Електроенцефалографія

Електроенцефалографія (ЕЕГ) – це запис електричних хвиль, що характеризуються певним ритмом. Під час аналізу ЕЕГ звертається увага на базальний ритм, симетрію електричної активності мозку, спайкову активність та реакцію на функціональні проби. Діагноз ставиться з урахуванням клінічної картини. Першу ЕЕГ людини зафіксував німецький психіатр Ганс Бергер у 1929 році.

Електроенцефалографія – це метод дослідження мозку шляхом реєстрації різниці електричних потенціалів, що виникають під час його життєдіяльності. Реєструючі електроди розміщуються в певних ділянках голови таким чином, щоб у записі були представлені всі основні частини мозку. Отриманий запис – електроенцефалограма (ЕЕГ) – це сумарна електрична активність багатьох мільйонів нейронів, представлена переважно потенціалами дендритів і тіл нервових клітин: збуджуючими та гальмівними постсинаптичними потенціалами та частково потенціалами дії тіл нейронів та аксонів. Таким чином, ЕЕГ відображає функціональну активність мозку. Наявність регулярного ритму на ЕЕГ свідчить про те, що нейрони синхронізують свою активність. У нормі ця синхронізація визначається переважно ритмічною активністю пейсмекерів (кардіостимуляторів) неспецифічних ядер таламуса та їх таламокортикальних проекцій.

Оскільки рівень функціональної активності визначається неспецифічними серединними структурами (ретикулярною формацією стовбура мозку та переднього мозку), ці ж системи визначають ритм, зовнішній вигляд, загальну організацію та динаміку ЕЕГ. Симетрична та дифузна організація зв'язків неспецифічних серединних структур з корою визначає двосторонню симетрію та відносну однорідність ЕЕГ для всього мозку.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ]

Мета електроенцефалографії

Основною метою використання електроенцефалографії в клінічній психіатрії є виявлення або виключення ознак органічного ураження мозку (епілепсія, пухлини та травми мозку, цереброваскулярні та метаболічні порушення, нейродегенеративні захворювання) для диференціальної діагностики та уточнення характеру клінічних симптомів. У біологічній психіатрії ЕЕГ широко використовується для об'єктивної оцінки функціонального стану певних структур і систем мозку, для вивчення нейрофізіологічних механізмів психічних розладів, а також впливу психотропних препаратів.

Показання до електроенцефалографії

• Диференціальна діагностика нейроінфекцій з об'ємними ураженнями центральної нервової системи.
• Оцінка тяжкості ураження ЦНС при нейроінфекціях та інфекційних енцефалопатіях.
• Уточнення локалізації патологічного процесу при енцефаліті.

Підготовка до дослідження електроенцефалографії

Перед обстеженням пацієнту слід утриматися від вживання напоїв, що містять кофеїн, прийому снодійних та седативних препаратів. За 24-48 годин до електроенцефалографії (ЕЕГ) пацієнт припиняє прийом протисудомних засобів, транквілізаторів, барбітуратів та інших седативних препаратів.

Методика дослідження електроенцефалографії

Перед обстеженням пацієнта інформують про метод ЕЕГ та його безболісність, оскільки емоційний стан суттєво впливає на результати дослідження. ЕЕГ проводиться вранці перед їжею в положенні лежачи на спині або напівлежачи на стільці в розслабленому стані.

Електроди на шкірі голови розміщуються відповідно до Міжнародної схеми.

Спочатку, із заплющеними очима пацієнта, записується фонова (базальна) ЕЕГ, потім запис проводиться на тлі різних функціональних проб (активація – відкриття очей, фотостимуляція та гіпервентиляція). Фотостимуляція проводиться за допомогою стробоскопічного джерела світла, що миготить з частотою 1-25 за секунду. Під час гіпервентиляційної проби пацієнта просять швидко та глибоко дихати протягом 3 хвилин. Функціональні проби можуть виявити патологічну активність, яка не виявляється в іншій ситуації (включаючи вогнище судомної активності), та спровокувати судомний напад у пацієнта, що можливо навіть після дослідження, тому необхідно звертати особливу увагу на пацієнта, у якого виявлені певні форми патологічної активності.

