EEG és a benne tükröződő abnormalitások (N)Agy - bajban EEG és a benne tükröződő abnormalitások

Comparison to other “Windows on the Brain"

Elektroenkefalogram (EEG) Kiváló időbeli felbontás Relatíve non-invázív és nem kellemetlen Az EEG — egy oszcilláló feszültség, melyet a hajas fejbőrről vezetünk el sok neuron együttes aktivitását mutatja kicsi (µV-os nagyságrend) Legismertebb frekvencia sávok Delta 0.5-4 Hz Theta 4-8 Hz Alpha 8-13 Hz Beta 13-30 Hz Gamma 30-50 Hz

Az EEG történeti háttere Elektroenkefalogram= elektro: elektromos, enkefal(o): agy, gram(ma): kép - Caton 1875-ben végezte az első elvezetéseket nyulakon Hans Berger (1924) az első EEG elvezetések 1929-ben az első tudományos közlemények az EEG-ről. Nagy bizakodás: „ablak a gondolatokra”. Az alapjelenségek leírásának időszaka. Grass és Gibbs (1938) az első átfogó atlaszok megjelenése - 1947 London: International Congress of Electroencephalography and Clinical Neurophysiology - 1958 International Federation of Societies of EEG and Clinical Neurophysiology, 10/20-as nemzetközi standard bevezetése 1960-tól az első digitális EEG vizsgálatok. Ma: standard klinikai és kutatási eszköz. Utóbbi 10 évben jelentősége csökkent

Az EEG történeti háttere Hans Berger (1873-1941) a jénai egyetemen hozta létre az első EEG laboratóriumot (alpha hullámok).

Forrásai? Glia sejtek – minimális, némi DC potenciál Neuronok Akciós potenciálok (AP) – NEM (!!!!), agyszövet kapacitása erős, mint Low Pass filter hat és eleve túl gyors időben Post-synaptikus potenciálok – IGEN (!!!!), mind az IPSP-k mind az EPSP-k (térbeli szummációval).

Az EEG keletkezésének alapjai Az EEG jel generátorai: agykérgi anatómia 5. réteg

Az EEG keletkezésének alapjai Az EEG generátorai az agykérgi piramissejtek és közvetlen neuronális kapcsolataik (kolumnák).

Az agykérgi dipólus keletkezésének vázlata A piramissejt testeket és dendriteket tartalmazó rétegek közötti töltéskülönbség áramot indukál. Az EEG jel poszt-szinaptikus potenciálok (EPSP, IPSP) és a sejtmembránok lokális potenciálváltozásait kompenzáló extracelluláris-hosszanti áramok eredője.

Az EEG keletkezésének alapjai A hajas fejbőrön elhelyezett EEG elektródák a helyi agykérgi extracelluláris áramok feszültségkülönbségét mérik. Az EEG-n csak a koponya görbületére merőleges dipólusok adnak jelet. A sulcusokban a koponya érintőjével párhuzamos kolumnák nem adnak EEG hullámot. Miért?

A generátorok szinkronizációja és az EEG jel Csak az egyidőben (szinkronizáltan) aktív egységek (kolumnák, generátorok) áramai összegződhetnek az EEG-ben Normál éber állapotban a neuronok csak néhány százaléka működik szinkronizáltan, mégis ezek adják az EEG jel ~90%-át. - EEG szinkronizáló mechanizmusok: agytörzs, thalamus (főként alpha és beta + mélyebb rétegekkel interakcióban - delta), septohippocampalis rendszer és limbikus rsz. részei /hippocampus, cingulatum/ (theta), kéreg - Az EEG-jel amplitúdójának nagysága a szinkron aktivált modulok számával arányosan nő. Az elektródák méretét hozzáadva ez kb. azt jelenti, hogy egy elektróda alatt közel 250.000 neuron szinkron tevékenységét kellene regisztrálni. Általános szabály: magas frekvenciás oszcilláció – kisebb neuronális hálózat, míg alacsony frekvencia-oszcilláció – nagyobb neuronpopuláció

