Brief History and Background

Pierwsze znane neurofizjologiczne nagrania zwierząt zostały wykonane przez Richarda Catona w 1875 roku. Nagrywanie aktywności elektrycznej u ludzi zajęło kolejne pół wieku. Hans Berger, niemiecki psychiatra, był pionierem EEG u ludzi w 1924 roku. EEG jest techniką elektrofizjologiczną służącą do rejestracji aktywności elektrycznej pochodzącej z ludzkiego mózgu. Ze względu na wyjątkową czułość czasową, EEG jest stosowane głównie do oceny dynamicznego funkcjonowania mózgu. EEG jest szczególnie przydatne w ocenie pacjentów z podejrzeniem napadów drgawkowych, padaczki i nietypowych czarów. Praktycznie wszyscy chorzy z padaczką, poza pewnymi wyjątkami, wykazują charakterystyczne zmiany w zapisie EEG podczas napadu padaczkowego (zapisy ictal, czyli w trakcie napadu). Większość pacjentów z padaczką wykazuje również charakterystyczne międzynapadowe (lub międzynapadowe) wyładowania padaczkowe (IED) określane jako spike (czas trwania <70 μsec), spike i fala lub wyładowania typu sharp-wave (czas trwania 70-200 μsec).

EEG zostało również przyjęte dla kilku innych wskazań klinicznych. Na przykład, EEG może być stosowany do monitorowania głębokości znieczulenia podczas zabiegów chirurgicznych; biorąc pod uwagę jego wielką czułość w pokazując nagłe zmiany w funkcjonowaniu neuronów, nawet jak po raz pierwszy wystąpić, to okazało się dość pomocne w tym ustawieniu w monitorowaniu dla potencjalnych powikłań, takich jak niedokrwienie lub zawał. Przebiegi EEG mogą być również uśredniane, dając początek potencjałom wywołanym (EPs) i potencjałom związanym z wydarzeniami (ERPs), potencjałom, które reprezentują aktywność neuronalną, która jest czasowo związana z określonym bodźcem. EPs i ERP są wykorzystywane w praktyce klinicznej i badaniach naukowych do analizy wzrokowego, słuchowego, somatosensorycznego i wyższego funkcjonowania poznawczego.

Uważa się, że EEG jest generowane głównie przez korowe neurony piramidowe w korze mózgowej, które są zorientowane prostopadle do powierzchni mózgu. Aktywność neuronalna wykrywalna przez EEG jest sumą wzbudzających i hamujących potencjałów postsynaptycznych stosunkowo dużych grup neuronów, strzelających synchronicznie. Konwencjonalne EEG rejestrowane przez skórę głowy lub powierzchnię kory nie jest w stanie zarejestrować chwilowych zmian lokalnych potencjałów pola wynikających z potencjałów czynnościowych neuronów. Więcej szczegółów na temat zasad neurofizjologicznych leżących u podstaw EEG znajduje się w Dodatku 1.

Niefortunną rzeczywistością EEG jest to, że aktywność mózgowa może być przytłoczona przez inną aktywność elektryczną generowaną przez ciało lub w środowisku. Aby być widocznym na powierzchni skóry głowy, miniaturowe, mózgowo generowane napięcia EEG muszą najpierw przejść przez wiele biologicznych filtrów, które zarówno zmniejszają amplitudę sygnału, jak i rozprzestrzeniają aktywność EEG szerzej niż jego oryginalny wektor źródłowy. Napięcia mózgowe muszą przemierzyć mózg, płyn mózgowo-rdzeniowy, opony mózgowe, czaszkę i skórę zanim dotrą do miejsca rejestracji, gdzie mogą zostać wykryte. Dodatkowo, inne biologicznie generowane aktywności elektryczne (przez mięśnie skóry głowy, oczy, język, a nawet odległe serce) tworzą masywne potencjały napięciowe, które często przytłaczają i przesłaniają aktywność mózgową. Czasowe oderwanie elektrod rejestrujących (tzw. artefakt “electrode pop”) może dodatkowo pogorszyć zapis EEG, a nawet imitować rytmy mózgu i napady drgawkowe. Wniosek jest taki, że biologiczne i środowiskowe artefakty elektryczne często zakłócają zdolność interpretatora do dokładnej identyfikacji zarówno normalnych rytmów, jak i wzorców patologicznych. Na szczęście, artefakty posiadają wiele cech wyróżniających, które są łatwo rozpoznawalne przez dobrze wyszkolonych, uważnych obserwatorów. W Załączniku 4 podano kilka przykładów artefaktów powszechnie spotykanych podczas rejestracji EEG.

