Brief History and Background

Le prime registrazioni neurofisiologiche conosciute di animali sono state effettuate da Richard Caton nel 1875. L’avvento della registrazione dell’attività elettrica degli esseri umani ha richiesto un altro mezzo secolo. Hans Berger, uno psichiatra tedesco, fu il pioniere dell’EEG negli esseri umani nel 1924. L’EEG è una tecnica elettrofisiologica per la registrazione dell’attività elettrica proveniente dal cervello umano. Data la sua squisita sensibilità temporale, l’utilità principale dell’EEG è nella valutazione del funzionamento cerebrale dinamico. L’EEG è particolarmente utile per valutare i pazienti con sospetto di convulsioni, epilessia e incantesimi insoliti. Con alcune eccezioni, praticamente tutti i pazienti con epilessia dimostreranno alterazioni EEG caratteristiche durante una crisi epilettica (registrazioni ictali, o durante la crisi). La maggior parte dei pazienti con epilessia mostrano anche caratteristiche scariche epilettiformi interictali (o tra le crisi) (IED) denominate scariche spike (<70 μsec durata), spike e onda, o sharp-wave (70-200 μsec durata).

EEG è stato adottato anche per diverse altre indicazioni cliniche. Per esempio, l’EEG può essere usato per monitorare la profondità dell’anestesia durante le procedure chirurgiche; data la sua grande sensibilità nel mostrare improvvisi cambiamenti nel funzionamento neurale anche quando si verificano per la prima volta, si è dimostrato molto utile in questo contesto nel monitoraggio di potenziali complicazioni come ischemia o infarto. Le forme d’onda EEG possono anche essere mediate, dando luogo a potenziali evocati (EP) e potenziali evento-correlati (ERP), potenziali che rappresentano l’attività neurale di interesse che è temporalmente correlata a uno stimolo specifico. Gli EP e gli ERP sono utilizzati nella pratica clinica e nella ricerca per l’analisi del funzionamento visivo, uditivo, somatosensoriale e cognitivo superiore.

Si pensa che l’EEG sia generato principalmente dai neuroni corticali piramidali nella corteccia cerebrale che sono orientati perpendicolarmente alla superficie del cervello. L’attività neurale rilevabile dall’EEG è la somma dei potenziali postsinaptici eccitatori e inibitori di gruppi relativamente grandi di neuroni che sparano in modo sincrono. L’EEG convenzionale registrato sul cuoio capelluto o sulla superficie corticale non è in grado di registrare i cambiamenti momentanei del potenziale di campo locale derivanti dai potenziali d’azione neuronali. Si prega di vedere l’Appendice 1 per ulteriori dettagli sui principi neurofisiologici alla base dell’EEG.

Una realtà sfortunata dell’EEG è che l’attività cerebrale può essere sopraffatta da altre attività elettriche generate dal corpo o nell’ambiente. Per essere visti sulla superficie del cuoio capelluto, le minuscole tensioni EEG generate a livello cerebrale devono prima passare attraverso molteplici filtri biologici che riducono l’ampiezza del segnale e diffondono l’attività EEG più ampiamente del suo vettore di origine. Le tensioni cerebrali devono attraversare il cervello, il CSF, le meningi, il cranio e la pelle prima di raggiungere il sito di registrazione dove possono essere rilevate. Inoltre, altre attività elettriche generate biologicamente (dai muscoli del cuoio capelluto, gli occhi, la lingua, e anche il cuore lontano) creano potenziali di tensione massiccia che spesso sopraffare e oscurare l’attività cerebrale. Distacchi temporanei degli elettrodi di registrazione (chiamato artefatto “electrode pop”) possono erodere ulteriormente l’EEG, o addirittura imitare i ritmi cerebrali e le convulsioni. La linea di fondo è che gli artefatti elettrici biologici e ambientali spesso interferiscono con la capacità dell’interprete di identificare con precisione sia i ritmi normali che i modelli patologici. Fortunatamente, gli artefatti possiedono molte caratteristiche distintive che sono facilmente identificabili da osservatori attenti e ben addestrati. Vedere l’Appendice 4 per diversi esempi di artefatti comunemente incontrati durante la registrazione EEG.

Un tipico display EEG grafici tensioni nel dominio verticale e il tempo nel dominio orizzontale, fornendo una visualizzazione quasi in tempo reale di attività cerebrale in corso (Figura 1). Con la registrazione e la revisione digitale, l’interprete può modificare diversi aspetti della visualizzazione EEG per comodità e intelligibilità dei dati. L’interprete è in grado di regolare la sensibilità (nota anche come “guadagno”) della registrazione, in microvolt per millimetro, per aumentare o ridurre l’altezza di visualizzazione delle forme d’onda. Si può anche alterare la quantità di tempo visualizzata, che a volte è indicata come un’epoca ed era conosciuta come “velocità della carta”. Intervalli più brevi possono essere visualizzati con pochi secondi sullo schermo di un computer, un netto vantaggio per la visualizzazione di eventi EEG molto brevi come i picchi epilettiformi. Al contrario, la scala temporale può essere ampliata per visualizzare segmenti più lunghi di EEG su diversi minuti per guardare scariche ritmiche in lenta evoluzione. I filtri digitali possono anche essere applicati per ridurre l’artefatto in alcune impostazioni, ma devono essere utilizzati con grande cautela poiché filtrano anche l’attività EEG di interesse e possono distorcere gravemente le forme d’onda EEG.

EEG utilizza il principio di amplificazione differenziale, o registrare le differenze di tensione tra diversi punti utilizzando una coppia di elettrodi che confronta un sito di elettrodo esplorativo attivo con un altro vicino o lontano elettrodo di riferimento. Solo attraverso la misurazione delle differenze di potenziale elettrico si generano forme d’onda EEG distinguibili. Per convenzione, quando l’elettrodo attivo di esplorazione (chiamato G1, per “Grid 1”, una convenzione storica dell’amplificazione analogica) è più negativo dell’elettrodo di riferimento (G2), il potenziale EEG è diretto sopra il meridiano orizzontale (cioè, un’onda verso l’alto), mentre se è vero il contrario, dove l’elettrodo di riferimento è più negativo, il vettore potenziale EEG è diretto sotto il meridiano orizzontale (potenziale verso il basso). Altre possibilità di polarità sono mostrate nella Figura 2.

Una tecnica correlata all’EEG è MEG, che non registra l’attività elettrica ma, piuttosto, utilizza sensori per catturare campi magnetici generati dal cervello. La MEG fornisce informazioni complementari all’EEG dimostrando l’attività dei dipoli cerebrali magnetici. Poiché i campi magnetici sono meno degradati dai filtri biologici della testa rispetto all’attività elettrica, i dipoli MEG possono produrre posizioni più accurate per i generatori epilettiformi cerebrali rispetto all’EEG. Una rassegna dettagliata della MEG va oltre lo scopo di questa recensione. Il lettore interessato è rinviato all’eccellente letteratura recente sull’argomento (1-3). Vedi Figura 3 per un esempio di MEG.