Elektródák Az elektromos potenciálokat szállítják a regisztráció helyétől a regisztráló berendezésig (EEG gép) Típusai Intracraniális elvezetés Disc-ek vagy cup-ok, emellett néha tű elektróda, és speciálisan temporális lebenytünetek esetén: nasopharyngealis vagy sphenoidális elektróda Anyaguk: arany, Ag/AgCl vagy más anyag, a lényeg, hogy ne kerüljön elektromos kölcsönhatásba a skalppal (értsd összepolarizálódás) Cél: ellenállás (itt: impedancia) csökkentése, melléktermékek (artefaktumok) kizárása, minimalizálása Ehhez megfelelő vezetés biztosítása (tisztítás + vezetés) → megfelelő paszta kiválasztása!

Intracraniális elvezetés

EEG elvezetési technikák Elektróda pozíciók: a nemzetközi 10/20-as rendszer, 19 elektróda (elnevezésben lebeny neve, z: zentrale /középvonal/, páros – jobb oldal, páratlan: bal oldal). Inion, nasion és interaurikuláris távolságok (pl. sapka esetén elég ezt a két távolságot megkeresnünk, megállapítanunk)

EEG elvezetési technikák Az elektródák száma bővíthető, ilyenkor az alaprendszert alkotó elektródák közti távolságok felezőpontjaira kerülnek az új elektródák (10/10-es rendszer) Standard elektróda számok: 8, 16, 19, 32, 64, 128, 256  High density EEG. 3-féle elvezetés: - monopoláris - bipoláris - average reference

Non – cerebrális pontok Egyéb pontok Non – cerebrális pontok Cél: a műtermékek csökkentése/kizárása Más testi funkciók által generált műtermékeket is!!! Pl: szemmozgás (EOG – elektro-okulogram), izommozgás (különösen axiális), légzés, egyéb motoros válaszok (különösen alvásnál)

A monopoláris elvezetés Az EEG feszültségKÜLÖNBSÉGET mér. Mik között? Az összes aktív elektródát egy közös referencia elektródával kötjük össze. A közös elektróda általában a Cz (de nem mindig, az adott feladattól is függ). Monopoláris elvezetést kutatási célokra érdemes használni. Gyakori földpontok: orr, fül, összekötött masztoidok, homlok. A földelés célja a zaj csökkentése.

A bipoláris elvezetés Két aktív skalpi pont közötti feszültség-különbség mérése. Hosszanti és transzverzális kapcsolások. Főleg klinikai, diagnosztikai célokra használható (pl. epileptikus fókusz lokalizáció).

Average (re)reference – weighted average reference Virtuálisan kiszámítom az átlag aktivitást és kivonom minden egyedi elektróda jeléből Plusz: súlyozom a regisztráció alatt referencia-pontnak a megadott elektródától mért távolságával.

Téri adatokat/viszonyokat tudhatunk még meg… Eredet lokalizáció (source localization) Intracraniálisan vagy matematikai kalkulációkkal (segíthet pontosítani pl. az alany MR felvétele – BESA) Topográfia 2 vagy 3 D

Klinikai alkalmazás Számos specialitás (életkor, alvás, kóma) Általános technikai standardok: minimum 20 perc tiszta regisztrációs idő, legtöbb kritérium beépítve (filter, kalibráció), egyéb adatok rögzítése (név, kor, regisztráció ideje, megjegyzések), elektródák száma (és típusa) korfüggő Kóma: nagyon körülírt EEG-alapú definíció, fontos regisztrációs előírások Khm… telefonon keresztüli EEG transzmisszió

Analízis és regisztráció specialitások Kvantitatív analízis Mapping Automatizált esemény (event) detekció – jel karakterisztikájának osztályozása (főként klinikum) Intraoperatív EEG monitorozás (carotis endarterectomia esetén) Folyamatos EEG és video-monitorozás Ambuláns monitorozás (24 órás minimum) két utóbbi rohamot indukáló panaszok esetén pl. epilepszia

A normális EEG 20 - 60 év közötti egészséges, éber, gyógyszermentes egyén csukott szem mellett, relaxált állapotban: 8 - 13 Hz közötti háttértevékenység (alfa túlsúly occipitális és parietális területeken szemnyitásra az alfa tevékenység gátlódik (deszinkronizáció) lassú és gyors alfa variánsok frontális béta aktivitás Jelenléte nem jelenti, hogy nincs agyi pathológia!

