Methodik der Elektroenzephalographie

In der Regel wird das EEG mithilfe von Elektroden auf der intakten Kopfhaut aufgezeichnet. Elektrische Potenziale werden verstärkt und aufgezeichnet. Elektroenzephalographen verfügen über 16–24 oder mehr identische Verstärkungs- und Aufzeichnungseinheiten (Kanäle), die die gleichzeitige Aufzeichnung der elektrischen Aktivität der entsprechenden Anzahl von Elektrodenpaaren am Kopf des Patienten ermöglichen. Moderne Elektroenzephalographen arbeiten computergestützt. Verstärkte Potenziale werden digitalisiert; die kontinuierliche EEG-Aufzeichnung wird auf einem Monitor angezeigt und gleichzeitig auf einer Diskette aufgezeichnet. Nach der Verarbeitung kann das EEG ausgedruckt werden.

Potentialleitende Elektroden sind Metallplatten oder -stäbe unterschiedlicher Form mit einem Kontaktflächendurchmesser von 0,5–1 cm. Die elektrischen Potentiale werden dem Eingangsmodul des Elektroenzephalographen zugeführt, das über 20–40 oder mehr nummerierte Kontaktbuchsen verfügt, mit deren Hilfe die entsprechende Anzahl von Elektroden an das Gerät angeschlossen werden kann. In modernen Elektroenzephalographen vereint das Eingangsmodul einen Elektrodenschalter, einen Verstärker und einen EEG-Analog-Digital-Wandler. Vom Eingangsmodul wird das umgewandelte EEG-Signal einem Computer zugeführt, mit dessen Hilfe die Gerätefunktionen gesteuert sowie das EEG aufgezeichnet und verarbeitet wird.

Ein EEG zeichnet die Potenzialdifferenz zwischen zwei Punkten am Kopf auf. Dazu werden jedem Kanal des Elektroenzephalographen Spannungen von zwei Elektroden zugeführt: eine an „Eingang 1“ und die andere an „Eingang 2“ des Verstärkungskanals. Ein Mehrkontakt-EEG-Ableitungsschalter ermöglicht die Umschaltung der Elektroden für jeden Kanal in der gewünschten Kombination. Beispielsweise kann durch die Zuordnung der Okzipitalelektrode zur Buchse des Eingangsfelds „1“ auf einem beliebigen Kanal und der Temporalelektrode zur Buchse des Felds „5“ die Potenzialdifferenz zwischen den entsprechenden Elektroden in diesem Kanal aufgezeichnet werden. Vor Arbeitsbeginn erstellt der Forscher mit entsprechenden Programmen mehrere Ableitungsdiagramme, die zur Analyse der erhaltenen Aufzeichnungen verwendet werden. Zur Einstellung der Bandbreite des Verstärkers werden analoge und digitale Hoch- und Niederfrequenzfilter verwendet. Die Standardbandbreite bei der EEG-Aufzeichnung beträgt 0,5–70 Hz.

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Erfassung und Aufzeichnung von Elektroenzephalogrammen

Die Aufzeichnungselektroden sind so positioniert, dass alle Hauptbereiche des Gehirns, die mit den Anfangsbuchstaben ihrer lateinischen Namen bezeichnet sind, in der Mehrkanalaufzeichnung dargestellt werden. In der klinischen Praxis werden zwei Haupt-EEG-Ableitungssysteme verwendet: das internationale 10-20-System und ein modifiziertes Schema mit reduzierter Elektrodenanzahl. Wenn ein detaillierteres EEG-Bild erforderlich ist, ist das 10-20-Schema vorzuziehen.

