ELECTROENCEFALOGRAFIA

Electroencefalografia 49 ELECTROENCEFALOGRAFIA Dr. Orbán-Kis Károly, Dr. Szilágyi Tibor PRINCIPII TEORETICE Electroencefalografia este o metodă neinvazivă de explorare a fluctuaţiilor de potenţial electric din creier, înregistrat la nivelul scalpului. Activitatea neuronală este strâns legată de modificările potenţialului de membrană, deci reprezintă obiectiv al electrofiziologiei. Aceste modificări sunt de două feluri (Figura 23): 1. Potenţialul de acţiune: este o depolarizare totală, de scurtă durată (impuls nervos) ce se propagă nealterat de-a lungul axonului. 2. Potenţialele postsinaptice (PPS): se formează subsinaptic şi se propagă decremental (electrotonic) în dendrite. Dacă modificarea este în sens depolarizant va avea efect excitator (PPSE), dacă acţionează hiperpolarizant va cauza inhibiţie (PPSI). Figura 23. Modificările potenţialului de membrană Potenţialele se pot înregistra în trei modalităţi (Figura 24): 1. Înregistrarea intracelulară cu microelectrod (vârful intră în celulă şi se măsoară diferenţa de potenţial transmembranar). Este o metodă precisă dar greoaie. Cu un electrod se poate urmări comportamentul doar a unei singure celule. Pentru studierea reţelelor neuronale este necesară înregistrarea "convorbirii dintre celule". Cu doi electrozi se pot urmări două celule interconectate, dar despre restul celulelor nu obţinem informaţii nici în acest caz. 2. Activitatea mai multor celule se poate înregistra prin metoda extracelulară, introducând microelectrodul în spaţiul intercelular. Când celulele din jurul electrodului se depolarizează generează câmpuri electrice, ce vor fi înregistrate sub forma unor salturi de potenţial. Câmpul electric se micşorează exponenţial cu distanţa, deci se înregistrează un grup restrâns de neuroni apropiaţi.

50 Lucrări practice de fiziologie 3. Metodele de mai sus sunt utilizate în cercetări fine pe animale, mai ales datorită faptului că sunt complicate şi invazive (sângerânde). În scopuri clinice se foloseşte o metodă mai grosolană (electroencefalografia) dar care totuşi oferă informaţii utile clinicianului. Figura 24. Modalităţile de înregistrare a activităţii electrice a creierului. Electroencefalograma (EEG) se înregistrează cu electrozi aşezaţi pe scalp. Electrodul fiind la distanţă mare de scoarţa cerebrală nu înregistrează comportamentul unui neuron, ci conlucrarea a mai multor neuroni (milioane) situate sub electrod. EEG înscrie suma vectorială a câmpurilor electrice minuscule generate de neuronii individuali. Celulele piramidale (celule principale, de ieşire) sunt aşezate paralel, cu dendritele orientate perpendicular spre suprafaţa scoarţei şi axonii spre interior (Figura 24). Celelalte celule nefiind orientate în nici o direcţie specifică, activitatea lor sumată vectorial nu contribuie la formarea undelor EEG. Axonii celulelor piramidale sunt considerabil mai departe de electrozi decât zona dendritică; în plus, potenţialele de acţiune, având durată scurtă, cauzează un transfer mic de sarcini, de aceea electroencefalograma reflectă mai mult suma potenţialelor postsinaptice din celulele piramidale activate sincron. Frecvenţa potenţialelor înregistrate de pe scalpul unui subiect normal variază între 1 şi 50 Hz (de obicei 1-30 Hz), iar amplitudinea în general între 20 şi 100 μv. Traseul înregistrat este însă în mod normal complet neregulat. Pentru a înţelege acest lucru urmăriţi cu atenţie Figura 25. Deşi caracteristicile de frecvenţă şi amplitudine ale EEG sunt extrem de complexe, putem distinge 4 ritmuri esenţiale (Figura 26):