A normál EEG + artefaktok (műtermékek)

EEG Frekvencia Amplitúdó Beta > 13 Hz Alpha 8-13 Hz 5-15 mV Theta 4-7 Hz 10-50 mV Delta < 4 Hz > 50 mV

Nem-cerebrális eredet Csoportosítása: fiziológiai vagy nem-fiziológiai Műtermékek Nem-cerebrális eredet Csoportosítása: fiziológiai vagy nem-fiziológiai Fiziológiai: testi aktivitás (mozgás, bioelektromos jelek, bőrellenállás megváltozása) Nem-fiziológiai: külső elektromos interferencia (50 Hz) vagy a rendszer nem megfelelő belső elektronikus működése (elektróda vagy kábelhiba pl.)

Hálózati frekvencia

Szemmozgások

Izom

Az egyes hullámtípusok és jellemzőik

Más adatok szerint: 1 – 4 Hz Nagyrészt alváskor vagy altatásban, de: növekedése jelezhet tumort; Inverz viszonyban van a glukóz metabolizmussal 1-2 évig domináns Összességében gátló ritmusnak tartják

A deltához hasonlóan az életkor előrehaladtával aránya csökken 4 – 8 Hz Két fajtája van: Alvás, szendergés (kiterjedt skalp-eloszlás) alatt Fókuszált figyelem, hatékony ingerfeldolgozás (frontal midline) (generátora: ACC) Úgy tartják, hogy az infofeldolgozási áramlatban kapuzási funkciója van a limbikus régiókban.

8 – 13 Hz Relaxált állapot, csukott szemek Posterior, POT, parietalis régióknál legnagyobb amplitúdó Szemnyitásra eltűnik (hmmm...) Az életkor előrehaladtával egyenes arányban növekszik mértéke.

13 – 30 Hz Szimmetrikus fronto-centrális eloszlás Főként: figyelem, éberség Az életkor előrehaladtával egyenes arányban növekszik mértéke.

Gamma aktivitás 36 – 44 Hz Nagyrészt: figyelem, arousal, tárgyfelismerés, észlelési feldolgozások top-down modulációi, perceptuális binding (pl. Gestalt) Sokak szerint direkten köthető az agyi aktivitáshoz Generátorai lehetnek: intrakortikális összeköttetések, szinaptikus interakciók a kéreg, a thalamus és a limbikus rsz. között, agytörzs-thalamus kolinerg aktiváció.

Kevésbé ismert sávok Mű: főként fiataloknál, 7-11 Hz, centrális/parietális, főként vizuális ingerekre, bétával alterál Lambda: fűrészfog-mintázat, pozitív polaritás occipitálisan, főként vizuális ingerekre – ellenpólusa a vertexen a v-hullám Kappa: temporális, nagyon alacsony amplitúdójú alfa és theta mintázattal

Normál aktivitást megzavarhatja … Hiperventilláció Alvás Photikus ingerlés (villódzó fények pl.) Olyan inger, mely az adott alany viselkedését befolyásolhatja Drogok

Normál EEG – életkori sajátosságok 19 év vagy alatta: az anatómiai és fiziológiai fejlődéssel párhuzamosan fejlődik (érik) Koraszülöttek 29 hétnél kevesebb: folyamatosan összefüggéstelen jelek, bilaterális szinkronitás (tracé discontinu) 29-31 hét: nagyobb arányú szinkronitás, temporális theta burst-ök 32-34 hét: max 15 mp-es figyelmi állapot élénk ingerlés mellett 34-37 hét: reaktivitás oké, tracé alterant 38 hét: nagyjából normál, elkülöníthető alvási szakaszokkal 46 hét után: külön area külön ritmus Születés utáni 3. hónapig: poszterior dominancia, centrális 5-6 Hz, mely 4-6 hónapos korra 5-8 Hz lesz, 3-4 hónaposok ¾-e 3-4 Hz occipitális ritmus, alfa-prekurzor Gyermekkortól késő serdülőkorig: sok időlegesen megjelenő mintázat, de egyre nagyobb hasonlóság a felnőtt ritmikához