Положення електродів

Для оцінки функціонального стану основних сенсорних, рухових та асоціативних зон кори головного мозку та їх підкіркових проекцій за допомогою ЕЕГ на шкіру голови встановлюють значну кількість електродів (зазвичай від 16 до 21).

Для забезпечення можливості порівняння ЕЕГ у різних пацієнтів електроди розміщуються за стандартною міжнародною системою 10-20%. У цьому випадку орієнтирами для встановлення електродів служать перенісся, потиличний бугор та зовнішні слухові проходи. Довжина поздовжнього півкола між переніссям та потиличним бугром, а також поперечне півколо між зовнішніми слуховими проходами діляться у співвідношенні 10%, 20%, 20%, 20%, 20%, 10%. Електроди встановлюються на перетинах меридіанів, проведених через ці точки. Найближче до чола (на відстані 10% від перенісся) встановлюються лобно-полярні електроди (Fр 1, Fрz та Fр2), а потім (через 20% довжини півкола) - лобові (FЗ, Fz та F4) та передньо-скроневі (F7 та F8). потім - центральний (C3, Cz та C4) та скроневий (T3 та T4), далі - тім'яний (P3, Pz та P4), задній скроневий (T5 та T6) та потиличний (01, Oz та 02) електроди відповідно.

Непарні числа позначають електроди, розташовані в лівій півкулі, парні числа – в правій півкулі, а індекс z позначає електроди, розташовані вздовж середньої лінії. Референтні електроди на мочках вух позначені як A1 та A2, а на соскоподібних відростках – як M1 та M2.

Зазвичай електроди для запису ЕЕГ являють собою металеві диски з контактним стрижнем і пластиковим корпусом (мостові електроди) або увігнуті «чашки» діаметром близько 1 см зі спеціальним покриттям з хлориду срібла (Ag-AgCI) для запобігання їх поляризації.

Для зменшення опору між електродом та шкірою пацієнта на дискові електроди розміщують спеціальні тампони, змочені розчином NaCl (1-5%). Чашкоподібні електроди заповнюють струмопровідним гелем. Волосся під електродами розділяють, а шкіру знежирюють спиртом. Електроди кріплять до голови за допомогою шолома, виготовленого з гумок або спеціальних клеїв, та підключають до вхідного пристрою електроенцефалографа за допомогою тонких гнучких дротів.

Наразі розроблені спеціальні шоломи-кепки з еластичної тканини, в яких електроди монтуються за системою 10-20%, а дроти від них у вигляді тонкого багатожильного кабелю підключаються до електроенцефалографа за допомогою багатоконтактного роз'єму, що спрощує та прискорює процес встановлення електродів.

Реєстрація електричної активності мозку

Амплітуда потенціалів ЕЕГ зазвичай не перевищує 100 мкВ, тому обладнання для реєстрації ЕЕГ включає потужні підсилювачі, а також смугові та режекторні фільтри для ізоляції низькоамплітудних коливань біопотенціалів мозку на тлі різних фізичних та фізіологічних перешкод - артефактів. Крім того, електроенцефалографічні установки містять прилади для фото- та фоностимуляції (рідше для відео- та електричної стимуляції), які використовуються при вивченні так званої "викликаної активності" мозку (викликаних потенціалів), а сучасні ЕЕГ-комплекси включають також комп'ютерні засоби аналізу та візуального графічного відображення (топографічного картування) різних параметрів ЕЕГ, а також відеосистеми для моніторингу пацієнта.

Функціональне навантаження

У багатьох випадках функціональні навантаження використовуються для виявлення прихованих порушень мозкової діяльності.

Види функціональних навантажень:

• ритмічна фотостимуляція різною частотою світлових спалахів (включаючи синхронізовані з хвилями ЕЕГ);
• фоностимуляція (тони, клацання);
• гіпервентиляція;
• недосипання;
• безперервний запис ЕЕГ та інших фізіологічних параметрів під час сну (полісомнографія) або протягом дня (ЕЕГ-моніторинг);
• Запис ЕЕГ під час виконання різних перцептивно-когнітивних завдань;
• фармакологічні тести.