Typowy wyświetlacz EEG wyświetla napięcia w domenie pionowej i czas w domenie poziomej, zapewniając wyświetlanie w czasie zbliżonym do rzeczywistego bieżącej aktywności mózgowej (Rycina 1). Dzięki cyfrowemu zapisowi i przeglądowi, tłumacz może zmienić kilka aspektów wyświetlania EEG dla wygody i zrozumiałości danych. Tłumacz jest w stanie dostosować czułość (zwaną też “wzmocnieniem”) zapisu, w mikrowoltach na milimetr, aby zwiększyć lub zmniejszyć wysokość wyświetlanych przebiegów. Można również zmienić ilość wyświetlanego czasu, który jest czasami określany jako epoka, a dawniej był znany jako “prędkość papieru”. Krótsze interwały mogą być oglądane w ciągu kilku sekund na ekranie komputera, co jest wyraźną zaletą przy oglądaniu bardzo krótkich zdarzeń EEG, takich jak spajki padaczkowe. I odwrotnie, skala czasu może być rozszerzona do wyświetlania dłuższych odcinków EEG w ciągu kilku minut, aby przyjrzeć się powoli rozwijającym się wyładowaniom rytmicznym. Filtry cyfrowe mogą być również stosowane w celu zmniejszenia artefaktu w pewnych ustawieniach, ale muszą być stosowane z dużą ostrożnością, ponieważ filtrują one również interesującą nas aktywność EEG i mogą poważnie zniekształcić kształty fal EEG.

EEG wykorzystuje zasadę wzmocnienia różnicowego, czyli rejestracji różnic napięć pomiędzy różnymi punktami za pomocą pary elektrod, która porównuje jedno aktywne miejsce elektrody badającej z innym sąsiadującym lub odległym miejscem elektrody referencyjnej. Tylko poprzez pomiar różnic w potencjale elektrycznym generowane są dostrzegalne przebiegi EEG. Zgodnie z konwencją, gdy aktywna elektroda badająca (określana jako G1, od “Grid 1”, historyczna konwencja z analogowej amplifikacji) jest bardziej ujemna niż elektroda referencyjna (G2), potencjał EEG jest skierowany powyżej południka poziomego (tj. fala w górę), podczas gdy w przypadku odwrotnym, gdy elektroda referencyjna jest bardziej ujemna, wektor potencjału EEG jest skierowany poniżej południka poziomego (potencjał w dół). Inne możliwości polaryzacji przedstawiono na rysunku 2.

Techniką pokrewną do EEG jest MEG, która nie rejestruje aktywności elektrycznej, ale raczej wykorzystuje czujniki do przechwytywania pól magnetycznych generowanych przez mózg. MEG dostarcza komplementarnych informacji do EEG poprzez wykazanie aktywności magnetycznych dipoli mózgowych. Ponieważ pola magnetyczne są mniej zdegradowane przez filtry biologiczne głowy niż aktywność elektryczna, dipole MEG mogą dawać dokładniejszą lokalizację mózgowych generatorów padaczkowych niż EEG. Szczegółowy przegląd MEG wykracza poza zakres tego opracowania. Zainteresowanego czytelnika odsyłamy do znakomitej najnowszej literatury na ten temat (1-3). Patrz rysunek 3 jako przykład MEG.