Nagyjából olyan, mint a felnőtt mintázat, DE: 60 év felett Nagyjából olyan, mint a felnőtt mintázat, DE: Lassabb alfák, kevésbé folyamatos és kevésbé reaktív Béta gyakran kiemelkedőbb Szórványos generalizált lassú hullámok: kissé rendszeresebb intermittáló temporális lassú hullámok, normál esetben is megjelenik főként bal oldalon Alvás: kevesebb mély alvás, több éberség zavarja meg Fő abnormalitás: hasonló, mint fiatalabb korban, de lassú hullámok szélesebb köre elfogadott

A patológiás EEG Kóros az EEG, ha: Epileptiform aktivitás Lassult háttértevékenység Amplitúdó abnormalitások Normál aktivitásra emlékeztető, de bizonyos jellemzőkben attól eltér 5. Specifikus minták

1 – 2 terminus technicus Roham: a mentális, szenzoros vagy autonóm aktivitás általában rövid ideig tartó zavara, melyet egy abnormális rohamszerű, nem állandó zavart mutató agyi aktivitás okoz Konvulzió (vonaglás): olyan roham, ami a szomatikus izmok akaratlan összehúzódásával jár. Epilepszia: olyan állapot, melyben a rohamok krónikusan visszatérnek, oka vagy ismert (szimptomatikus) vagy ismeretlen (idiopátiás) Status epilepticus: olyan sok rohamepizód, hogy nincs ideje visszatérni a rohammentes alapszintre Epilepsia partialis continua: ismétlődő roham, gyakran ritmikus rángással, nem formál rohamepizódot Diagnózis esetén két fő kérdés: 1. Részleges vagy generalizált-e a roham? 2. Idiopátiás vagy szimptomatikus

A patológiás EEG Példa a speciális epileptiform aktivitásra: 3 Hz tüskehullám-paroxizmus

Epileptiform aktivitás Lehet lokalizált, generalizált vagy speciális Lokalizált: fokális, irritatív kérgi léziók (babáknál szétterjedtebb léziók), toxikus, metabolikus abnormalitás Generalizált: vagy nem kapcsolható felmutatható lézióhoz vagy számos olyan kondícióhoz kapcsolható, mely növeli a kéregalatti központok ingerelhetőségét Speciális: számos patológiás korrelátuma van

Lokalizált epileptiform mintázatok Egy vagy sok helyi spike-szerű mintázat vagy éles hullám többnyire lassú hullámokkal kombinálva (legtöbbször elektronegatív). Rohamok közötti epileptikus aktivitás (interiktális) – rövid ideig. Iktális: pár másodperc, hirtelen kezdődik, ritmikus, de alakban, frekvenciában, eloszlásban változik. Aszimmetrikusan mindkét féltekét érintik.

(Cseri Barbara, szakdolgozat)

Generalizált epileptiform aktivitás Mindkét félteke több pontján, nagyrészt szimmetrikusan jelenik meg, éles hullámok, spike-ok, lassú hullámokkal kombinálva Interiktális: szabályos intervallumokban visszatérő komplex mintázatok Iktális: ismétlődik vagy olyan mintázatot tartalmaz, mely különböző, progresszíven változó elemeket tartalmaz Számos oka lehet: genetikus, toxikus, metabolikus

(Cseri Barbara, szakdolgozat)

Lassú hullámok Lehet lokalizált, generalizált aszinkron vagy bilaterális szinkron Lokalizált: olyan fehérállomány-lézió, mely érintheti a kérget is Generalizált aszinkron: kérgi funkciók széleskörű zavara, főként a kéregalatti fehérállomány érintett Bilaterális szinkron: kéregalatti vagy kérgi szürkeállomány vagy mély középvonali lokális zavar. Lehet strukturális károsodás, metabolikus vagy toxikus eredetű betegség következtében

Lokalizált lassú hullámok Fokális (egy vagy pár szomszédos elektródán), 8 Hz alatti hullámok. Oka általában egy strukturált lézió, melynek akkut kezdete van vagy progresszív lefolyású. Ha akkut, akkor a sérülés idejekor jelentkezik, hetekig vagy hónapokig fennmarad.