Eine Referenzleitung ist eine Elektrode, bei der das Potenzial einer Elektrode oberhalb des Gehirns an Eingang 1 des Verstärkers und einer Elektrode weiter vom Gehirn entfernt an Eingang 2 geleitet wird. Die Elektrode oberhalb des Gehirns wird meist als aktiv bezeichnet. Die Elektrode weiter vom Gehirngewebe entfernt wird als Referenz bezeichnet. Das linke (A1 ₎ und das rechte (A2 ₎ Ohrläppchen dienen als Referenzelektroden. Die aktive Elektrode ist an Eingang 1 des Verstärkers angeschlossen. Wird ihr eine negative Potenzialverschiebung zugeführt, lenkt der Schreibstift nach oben aus. Die Referenzelektrode ist an Eingang 2 angeschlossen. In manchen Fällen dient eine Ableitung aus zwei kurzgeschlossenen Elektroden (AA), die sich an den Ohrläppchen befinden, als Referenzelektrode. Da das EEG die Potenzialdifferenz zwischen zwei Elektroden aufzeichnet, wird die Position des Kurvenpunkts durch Potenzialänderungen unter den beiden Elektrodenpaaren gleichermaßen, aber in entgegengesetzter Richtung, beeinflusst. In der Referenzleitung wird unter der aktiven Elektrode ein Wechselpotenzial des Gehirns erzeugt. Unter der hirnfernen Referenzelektrode herrscht ein konstantes Potenzial, das nicht in den Wechselstromverstärker gelangt und das Aufzeichnungsmuster nicht beeinflusst. Die Potenzialdifferenz spiegelt die Schwankungen des vom Gehirn unter der aktiven Elektrode erzeugten elektrischen Potenzials unverfälscht wider. Der Kopfbereich zwischen Aktiv- und Referenzelektrode ist jedoch Teil des „Verstärker-Objekt“-Stromkreises, und das Vorhandensein einer ausreichend starken Potenzialquelle in diesem Bereich, die asymmetrisch zu den Elektroden angeordnet ist, beeinflusst die Messwerte erheblich. Folglich ist die Lokalisierung der Potenzialquelle mit der Referenzleitung nicht ganz zuverlässig.

Bipolar ist die Bezeichnung für die Ableitung, bei der Elektroden oberhalb des Gehirns mit den Eingängen „Eingang 1“ und „Eingang 2“ des Verstärkers verbunden sind. Die Position des EEG-Aufzeichnungspunkts auf dem Monitor wird gleichermaßen von den Potenzialen unter jedem Elektrodenpaar beeinflusst, und die aufgezeichnete Kurve spiegelt die Potenzialdifferenz jeder Elektrode wider. Daher ist es unmöglich, die Form der Schwingung unter jeder Elektrode anhand einer bipolaren Ableitung zu beurteilen. Gleichzeitig ermöglicht die Analyse des von mehreren Elektrodenpaaren in unterschiedlichen Kombinationen aufgezeichneten EEGs die Bestimmung der Lokalisierung der Potenzialquellen, die die Komponenten der komplexen Gesamtkurve bilden, die mit der bipolaren Ableitung erhalten wird.

Wenn es beispielsweise eine lokale Quelle langsamer Schwingungen im hinteren Schläfenbereich gibt, erzeugt das Verbinden der vorderen und hinteren Schläfenelektroden (Ta, Tr) mit den Verstärkeranschlüssen eine Aufzeichnung, die eine langsame Komponente enthält, die der langsamen Aktivität im hinteren Schläfenbereich (Tr) entspricht, wobei schnellere Schwingungen, die von der normalen Gehirnsubstanz des vorderen Schläfenbereichs (Ta) erzeugt werden, darüber gelegt sind. Um die Frage zu klären, welche Elektrode diese langsame Komponente aufzeichnet, werden Elektrodenpaare auf zwei zusätzliche Kanäle geschaltet, von denen jeweils eine durch eine Elektrode des ursprünglichen Paars, d. h. Ta oder Tr, dargestellt wird und die zweite einer nicht-temporalen Ableitung, beispielsweise F und O, entspricht.

Es ist klar, dass im neu gebildeten Paar (Tr-O), einschließlich der posterioren temporalen Elektrode Tr, die sich oberhalb der pathologisch veränderten Hirnsubstanz befindet, die langsame Komponente wieder vorhanden sein wird. Im Paar, dessen Eingängen die Aktivität von zwei Elektroden oberhalb des relativ intakten Gehirns (Ta-F) zugeführt wird, wird ein normales EEG aufgezeichnet. Im Falle eines lokalen pathologischen kortikalen Fokus führt die Verbindung der oberhalb dieses Fokus befindlichen Elektrode zu einem Paar mit einer beliebigen anderen zum Auftreten einer pathologischen Komponente auf den entsprechenden EEG-Kanälen. Dies ermöglicht die Lokalisierung der Quelle pathologischer Schwingungen.