Протипоказання до електроенцефалографії

• Порушення життєво важливих функцій.
• Судомний стан.
• Психомоторне збудження.

[ 5 ], [ 6 ]

Інтерпретація результатів електроенцефалографії

Основні ритми, що виявляються на ЕЕГ, включають α, β, δ, θ-ритми.

• α-Ритм – основний кортикальний ритм ЕЕГ спокою (з частотою 8-12 Гц) реєструється, коли пацієнт не спить і із заплющеними очима. Він найбільш виражений у потилично-тім'яних ділянках, має регулярний характер і зникає за наявності аферентних подразників.
• β-ритм (13-30 Гц) зазвичай асоціюється з тривогою, депресією, вживанням седативних препаратів і найкраще реєструється в лобовій ділянці.
• θ-ритм з частотою 4-7 Гц та амплітудою 25-35 мкВ є нормальним компонентом ЕЕГ дорослих і домінує в дитячому віці. У дорослих θ-коливання зазвичай реєструються в стані природного сну.
• δ-ритм з частотою 0,5-3 Гц та різною амплітудою зазвичай реєструється в стані природного сну, при неспанні він виявляється лише з невеликою амплітудою та в невеликих кількостях (не більше 15%) з наявністю α-ритму у 50%. δ-коливання, що перевищують амплітуду 40 мкВ та займають понад 15% загального часу, вважаються патологічними. Поява 5-ритму насамперед свідчить про ознаки порушення функціонального стану мозку. У пацієнтів з внутрішньочерепними ураженнями на ЕЕГ виявляються повільні хвилі над відповідною ділянкою. Розвиток енцефалопатії (печінкової) викликає зміни на ЕЕГ, тяжкість яких пропорційна ступеню порушення свідомості, у вигляді генералізованої дифузної повільнохвильової електричної активності. Крайнім виразом патологічної електричної активності мозку є відсутність будь-яких коливань (пряма лінія), що свідчить про смерть мозку. Якщо виявлено смерть мозку, слід бути готовим надати моральну підтримку родичам пацієнта.

Візуальний аналіз ЕЕГ

Інформативними параметрами для оцінки функціонального стану мозку, як при візуальному, так і при комп'ютерному аналізі ЕЕГ, є амплітудно-частотні та просторові характеристики біоелектричної активності мозку.

Показники візуального аналізу ЕЕГ:

• амплітуда;
• середня частота;
• індекс – час, зайнятий певним ритмом (у %);
• ступінь узагальнення основних ритмічних та фазичних компонентів ЕЕГ;
• локалізація вогнища – найбільший вираз за амплітудою та індексом основних ритмічних та фазичних компонентів ЕЕГ.

Альфа-ритм

За стандартних умов запису (стан нерухомого, спокійного неспання із закритими очима) ЕЕГ здорової людини являє собою сукупність ритмічних компонентів, що відрізняються частотою, амплітудою, кірковою топографією та функціональною реактивністю.

Основним компонентом ЕЕГ за стандартних умов є α-ритм [регулярна ритмічна активність з квазісинусоїдальними хвилями частотою 8-13 Гц та характерними амплітудними модуляціями (α-веретена)], максимально представлений у задніх (потиличних та тім'яних) відведеннях. Пригнічення α-ритму відбувається при відкриванні та рухах очей, зоровій стимуляції та орієнтувальній реакції.

У α-діапазоні частот (8-13 Гц) виділяють ще кілька типів α-подібної ритмічної активності, які виявляються рідше, ніж потиличний α-ритм.

• μ-Ритм (роландичний, центральний, дугоподібний ритм) – сенсомоторний аналог потиличного α-ритму, який реєструється переважно в центральних відведеннях (над центральною або роландичною борозною). Іноді він має специфічну дугоподібну форму хвилі. Пригнічення ритму відбувається при тактильній та пропріоцептивній стимуляції, а також при реальному або уявному русі.
• κ-ритм (хвилі Кеннеді) реєструється у скроневих відведеннях. Він виникає в ситуації високої зорової уваги з пригніченням потиличного α-ритму.