Electroencefalografia 51 Beta (β) este frecvenţa cea mai mare (13-27 Hz), are amplitudine foarte mică (5-10 μv). Normal se înregistrează în regiunea frontală; pe o arie mai extinsă doar în timpul activităţii mentale intense. Alfa (α) cu frecvenţa 7-13 Hz, amplitudine 20-100 μv, se prezintă sub forma unor fusuri cu durata de 1-3 sec. Apare asociat cu starea de veghe relaxată, dispare la deschiderea ochilor. Se înregistrează mai mult în regiunea parietală şi occipitală. Teta (θ) are frecvenţa de 4-7 Hz, amplitudine 30-70 μv. Se înregistrează în zona temporală şi frontală. Este ritmul dominant la copii între 2 şi 5 ani şi la adulţi în primele faze ale somnului. Delta (δ) are frecvenţa minimă: 0,5-4 Hz şi amplitudinea maximă 50-200 μv. Este prezent doar în somnul profund şi la copii până la 2-3 ani. A B C D Figura 25. Toate traseele au durata de 1 secundă. Traseele A, B şi C prezintă unde sinusoidale de aceeaşi amplitudine dar cu 3 frecvenţe diferite (2, 4, 16 Hz). Traseul complex D a luat naştere prin simpla sumare a primelor trei trasee simple. EEG se utilizează cel mai frecvent în: 1. Studiul stării de conştiinţă: în timpul activităţii normale zone mici, unităţi modulare funcţionale (cu diametru de aproximativ 100 μm) "vorbesc între ele". Aceste unităţi se activează şi se dezactivează în continuu şi de obicei nu funcţionează deodată. Acest asincronism care se reflectă în ritmurile rapide alfa şi beta este absolut necesar pentru păstrarea conştiinţei. Dacă activitatea neuronală se sincronizează apar unde lente, cu

52 Lucrări practice de fiziologie amplitudine mare (teta, delta) şi sub 4-5 Hz conştiinţa se pierde. Urmărind ritmul cortical se poate monitoriza sau chiar se poate comanda automat narcoza. Beta (β) Alfa (α) Teta (θ) Delta (δ) Figura 26. Ritmurile de bază ale EEG. 2. Studiul somnului şi al visului: Există două feluri de somn (Figura 27): Somn cu unde lente (somnul clasic, non-rem) care are 4 stadii caracterizate de scăderea progresivă a frecvenţei şi creşterea amplitudinii corelat cu adâncimea somnului. În timpul somnului lent musculatura este relaxată, predomină activitatea parasimpatică. Somn cu mişcări rapide ale globilor oculari (REM - Rapid Eye Movements) care mai este denumit şi somn paradoxal. EEG devine brusc desincronizată (voltaj scăzut, frecvenţă mare), predomină activitatea simpatică, tonusul muscular dispare cu excepţia musculaturii ochilor şi a muşchilor respiratori. Aceasta este perioada viselor. Somnul REM ocupă 20-25% din timpul total al somnului, apare discontinuu, de 5-7 ori într-o noapte, predominant către dimineaţa. 3. Diagnosticul epilepsiei: epilepsia afectează 1% din populaţie. Apare atunci când o populaţie mare de neuroni se descarcă cu un sincronism anormal. Semnul EEG al acestei descărcări sincronizate este o undă ascuţită cu amplitudine mare (vârf). Epilepsia se împarte în două categorii mari: În epilepsia parţială (focală) neuronii activaţi anormal sunt grupaţi doar într-un focar, de aceea apar vârfuri numai la un grup de electrozi. Cunoscând poziţia electrozilor, focarul poate fi localizat. Epilepsia generalizată (nonfocală) cuprinde părţi mari ale creierului, deci vârfuri se înregistrează în toate derivaţiile. Se subîmpart în două tipuri: Petit mal este caracterizat de o pierdere tranzitorie a conştiinţei (absence), în acest caz zona motorie nu este afectată. Pe EEG este patognomonic complexul vârf-undă

