Brief History and Background

Die ersten bekannten neurophysiologischen Aufzeichnungen von Tieren wurden von Richard Caton im Jahr 1875 durchgeführt. Es dauerte ein weiteres halbes Jahrhundert, bis die Aufzeichnung der elektrischen Aktivität von Menschen begann. Hans Berger, ein deutscher Psychiater, leistete 1924 Pionierarbeit mit dem EEG beim Menschen. Das EEG ist ein elektrophysiologisches Verfahren zur Aufzeichnung der elektrischen Aktivität des menschlichen Gehirns. Aufgrund seiner ausgezeichneten zeitlichen Empfindlichkeit liegt der Hauptnutzen des EEG in der Bewertung der dynamischen Gehirnfunktion. Das EEG ist besonders nützlich für die Beurteilung von Patienten mit Verdacht auf Krampfanfälle, Epilepsie und ungewöhnliche Anfälle. Von einigen Ausnahmen abgesehen zeigen praktisch alle Patienten mit Epilepsie charakteristische EEG-Veränderungen während eines epileptischen Anfalls (ictal oder während des Anfalls). Die meisten Epilepsiepatienten zeigen auch charakteristische interiktale (oder zwischen den Anfällen auftretende) epileptiforme Entladungen (IEDs), die als Spike-Entladungen (<70 μsec Dauer), Spike-Wave-Entladungen oder Sharp-Wave-Entladungen (70-200 μsec Dauer) bezeichnet werden.

Das EEG wurde auch für verschiedene andere klinische Indikationen eingesetzt. So kann das EEG beispielsweise zur Überwachung der Narkosetiefe bei chirurgischen Eingriffen verwendet werden. Da es sehr empfindlich auf plötzliche Veränderungen der Nervenfunktion reagiert, selbst wenn diese zum ersten Mal auftreten, hat es sich in diesem Zusammenhang als sehr hilfreich bei der Überwachung möglicher Komplikationen wie Ischämie oder Infarkt erwiesen. EEG-Wellenformen können auch gemittelt werden, wodurch evozierte Potenziale (EPs) und ereigniskorrelierte Potenziale (ERPs) entstehen, Potenziale, die die neuronale Aktivität von Interesse darstellen, die zeitlich mit einem bestimmten Reiz verbunden ist. EPs und ERPs werden in der klinischen Praxis und in der Forschung zur Analyse visueller, auditiver, somatosensorischer und höherer kognitiver Funktionen eingesetzt.

Man geht davon aus, dass das EEG in erster Linie von kortikalen pyramidalen Neuronen in der Großhirnrinde erzeugt wird, die senkrecht zur Gehirnoberfläche ausgerichtet sind. Die durch das EEG nachweisbare neuronale Aktivität ist die Summierung der erregenden und hemmenden postsynaptischen Potenziale relativ großer Gruppen von Neuronen, die synchron feuern. Ein herkömmliches EEG, das auf der Kopfhaut oder der kortikalen Oberfläche aufgezeichnet wird, ist nicht in der Lage, die momentanen lokalen Feldpotentialänderungen zu registrieren, die durch neuronale Aktionspotentiale entstehen. Weitere Einzelheiten zu den neurophysiologischen Prinzipien, die dem EEG zugrunde liegen, finden Sie in Anhang 1.

Eine unglückliche Realität des EEG ist, dass die zerebrale Aktivität durch andere elektrische Aktivitäten, die vom Körper oder der Umgebung erzeugt werden, überlagert werden kann. Um auf der Kopfhaut sichtbar zu werden, müssen die winzigen, vom Gehirn erzeugten EEG-Spannungen zunächst mehrere biologische Filter durchlaufen, die sowohl die Signalamplitude reduzieren als auch die EEG-Aktivität über ihren ursprünglichen Quellvektor hinaus ausbreiten. Zerebrale Spannungen müssen das Gehirn, den Liquor, die Hirnhäute, den Schädel und die Haut durchqueren, bevor sie die Aufzeichnungsstelle erreichen, wo sie erfasst werden können. Darüber hinaus erzeugen andere biologisch erzeugte elektrische Aktivitäten (durch die Kopfhautmuskeln, die Augen, die Zunge und sogar das weit entfernte Herz) massive Spannungspotenziale, die häufig die zerebrale Aktivität überlagern und verdecken. Vorübergehende Ablösungen der Aufzeichnungselektroden (so genannte “Elektroden-Pop”-Artefakte) können das EEG weiter verfälschen oder sogar Hirnrhythmen und Anfälle imitieren. Unterm Strich beeinträchtigen biologische und umweltbedingte elektrische Artefakte häufig die Fähigkeit des Interpreten, sowohl normale Rhythmen als auch pathologische Muster genau zu erkennen. Glücklicherweise besitzen Artefakte viele Unterscheidungsmerkmale, die von gut ausgebildeten, aufmerksamen Beobachtern leicht zu erkennen sind. In Anhang 4 finden Sie einige Beispiele für Artefakte, die bei EEG-Aufzeichnungen häufig auftreten.