Generalizált aszinkron lassú hullámok 8 Hz alatti hullámok, bilaterális, de a 2 félteke között nincs egy konstans idői reláció. Változó frekvencia, szabálytalan hullámalakkal. Szemnyitásra csökken, hiperventilláció esetén növekszik. Normál esetben is megjelenhet (pl. alvás), többek között emiatt nehéz ezt a tünetet az esetleges diagnózisok szűkítésére használni. Az egyik leggyakoribb tünet.

Bilaterális szinkron lassú hullámok Nevében az íze. Érintheti az egész skalpot vagy egy szűkebb régiót. Legtöbb esetben az eloszlás pillanatonként tolódik. Általában egy alakja van, de lehet szabálytalan és aritmikus is. Szemnyitásra, csökken vagy eltűnik, hiperventilláció vagy szundikálás esetén növekszik.

Abnormális amplitúdó Lehet lokalizált vagy generalizált Lokalizált Csökkenés: felületi léziók, melyek csökkentik az elektromos potenciálok nagyságát vagy a kéreg és az elektróda közötti állományok, struktúrák okozhatják a jel csökkenését Növekedés: koponya defektek Generalizált Elektromos potenciálok generálásának csökkenése, vezető közegek ellenállásának növekedése

Amplitúdó-változások Aszimmetrikus: két félteke között különbség, lehet teljes vagy lokálisabb, általában kb. 0.5 – 2 Hz frekvenciacsökkenéssel jár. Oka lehet: egyoldali lézió. A sérülés oldalán α és ß csökkenés. Generalizált, szimmetrikus: akkor diagnosztikus erejű, ha van korábbi felvétel is. Jobb, ha más frekvenciatartományokkal hasonlítjuk össze (eloszlás, amplitúdó) és nem egy értékhez viszonyítunk (egyéni különbségek). Okok: bilaterális felületi léziók, melyek átmenetileg vagy hosszabb távon csökkentik a kérgi funkciók erejét, Huntington-kór, kóma, toxinok Érdekes módon szedáló szerek időlegesen megemelik a ß aktivitást.

Normál aktivitástól való speciális eltérések • Megnyilvánulhat: Frekvencia-változás Reakció-képesség megváltozása Eloszlásbeli változás

Eltérés a normál mintázattól Abnormális lelassulás az α ritmusban Az α abnormális reakcióképessége α, ß és θ aktivitás kómában és/vagy rohamok alatt Abnormális reakcióképesség kómában Abnormális idői lefutás és előfordulás alvási mintázatban

Fontos általánosságok Hasonló léziókat, hasonló EEG mintázatokat számos különböző neurológiai betegség okozhat! Sok betegség egynél több abnormalitást okozhat! Csak az EEG nem elegendő diagnosztizáláshoz! Amire jó: több diagnózis lehetősége közül választhat/leszűkítheti a kört.

Az EEG diagnosztikus ereje MAGAS: gyors, progresszív féltekei betegségek, középvonali diencephalikus és mesencephalikus struktúrák sérülése esetén KÖZEPES: progresszív helyi féltekei léziók, középvonali mesencephalikus/diencephalikus sérülések (CT vagy MR kell még hozzá) ALACSONY: féltekék alatti vagy enyhe, régi, állandóan fennálló, lassan progresszív sérülések esetén, mélyagyi struktúrák sérülésekor (kisagy, agytörzs, agyidegek)

A; normál alvási EEG B; felső agytörzsi régió akkut demielinizációja C; szívmegállás utáni újraélesztés – status myoclonicus D; szívmegállás utáni újraélesztés (másik beteg) E; újraélesztés után – nem-konvulzív status epilepticus

Irodalom Fish & Spehlmann’s EEG Primer (Basic Principles of Digital and Analog EEG) Elsevier, 1999