Electroencefalografia 53 (asocierea dintre un vârf şi o undă amplă, lentă cu durata de 0,2-0,5 sec şi amplitudinea 150-300 μv. Crizele grand-mal sunt caracterizate de pierderea conştiinţei asociată cu mişcări tonico-clonice. Din cauza afectării centrilor vegetativi apare scurgere de salivă precum şi tulburări sfincteriene. Între atacuri, EEG poate fi normală sau periodic se înregistrează unde ascuţite. Figura 27. Stadiile somnului (B) şi activitatea EEG caracteristică (A) 4. Declararea morţii cerebrale: dacă nu există nici o activitate nervoasă corticală se înregistrează "traseu EEG nul", ceea ce indică moartea creierului. ELECTROENCEFALOGRAFUL În principiu, un electroencefalograf este compus din următoarele: 1. sistem de culegere a biopotenţialelor (electrozii): înregistrarea se efectuează paralel pe cel puţin 8 canale. Electrozii se amplasează simetric şi la distanţe egale după diverse scheme. Figura 28 arată amplasarea electrozilor în sistemul 10-20%. Se foloseşte un sistem de linii intersectate. În punctele de intersecţie se aşează electrozii. Dacă la amplificator se conectează doi electrozi activi vorbim de sistem bipolar, dacă un electrod activ şi electrodul indiferent (potenţial 0 - lobul urechii) atunci vorbim de sistem unipolar. 2. sistem de amplificare 3. sistem de afişare sau înscriere TEHNICA ÎNREGISTRĂRII Aparatul EEG trebuie să fie instalat într-o încăpere spaţioasă, ferită de zgomot şi de lumina prea puternică şi departe de încăperi cu tub Roentgen, fizioterapie, sală de operaţie, etc. Pacientul trebuie să fie pregătit atent de un personal calificat. Se recomandă ca pacientul să-şi spele părul în ziua precedentă examinării sau dacă este gras să-l degreseze cu alcool sau eter. Trebuie să fie pregătit psihic pentru a-şi păstra calmul în timpul investigaţiei.

54 Lucrări practice de fiziologie C. Figura 28. Amplasarea electrozilor în sistemul 10-20. (Fp - planul prefrontal, F frontal, C - rolandic (central), P parietal, O occipital, M median, Dr dreapta, Stg stânga T temporal). A. Împărţirea distanţei dintre rădăcina nasului (nazion) şi protuberanţa occipitală (inion); considerată 100%. B. Împărţirea în plan transversal; distanţa dintre meatul urechii stângi şi drept fiind considerat 100%.

Electroencefalografia 55 ÎNREGISTRAREA EEG CU AJUTORUL SISTEMUL DE ACHIZIŢIE BIOPAC OBIECTIVELE LUCRĂRII 1. Înregistrarea EEG în una respectiv două derivaţii. 2. Demonstrarea ritmului alfa şi schimbarea acestuia în ritm beta. 3. Observarea factorilor ce pot întrerupe ritmul alfa. 4. Analiza spectrului de frecvenţe ale EEG. 5. Compararea distribuţiei ritmului alfa între cele două emisfere. ECHIPAMENTUL NECESAR 29) 1. calculator cu software BIOPAC instalat (sistem operare Windows) 2. BIOPAC DAU (Data Acquisition Unit): MP30 (Figura 29) 3. BIOPAC cabluri tip SS2L unul sau mai multe în funcţie de etapa de lucru (Figura 4. Electrozi de unică folosinţă, gel conductor, şapcă EEG Figura 29. Aparatura necesară. A. ÎNREGISTRAREA EEG PE O SINGURĂ DERIVAŢIE 1. Se porneşte calculatorul şi apoi programul Biopac Student Lab. 2. Se conectează cablurile şi electrozii conform Figura 30. 3. Se selectează Lesson 7 (EEG intro). 4. Se introduce numele. 5. Pentru înregistrare subiectul stă aşezat pe scaun, relaxată, în poziţie comodă, În vederea unei înregistrări bune verificaţi următoarele: - cel examinat nu se uită pe monitor în timpul probei - trebuie evitate mişcările din timpul înregistrării - verificaţi conexiunile de la cabluri 6. Click pe butonul Start setup. Va urma o înregistrare de 15 sec. Trebuie să vedeţi o linie. Dacă există un zgomot marcat înseamnă că electrozii nu realizează contact corespunzător. 7. Click pe butonul Record 7. Va urma o înregistrare de 30 sec. În timpul înregistrării staţi cât mai comod. La comandă închideţi ochii (în acelaşi moment examinatorul apasă tasta F9 pentru a marca momentul) şi îi deschideţi la o nouă comandă ( F9 ). În timpul înregistrării este extrem de important ca cel examinat să nu desfăşoare un proces mental activ, să nu încerce să imagineze ceva, să nu efectueze calcule.

