EEG to cud fizyki i neurobiologii, który otwiera proste okno do ludzkiego mózgu. To okno jest często małe, a mimo to ujawnia tak wiele. Ale nie mniej ważnym cudem jest to, że ujawnia cokolwiek bez konieczności wcześniejszego otwierania czaszki. W tym roku przypada setna rocznica pierwszego ludzkiego EEG, wykonanego przez niemieckiego fizjologa Hansa Bergera.

Jak wynaleziono EEG?

Wyczyn Bergera poprzedziły stopniowe, ale znaczące postępy w Europie od końca XIX wieku. W 1875 roku brytyjski lekarz Richard Caton zgłosił dowody aktywności elektrycznej w mózgach małp i królików. Piętnaście lat później jego polski kolega Adolf Beck znalazł dowody na fluktuującą aktywność w mózgach psów i królików, gdy stymulował ich zmysły.

W 1912 roku Władimir Pravdich-Neminsky stworzył pierwsze EEG ssaków, mózgu psa. Berger zastąpił go w 1924 roku, tworząc odpowiednik ludzki. Przypisuje mu się również wynalezienie EEG, nadanie mu nazwy i wprowadzenie jego użyteczności w warunkach klinicznych.

Co to jest EEG?

EEG to skrót od elektroencefalografii. „Electro-” odnosi się do elektryczności; „-encephalo-” odnosi się do mózgu; a „-graphy” to przyrostek oznaczający „pokazywać” lub „reprezentować”.

Neurony w mózgu wykonują różne funkcje, przemieszczając naładowane elektrycznie cząsteczki, takie jak jony. Ruch tych cząsteczek powoduje aktywność elektryczną, którą pracownik służby zdrowia może zwizualizować za pomocą testu EEG. Naukowcy byli również w stanie powiązać dane uzyskane z EEG z różnymi poziomami i trybami aktywności mózgu i mogą ich użyć do niezawodnego rozróżniania stanów normalnych i nieprawidłowych.

EEG nie jest rzadkim testem diagnostycznym w warunkach klinicznych. Jest to między innymi standard odniesienia — tj. najlepszy dostępny test — do diagnozowania padaczki. Test EEG może również ujawnić skutki znieczulenia, wzorce snu, aktywność neurologiczną w śpiączce i dostępność tlenu. EEG może również potwierdzić śmierć mózgu, jedną z dwóch prawnie uznanych form śmierci w Indiach.

Naukowcy wykorzystują EEG w swoich badaniach w dziedzinie neuronauki, psychologii poznawczej, neurolingwistyki i neuromarketingu, a także do opracowywania interfejsów mózg-komputer.

Czym jest przewodzenie objętościowe?

EEG mierzy aktywność elektryczną mózgu generowaną przez neurony. Podczas badania EEG pracownik służby zdrowia umieści elektrody na Twojej skórze głowy. Między elektrodami a neuronami znajduje się wiele warstw skóry, płynu i kości. Gdy neuron wytwarza aktywność elektryczną, naładowane cząsteczki przemieszczają się przez wszystkie te media, zanim dotrą do elektrod, i zostaną odbite, załamane, rozproszone itp. po drodze.

Przewodzenie objętościowe odnosi się do ruchu aktywności elektrycznej przez tę trójwymiarową objętość. Oznacza również fakt, że aktywność elektryczna jest wytwarzana w jednym miejscu, podczas gdy detektory, które ją wykrywają, znajdują się w pewnej odległości.

Surowe dane zebrane przez elektrody będą najpierw musiały zostać skorygowane o wpływ przewodnictwa objętościowego, a następnie o szum w danych wynikający z wadliwych elektrod, przypadkowej aktywności fizjologicznej (np. mrugania lub aktywności mięśni). Na koniec lekarz interpretuje przetworzone dane.

Jak działa badanie EEG?

Neurony tworzące ludzki mózg nieustannie wymieniają atomy, cząsteczki, białka itp. ze swoim otoczeniem. Czasami neurony wypychają jony do przestrzeni między neuronami. Ponieważ jony o tym samym ładunku odpychają się, ten „ruch” może odpychać inne jony, które odpychają jeszcze inne jony i tak dalej.

Gdy duża liczba neuronów rozpoczyna tę kaskadę w tym samym czasie, (stosunkowo) duża fala aktywności elektrycznej przepływa przez mózg. Elektrody na skórze głowy są wykonane z metalu i śledzą zmiany napięcia, gdy fale przechodzą obok nich, tworząc elektroencefalogram.

Gdzie są umieszczone elektrody?

Możesz umieścić je w dowolnym miejscu, ale jeśli porównujesz notatki z naukowcem lub chcesz przestrzegać standardów klinicznych, powinieneś postępować zgodnie z Międzynarodowym Systemem 10-20. W tym systemie odległość między dwiema sąsiadującymi elektrodami wynosi albo 10%, albo 20% całkowitej odległości między dwoma punktami na głowie, wzdłuż których umieszczane są elektrody.

Cztery typowe punkty odniesienia to nasion (wgłębienie między oczami, tuż nad grzbietem nosa) i inion (grzebień z tyłu czaszki) biegnące od przodu do tyłu oraz od skrawka do skrawka i na boki. (Skrawek to mała, przypominająca klapkę wypustka na uchu zewnętrznym; wciska się ją, aby zamknąć uszy, gdy jest głośny hałas).

Co pokazuje EEG, a czego nie?

Zmiany napięcia rejestrowane na elektrodach są przesyłane do komputera, który kreśli odczyty na wykresie z napięciem na jednej osi i upływem czasu na drugiej. Pracownicy służby zdrowia są zazwyczaj zainteresowani dwoma rodzajami danych na wykresie: napięciem (mierzonym w milionowych częściach wolta) i częstotliwością zmian (mierzoną w hercach). Biorą również pod uwagę między innymi lokalizację neuronów odpowiedzialnych za aktywność elektryczną rejestrowaną przez test (np. w neocortex lub allocortex, dwóch typach kory mózgowej).

EEG jest lepsze od innych urządzeń diagnostycznych w śledzeniu stosunkowo szybkiej aktywności elektrycznej mózgu, rzędu milisekund. Z drugiej strony jest ono ukierunkowane na sygnały elektryczne generowane bliżej powierzchni kory, a w szczególności na prądy generowane przez dendryty neuronów, a nie na te generowane przez aksony. Proces określania, skąd pochodzi pewna aktywność elektryczna w mózgu, aby uzyskać pewne dane elektryczne, jest również mniej niż prosty.

Aby sprostać tym i innym wyzwaniom, naukowcy wykorzystują EEG w połączeniu z innymi testami, takimi jak obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI), i opracowali zaawansowane metody gromadzenia, przetwarzania i rekonstrukcji danych.

Czy EEG jest niedrogie?

Oprócz możliwości metrologicznych i diagnostycznych, konfiguracja EEG jest również stosunkowo prosta i opłacalna. Sprzęt nie zajmuje dużo miejsca, nie emituje promieniowania o wysokiej energii ani dźwięków, nie ogranicza pacjentów do małych przestrzeni (jak MRI), jest nieinwazyjny i przenośny. (Inwazyjna wersja EEG nazywana jest elektrokortykografią lub ECoG).

Podobnie, pomijając wady diagnostyczne, przygotowanie testu EEG jest czasochłonne — obejmuje nałożenie żelu na głowę osoby badanej i umieszczenie elektrod w precyzyjnych miejscach zgodnie z systemem 10-20 — a odczyty mogą być zakłócone, jeśli osoba badana ma choćby gęste włosy.