Інші ритми. Також існують θ- (4-8 Гц), σ- (0,5-4 Гц), β- (вище 14 Гц) та γ- (вище 40 Гц) ритми, а також ряд інших ритмічних та аперіодичних (фазових) компонентів ЕЕГ.

[ 7 ], [ 8 ], [ 9 ], [ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ]

Фактори, що впливають на результат

Під час реєстрації відзначаються моменти рухової активності пацієнта, оскільки це відображається на ЕЕГ і може бути причиною її неправильної інтерпретації.

[ 14 ], [ 15 ], [ 16 ], [ 17 ], [ 18 ], [ 19 ], [ 20 ], [ 21 ], [ 22 ]

Електроенцефалограма при психічній патології

Відхилення ЕЕГ від норми при психічних розладах, як правило, не мають вираженої нозологічної специфічності (за винятком епілепсії ) і найчастіше зводяться до кількох основних типів.

Основні типи змін ЕЕГ при психічних розладах: уповільнення та десинхронізація ЕЕГ, сплощення та порушення нормальної просторової структури ЕЕГ, поява «патологічних» хвильових форм.

• Уповільнення ЕЕГ – зниження частоти та/або пригнічення α-ритму та підвищений вміст θ- та σ-активності (наприклад, при деменції у людей похилого віку, в ділянках з порушенням мозкового кровообігу або при пухлинах мозку).
• Десинхронізація ЕЕГ проявляється як пригнічення α-ритму та збільшення вмісту β-активності (наприклад, при арахноїдиті, підвищеному внутрішньочерепному тиску, мігрені, цереброваскулярних порушеннях: атеросклерозі судин головного мозку, стенозі церебральних артерій).
• «Сплощення» ЕЕГ включає загальне пригнічення амплітуди ЕЕГ та знижений вміст високочастотної активності [наприклад, при атрофічних процесах, з розширенням субарахноїдальних просторів (зовнішня гідроцефалія), над поверхнево розташованою пухлиною мозку або в області субдуральної гематоми].
• Порушення нормальної просторової структури ЕЕГ. Наприклад, груба міжпівкульна асиметрія ЕЕГ при локальних кіркових пухлинах; згладжування міжзональних відмінностей в ЕЕГ через пригнічення потиличного α-ритму при тривожних розладах або з генералізацією α-частотної активності через майже однакову вираженість α- та μ-ритмів, що часто виявляється при депресії; зміщення фокуса β-активності з передніх до задніх відведень при вертебробазилярній недостатності.
• Поява «патологічних» хвильових форм (перш за все високоамплітудних гострих хвиль, піків, комплексів [наприклад, пік-хвиля при епілепсії)! Іноді така «епілептиформна» ЕЕГ-активність відсутня у звичайних поверхневих відведеннях, але її можна зареєструвати з носоглоткового електрода, який вводиться через ніс до основи черепа. Це дозволяє виявити глибоку епілептичну активність.

Слід зазначити, що перелічені особливості змін візуально визначуваних та кількісних характеристик ЕЕГ при різних нейропсихіатричних захворюваннях переважно стосуються κ-фонової ЕЕГ, записаної за стандартних умов реєстрації ЕЕГ. Такий вид ЕЕГ-дослідження можливий для більшості пацієнтів.

Інтерпретація відхилень від ЕЕГ зазвичай дається з точки зору зниженого функціонального стану кори головного мозку, дефіциту коркового гальмування, підвищеної збудливості структур стовбура мозку, подразнення корково-стовбурової системи, наявності ЕЕГ-ознак зниженого судомного порогу із зазначенням (якщо можливо) локалізації цих відхилень або джерела патологічної активності (в коркових ділянках та/або в підкіркових ядрах (глибокий передній мозок, лімбічні, діенцефальні або нижні структури стовбура мозку)).

Така інтерпретація базується переважно на даних про зміни ЕЕГ у циклі сну-неспання, на відображенні в ЕЕГ-картини встановлених локальних органічних уражень мозку та порушень мозкового кровотоку в неврологічній та нейрохірургічній клініці, на результатах численних нейрофізіологічних та психофізіологічних досліджень (включаючи дані про зв'язок ЕЕГ з рівнем неспання та уваги, з дією стресових факторів, з гіпоксією тощо) та на великому емпіричному досвіді клінічної електроенцефалографії.