56 Lucrări practice de fiziologie Figura 30. Schema aparaturii şi a conexiunilor necesare. Analiza datelor la terminarea înregistrării. Folosind unealta de Zoom a programului măriţi o porţiune a traseului. Apoi folosind unealta de selecţie a softului măsuraţi aleator frecvenţa a câtorva unde. Bazat pe aceste măsurători răspundeţi la prima întrebare din Fişa de lucru. 8. Filtraţi traseul obţinut pentru intervalele de frecvenţă caracteristice celor 4 ritmuri de bază prin apăsarea butoanelor alpha, beta, theta, delta (În această ordine!). De exemplu La apăsarea butonului alpha apare un nou traseu filtrat pentru 8-13 Hz. Folosind markerele din timpul înregistrării identificaţi momentul închiderii şi deschiderii ochilor şi răspundeţi la întrebările din Fişa de lucru. Folosind unealta de selecţie a programului selectaţi porţiunea corespunzătoare perioadei cu ochii închişi din traseu şi completaţi tabelul din Fişa de lucru. Căutaţi apoi perioadele de dinainte închiderii ochilor şi respectiv după redeschiderea lor. Completaţi tabelul din Fişa de lucru. 9. Apăsaţi butonul Done. B. ANALIZA RELAŢIEI DINTRE EEG, RELAXARE ŞI ATENŢIE 10. Se selectează Lesson 8 (more EEG). 11. Pentru înregistrare subiectul stă aşezat pe scaun, relaxată, în poziţie comodă, În vederea unei înregistrări bune verificaţi următoarele: - cel examinat nu se uită pe monitor în timpul probei - trebuie evitate mişcările din timpul înregistrării - verificaţi conexiunile de la cabluri 12. Click pe butonul Start setup. Va urma o înregistrare de 15 sec. Trebuie să vedeţi o linie. Dacă există un zgomot marcat înseamnă că electrozii nu realizează contact corespunzător. 13. Se ajustează durata înregistrării din File > Preferences. Se setează 5 minute (300 secunde). Click pe butonul Record 8. În timpul înregistrării staţi cât mai comod. Se execută

Electroencefalografia 57 comenzile din Tabelul 3. În momentul fiecărei comenzi se apasă şi tasta F9 pentru a marca momentul. Concomitent se bifează în tabel comanda executată. În timpul înregistrării este extrem de important ca cel examinat să execute corect comenzile şi să nu râdă! Tabelul 3. 1 Închideţi ochii pentru 20 secunde! Ascultaţi muzică pentru 15 secunde! Ascultaţi mai întâi muzică 2 clasică apoi după o scurtă pauză heavy metal. La fiecare tip de muzică daţi volumul mai încet, apoi mai tare. 3 Cineva să bată din mâini timp de 20 secunde la intervale aleatorii! Imaginaţi-vă că sunteţi pe o plajă însorită (după o sesiune 4 promovată cu brio)! 5 Vorbiţi cu voce tare! 6 Gândiţi-vă la bani! 7 Citiţi un text scurt de două paragrafe! Număraţi (în gând, nu cu voce tare!): pornind de la 30 se scad 8 numerele consecutive impare până la 0 (30, 29, 26, 21, etc.) Nu trebuie neapărat efectuate toate comenzile. Unele din aceste comenzi se pot chiar combina (cineva bate din palme în timp ce subiectul are ochii închişi). La terminarea înregistrării veţi obţine ceva asemănător cu Figura 31. Sub traseul EEG este traseul filtrat pentru ritmul alfa. Trasul de jos este curba integrată alfa. Observaţi alfa-metrul din dreapta traseelor (prezintă în timp real predominanţa alfa în semnal). Figura 31. Înregistrarea relaţiei dintre EEG, atenţie şi relaxare. Folosind markerele din timpul înregistrării identificaţi momentul comenzilor, măsuraţi valorile P-P ( peak-to-peak ) pentru fiecare perioadă şi completaţi tabelul din Fişa de lucru. C. ÎNREGISTRAREA EEG BIEMISFERIALĂ 14. Se conectează cablurile şi electrozii conform Figura 32 (Canalul 1 pentru emisfera stângă, Canalul 2 pentru emisfera dreaptă, alb - frontal stâng şi respectiv drept, roşu parietooccipital stâng şi respectiv drept, negru lobul urechii bilateral).