Ein typisches EEG-Display stellt Spannungen im vertikalen Bereich und die Zeit im horizontalen Bereich dar und bietet so eine nahezu in Echtzeit erfolgende Anzeige der laufenden Hirnaktivität (Abbildung 1). Bei der digitalen Aufzeichnung und Auswertung kann der Dolmetscher verschiedene Aspekte der EEG-Anzeige ändern, um die Daten bequemer und verständlicher zu machen. Der Dolmetscher kann die Empfindlichkeit (auch als “Gain” bezeichnet) der Aufzeichnung in Mikrovolt pro Millimeter einstellen, um die Anzeigehöhe der Wellenformen entweder zu erhöhen oder zu verringern. Man kann auch die angezeigte Zeitspanne verändern, die manchmal als Epoche bezeichnet wird und früher als “Papiergeschwindigkeit” bekannt war. Kürzere Intervalle können mit wenigen Sekunden auf einem Computerbildschirm betrachtet werden, was bei der Betrachtung sehr kurzer EEG-Ereignisse, wie z. B. epileptiformer Spikes, einen deutlichen Vorteil darstellt. Umgekehrt kann die Zeitskala erweitert werden, um längere EEG-Segmente über mehrere Minuten darzustellen und so langsam verlaufende rhythmische Entladungen zu betrachten. Digitale Filter können auch angewendet werden, um Artefakte in bestimmten Situationen zu reduzieren, müssen aber mit großer Vorsicht verwendet werden, da sie auch die EEG-Aktivität von Interesse filtern und die EEG-Wellenformen stark verzerren können.

Das EEG beruht auf dem Prinzip der differentiellen Verstärkung oder der Aufzeichnung von Spannungsdifferenzen zwischen verschiedenen Punkten unter Verwendung eines Elektrodenpaares, das eine aktive erforschende Elektrodenstelle mit einer benachbarten oder entfernten Referenzelektrode vergleicht. Nur durch die Messung von Unterschieden im elektrischen Potenzial werden wahrnehmbare EEG-Wellenformen erzeugt. Wenn die aktive Sondierungselektrode (G1, für “Grid 1”, eine historische Konvention aus der analogen Verstärkung) negativer ist als die Referenzelektrode (G2), ist das EEG-Potenzial über den horizontalen Meridian gerichtet (d. h. eine aufwärts gerichtete Welle), während im umgekehrten Fall, wenn die Referenzelektrode negativer ist, der EEG-Potenzialvektor unter den horizontalen Meridian gerichtet ist (abwärts gerichtetes Potenzial). Andere Möglichkeiten der Polarität sind in Abbildung 2 dargestellt.

Ein mit dem EEG verwandtes Verfahren ist das MEG, bei dem keine elektrische Aktivität aufgezeichnet wird, sondern Sensoren zur Erfassung der vom Gehirn erzeugten Magnetfelder verwendet werden. Die MEG liefert ergänzende Informationen zum EEG, indem sie die Aktivität der magnetischen Dipole des Gehirns aufzeigt. Da die Magnetfelder durch die biologischen Filter des Kopfes weniger beeinträchtigt werden als die elektrische Aktivität, können die MEG-Dipole genauere Orte für zerebrale epileptiforme Generatoren liefern als das EEG. Eine detaillierte Besprechung der MEG würde den Rahmen dieser Übersichtsarbeit sprengen. Der interessierte Leser wird auf die ausgezeichnete aktuelle Literatur zu diesem Thema verwiesen (1-3). Siehe Abbildung 3 für ein Beispiel für MEG.