[ 23 ], [ 24 ], [ 25 ], [ 26 ], [ 27 ]

Ускладнення

Під час проведення функціональних проб може виникнути судома, яку необхідно зафіксувати та бути готовим надати першу допомогу пацієнту.

Використання різних функціональних тестів, безумовно, підвищує інформативність ЕЕГ-дослідження, але збільшує час, необхідний для запису та аналізу ЕЕГ, призводить до стомлення пацієнта, а також може бути пов'язане з ризиком провокування судом (наприклад, при гіпервентиляції або ритмічній фотостимуляції). У зв'язку з цим не завжди можливо використовувати ці методи у пацієнтів з епілепсією, людей похилого віку або маленьких дітей.

[ 28 ], [ 29 ], [ 30 ], [ 31 ]

Альтернативні методи

[ 32 ], [ 33 ], [ 34 ], [ 35 ], [ 36 ], [ 37 ]

Спектральний аналіз

Основним методом автоматичного комп'ютерного аналізу ЕЕГ є спектральний аналіз, заснований на перетворенні Фур'є - представленні нативного патерну ЕЕГ як набору синусоїдальних коливань, що відрізняються частотою та амплітудою.

Основні вихідні параметри спектрального аналізу:

• середня амплітуда;
• середні та модальні (найчастіше зустрічаються) частоти ритмів ЕЕГ;
• спектральна потужність ритмів ЕЕГ (інтегральний показник, що відповідає площі під кривою ЕЕГ і залежить як від амплітуди, так і від індексу відповідного ритму).

Спектральний аналіз ЕЕГ зазвичай виконується на коротких (2-4 сек) фрагментах запису (епох аналізу). Усереднення спектрів потужності ЕЕГ за кількома десятками окремих епох з розрахунком статистичного параметра (спектральної щільності) дає уявлення про найбільш характерний патерн ЕЕГ для даного пацієнта.

Порівнянням спектрів потужності (або спектральної щільності; у різних відведеннях) отримують індекс когерентності ЕЕГ, який відображає подібність коливань біопотенціалу в різних ділянках кори головного мозку. Цей індекс має певне діагностичне значення. Так, підвищена когерентність у α-частотній смузі (особливо при десинхронізації ЕЕГ) виявляється при активній спільній участі відповідних ділянок кори головного мозку у виконуваній діяльності. Навпаки, підвищена когерентність у 5-ритмічній смузі відображає знижений функціональний стан мозку (наприклад, при поверхнево розташованих пухлинах).

Періометричний аналіз

Рідше використовується періодометричний аналіз (періодометричний аналіз або амплітудно-інтервальний аналіз), коли вимірюються періоди між характерними точками хвиль ЕЕГ (піками хвиль або перетинами нульової лінії) та амплітуди піків (піків) хвиль.

Періодичний аналіз ЕЕГ дозволяє визначити середні та екстремальні значення амплітуди хвиль ЕЕГ, середні періоди хвиль та їх дисперсію, а також точно (за сумою всіх періодів хвиль у заданому діапазоні частот) виміряти індекс ритмів ЕЕГ.

Порівняно з фур'є-аналізом, періодичний аналіз ЕЕГ є більш стійким до перешкод, оскільки його результати значно меншою мірою залежать від внеску окремих артефактів високої амплітуди (наприклад, перешкод від рухів пацієнта). Однак він використовується рідше, ніж спектральний аналіз, зокрема, тому що стандартні критерії для порогів виявлення піків хвиль ЕЕГ не розроблені.

Інші нелінійні методи аналізу ЕЕГ

Також описані інші нелінійні методи аналізу ЕЕГ, засновані, наприклад, на розрахунку ймовірності виникнення послідовних хвиль ЕЕГ, що належать до різних частотних діапазонів, або на визначенні часових співвідношень між деякими характерними фрагментами ЕЕГ |патернами ЕЕГ (наприклад, α-веретенами ритму)| у різних відведеннях. Хоча експериментальні дослідження показали інформативність результатів таких видів аналізу ЕЕГ стосовно діагностики деяких функціональних станів мозку, ці методи практично не використовуються в діагностичній практиці.