58 Lucrări practice de fiziologie Figura 32. Conectarea electrozilor pentru EEG biemisferial. 15. Pentru înregistrare subiectul stă aşezat pe scaun, relaxată, în poziţie comodă, În vederea unei înregistrări bune verificaţi următoarele: - cel examinat nu se uită pe monitor în timpul probei - trebuie evitate mişcările din timpul înregistrării - verificaţi conexiunile de la cabluri 16. Porniţi softul BSL PRO. Deschideţi protocolul nou prin File > Open > Choose Files of type: Graph Template (*GTL) > File Name: h10.gtl. 17. Subiectul îşi închide ochii şi stă relaxat, fără să se concentreze asupra unui lucru. Click butonul Start" pentru a începe. Înregistraţi timp de 1-2 minute, observând ritmul predominant alfa. 18. Apăsaţi tasta F9 pentru a marca momentul în care daţi comanda de Deschide ochii. După câteva secunde (10) apăsaţi din nou F9 în momentul în care daţi comanda pentru a închide ochii. Repetaţi de câteva ori (obligatoriu la intervale variabile şi doar după ce ritmul predominant a redevenit alfa). 19. Subiectul stă cu ochii închişi, relaxat. După ce apare predominanţa ritmului alfa folosiţi un stimul auditiv (vezi Tabelul 3, punctul 2) apăsând în acelaşi timp şi F9. 20. Subiectul stă cu ochii închişi, relaxat. Daţi-i un exerciţiu mental (punctul 8 din tabelul de mai sus este perfect, dar puteţi să vă folosiţi imaginaţia). Subiectul nu vorbeşte cu voce tare doar gândeşte. În momentul comenzii apăsaţi tasta F9. 21.Apăsaţi butonul Stop. Ar trebui să obţineţi ceva asemănător cu Figura 33.

Electroencefalografia 59 Figura 33. Rezultatul înregistrării EEG biemisferial. 22. Selectaţi canalele de calcul (40-43, vezi şi Tabelul 4). Selectaţi Display > Compare Waveforms pentru a aduce toate traseele la aceeaşi scală. Tabelul 4. Canalul Ritmul (filtru) Denumirea C1 (40) EEG alfa (8-13 Hz) L alfa (8-13 Hz) C2 (41) EEG alfa (8-13 Hz) R alfa (8-13 Hz) C3 (42) EEG beta (13-30 Hz) L beta (13-30 Hz) C4 (43) EEG beta (13-30 Hz) R beta (13-30 Hz) Căutaţi markerele inserate cu F9 şi comparaţi perioada precedentă (predominant alfa) cu perioada testului (sărac în ritm alfa). Notaţi eventuala amplificare a ritmului alfa în momentul deschiderii ochilor (fenomenul de scăpare). Observaţi reapariţia predominanţei alfa în momentul închiderii ochilor. Notaţi P-P în tabelul de pe Fişa de lucru!