Ein zusätzliches Kriterium zur Bestimmung der Lokalisierung der Quelle des interessierenden Potenzials im EEG ist das Phänomen der Schwingungsphasenverzerrung. Schließen wir drei Elektroden wie folgt an die Eingänge zweier Kanäle eines Elektroenzephalographen an: Elektrode 1 an „Eingang 1“, Elektrode 3 an „Eingang 2“ von Verstärker B und Elektrode 2 gleichzeitig an „Eingang 2“ von Verstärker A und „Eingang 1“ von Verstärker B. Nehmen wir an, dass unter Elektrode 2 eine positive Verschiebung des elektrischen Potenzials im Vergleich zum Potenzial der übrigen Gehirnbereiche vorliegt (angezeigt durch das „+“-Zeichen), dann ist es offensichtlich, dass der durch diese Potenzialverschiebung verursachte elektrische Strom in den Schaltkreisen der Verstärker A und B die entgegengesetzte Richtung hat, was sich in entgegengesetzt gerichteten Verschiebungen der Potenzialdifferenz – Gegenphasen – in den entsprechenden EEG-Aufzeichnungen widerspiegelt. Somit werden die elektrischen Schwingungen unter Elektrode 2 in den Aufzeichnungen der Kanäle A und B durch Kurven mit gleichen Frequenzen, Amplituden und Formen, aber entgegengesetzter Phase dargestellt. Beim Umschalten der Elektroden über mehrere Kanäle eines Elektroenzephalographen in Form einer Kette werden gegenphasige Schwingungen des untersuchten Potenzials entlang der beiden Kanäle aufgezeichnet, an deren gegenüberliegende Eingänge eine gemeinsame Elektrode angeschlossen ist, die sich über der Quelle dieses Potenzials befindet.

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Regeln für die Aufzeichnung von Elektroenzephalogrammen und Funktionstests

Während der Untersuchung muss sich der Patient in einem licht- und schalldichten Raum auf einem bequemen Stuhl mit geschlossenen Augen befinden. Die Untersuchung wird direkt oder mit einer Videokamera durchgeführt. Während der Aufzeichnung werden signifikante Ereignisse und Funktionstests mit Markern markiert.

Beim Testen des Öffnens und Schließens der Augen treten im EEG charakteristische Elektrookulogramm-Artefakte auf. Die resultierenden EEG-Veränderungen ermöglichen es uns, den Kontaktgrad des Probanden und seinen Bewusstseinsgrad zu bestimmen und die Reaktivität des EEG grob abzuschätzen.

Um die Reaktion des Gehirns auf äußere Einflüsse zu erfassen, werden einzelne Reize in Form eines kurzen Lichtblitzes oder eines Tonsignals verwendet. Bei Patienten im komatösen Zustand ist die Anwendung nozizeptiver Reize durch Drücken eines Fingernagels auf die Basis des Nagelbetts des Zeigefingers des Patienten zulässig.

Zur Photostimulation werden kurze (150 μs) Lichtblitze mit einem nahezu weißen Spektrum und ausreichend hoher Intensität (0,1–0,6 J) verwendet. Photostimulatoren ermöglichen die Darstellung von Blitzserien zur Untersuchung der Rhythmusassimilationsreaktion – der Fähigkeit elektroenzephalographischer Schwingungen, den Rhythmus externer Reize zu reproduzieren. Normalerweise ist die Rhythmusassimilationsreaktion bei einer Flimmerfrequenz nahe dem EEG-Eigenrhythmus gut ausgeprägt. Rhythmische Assimilationswellen haben die größte Amplitude im Hinterkopfbereich. Bei lichtempfindlichen epileptischen Anfällen zeigt die rhythmische Photostimulation eine photoparoxysmale Reaktion – eine generalisierte Entladung epileptiformer Aktivität.

Hyperventilation dient primär der Induktion epileptiformer Aktivität. Der Proband wird gebeten, drei Minuten lang tief und rhythmisch zu atmen. Die Atemfrequenz sollte zwischen 16 und 20 Atemzügen pro Minute liegen. Die EEG-Aufzeichnung beginnt mindestens eine Minute vor Beginn der Hyperventilation und wird während der gesamten Hyperventilation sowie mindestens drei Minuten nach deren Ende fortgesetzt.