Кількісна електроенцефалографія дозволяє точніше, ніж при візуальному аналізі ЕЕГ, визначати локалізацію вогнищ патологічної активності при епілепсії та різних неврологічних та судинних розладах, виявляти порушення амплітудно-частотних характеристик та просторової організації ЕЕГ, при ряді психічних розладів, кількісно оцінювати вплив терапії (включаючи психофармакотерапію) на функціональний стан мозку, а також проводити автоматичну діагностику деяких розладів та/або функціональних станів здорової людини шляхом порівняння індивідуальної ЕЕГ з базами даних нормативних даних ЕЕГ (вікова норма, різні види патології тощо). Всі ці переваги дозволяють значно скоротити час підготовки висновку за результатами ЕЕГ-дослідження, підвищити ймовірність виявлення відхилень ЕЕГ від норми.

Результати кількісного аналізу ЕЕГ можуть бути надані як у цифровому вигляді (у вигляді таблиць для подальшого статистичного аналізу), так і у вигляді візуальної кольорової «карти», яку можна легко порівняти з результатами КТ, магнітно-резонансної томографії (МРТ) та позитронно-емісійної томографії (ПЕТ), а також з локальними оцінками мозкового кровотоку та даними нейропсихологічного тестування. Таким чином, можна безпосередньо порівняти структурні та функціональні порушення діяльності мозку.

Важливим кроком у розвитку кількісної ЕЕГ стало створення програмного забезпечення для визначення внутрішньомозкової локалізації еквівалентних дипольних джерел компонентів ЕЕГ з найвищою амплітудою (наприклад, епілептиформної активності). Найновішим досягненням у цій галузі є розробка програм, що поєднують МРТ- та ЕЕГ-карти головного мозку пацієнта з урахуванням індивідуальної форми черепа та топографії структур мозку.

При інтерпретації результатів візуального аналізу або ЕЕГ-картування необхідно враховувати вікові (як еволюційні, так і інволюційні) зміни амплітудно-частотних параметрів та просторової організації ЕЕГ, а також зміни ЕЕГ на тлі прийому ліків, які природно виникають у пацієнтів у зв'язку з лікуванням. З цієї причини запис ЕЕГ зазвичай проводиться до початку або після тимчасового припинення лікування.

Полісомнографія

Електрофізіологічне дослідження сну, або полісомнографія, є одним із напрямків кількісної ЕЕГ.

Метою методу є об'єктивна оцінка тривалості та якості нічного сну, виявлення порушень структури сну [зокрема, тривалості та латентного періоду різних фаз сну, особливо фази швидкого руху очей], серцево-судинних (порушення серцевого ритму та провідності) та дихальних (апное) порушень під час сну.

Методологія дослідження

Фізіологічні параметри сну (нічного чи денного):

• ЕЕГ в одному або двох відведеннях (найчастіше C3 або C4);
• дані електроокулограми;
• дані електроміограми;
• частота та глибина дихання;
• загальна рухова активність пацієнта.

Усі ці показники необхідні для ідентифікації стадій сну відповідно до загальноприйнятих стандартних критеріїв. Стадії повільного сну визначаються наявністю сонних веретен та σ-активності на ЕЕГ, а фаза сну зі швидкими рухами очей – десинхронізацією ЕЕГ, появою швидких рухів очей та глибоким зниженням м’язового тонусу.

Крім того, часто реєструються електрокардіограма (ЕКГ), артеріальний тиск, температура шкіри та насичення крові киснем (за допомогою вушного фотооксигемометра). Всі ці показники дозволяють оцінити вегетативні розлади під час сну.

Інтерпретація результатів

Скорочення латентності фази сну зі швидкими рухами очей (менше 70 хв) та раннє (о 4-5 ранку) пробудження є встановленими біологічними ознаками депресивних та маніакальних станів. У зв'язку з цим полісоміографія дає змогу диференціювати депресію та депресивну псевдодеменцію у пацієнтів похилого віку. Крім того, цей метод об'єктивно виявляє безсоння, нарколепсію, сомнамбулізм, а також нічні кошмари, панічні атаки, апное та епілептичні напади, що виникають під час сну.