizando com um cotonete com movimentos giratórios leva mais tempo, mas permite que você seja muito gentil e controle com precisão o nível de impedância pretendido.

Propriedades dos géis eletrolíticos

Tecnicamente, qualquer gel condutor pode ser usado para preencher a lacuna entre a pele e o sensor de eletrodo. Na prática, diferentes géis são mais ou menos adequados para determinadas aplicações de EEG.

Os géis podem ser

• Claro (somente condutor) vs. abrasivo (condutor E abrasivo)

• Líquido vs. viscoso

• Salgado vs. sem sal

e tem diferentes tipos de embalagem.

Claro vs. Abrasivo

Na maioria dos casos, uma regra geral é:

• Ao usar eletrodos ativos, um gel transparente aplicado com agulha com ponta romba produzirá boa qualidade de sinal

• Ao usar eletrodos passivos, a pele sob o eletrodo deve ser desgastada adicionalmente com gel abrasivo.

Se for usado um gel eletrolítico abrasivo, o mesmo gel poderá ser usado para encher o eletrodo após a abrasão. A abrasão com agulha com ponta romba produz impedâncias abaixo de 20 kOhm. A abrasão com gel abrasivo produz impedâncias bem abaixo de 10 kOhm.

Para efeitos muito pequenos, como negatividade de incompatibilidade ou diferenças de lateralidade (mismatch negativity or laterality differences), os resultados são melhores se todos os eletrodos tiverem impedâncias iguais. Isso é mais fácil com gel abrasivo e cotonete do que com uma agulha com ponta romba. Nesse caso, o gel abrasivo, em vez do gel transparente, deve ser considerado, mesmo ao usar eletrodos ativos.

A córnea da pele aumenta com a idade. Para bebês e crianças, não é necessário abrasão e, portanto, pode ser usado um gel transparente.

Líquido vs. Viscoso Vs. Pastoso

Embora um gel líquido escorra mais facilmente entre os cabelos, ele também escorre do eletrodo ao longo do tempo, o que pode resultar em perda de contato. Portanto, somente géis de, pelo menos, viscosidade intermediária pode ser usados nas toucas para gravação de EEG.

A ampla aplicação de gel pode causar pontes de gel entre os eletrodos adjacentes. Assim, pelo menos a partir de 64 canais, recomenda-se um gel de alta viscosidade.

Os géis eletrolíticos são o método de escolha para gravações de EEG com tocas por até 4 horas. Para gravações de longo prazo e durante o sono, os géis não são adequados, pois secam após algum tempo. Aqui, as pastas de eletrólitos deverão ser consideradas, embora sejam mais difíceis de aplicar e de remover e limpar posteriormente. O uso de pastas também é recomendado para gravações de EEG durante os movimentos.

Com sal vs. Sem Sal

No corpo humano, o teor de sal é de 0,9%. Os géis de eletrólitos com sal têm concentração de sal de 3% a 10%. Após a abrasão, o eletrólito entra em contato com líquidos corporais, como soros, e a diferença na concentração de sal leva a uma melhoria gradual no contato pele-eletrólito. Este efeito pode ser observado durante a verificação de impedância: após alguns minutos, as impedâncias diminuem “sozinhas”.

Portanto, normalmente preferimos usar géis eletrólitos com sal. No entanto, quando o eletrólito com sal entra em contato com a pele esfolada isso pode ser experimentado como coceira desagradável.

Em termos de condutividade, não há diferença entre eletrólitos com e sem sal, mas estes não têm o efeito de “auto redução” da impedância, e os eletrólitos sem sal não podem ser usados para gravações em DC e potenciais muito lentos (porque os mesmos o íons deve estar presente no eletrólito e no eletrodo, por exemplo, íons cloro no caso dos eletrodos (Ag / AgCl).

Se houver necessidade de eletrólito sem sal, recomendamos começar com eles, porque você sempre pode mudar para géis com sal mais tarde.

Tipo de embalagem

Os géis eletrolíticos são geralmente aplicados na pele e nos eletrodos da touca por uma seringa com ou sem agulha com ponta romba. Os géis eletrolíticos vêm em potes de grande volume, em cartuchos ou tubos ou em seringas pré-cheias. A decisão entre esses tipos de embalagem é puramente financeira.

Em relação ao volume, os potes grandes são a solução mais barata, mas o gel precisa ser aspirado para as seringas. Depois, o excesso de gel terá que ser removido das seringas.

Utilizando os tubos, o gel pode ser colocado nas seringas após a remoção do êmbolo. Os cartuchos ainda vêm com um adaptador especial para espremer o gel sem bolhas na seringa com a ajuda de uma pistola.

Tanto os potes quanto os cartuchos / tubos requerem preparação e limpeza avançadas posteriormente. O método mais conveniente, portanto, é com seringas pré-cheias que são descartadas quando vazias.

Mas este é o método mais caro. Então, no final, tudo se resume ao que é mais barato, tempo de trabalho ou seringas pré-cheias.

Conclusão / Árvore de Decisão

• Sempre limpe a oleosidade da pele lavando o cabelo antes da montagem da toca em condições normais e limpe a oleosidade com álcool em condições que a oleosidade é extremamente elevada.

• Sempre faça abrasão da pele com agulha com ponta romba para eletrodos ativos ou com gel abrasivo para eletrodos passivos. A única exceção é para bebês e crianças pequenas.

• Use gel transparente quando agulhas com ponta romba forem utilizadas ou use gel eletrolítico abrasivo faça abrasão com um cotonete quando não ocorrer abrasão com a agulha.

• Não use géis líquidos. Use géis de média viscosidade para 21 canais e géis de alta viscosidade para 32 ou mais canais.

• Use eletrólitos com sal, a menos que esteja avaliando crianças ou indivíduos ansiosos.

• Use apenas eletrólitos com sal se estiver gravando EEG-DC ou potenciais mais lentos que 3 Hz.

• Se você tiver mais tempo do que dinheiro, compre potes de gel. Se você tiver mais dinheiro do que o tempo, compre seringas pré-cheias. Uma forma intermediária seria comprar cartuchos / tubos.

Se você gostou desse post, pode se interessar pelo nosso outro post Dicas e truques para preparação para coleta com EEG: o monstro da impedância.