Biosemnalele Si Electroencefalografia

,,Elementul fundamental al țesutului viu este celula, specializată anatomic și fiziologic cu scopul de a îndeplini diverse funcții. Celulele nervoase și musculare au posibilitatea de a se excita. Acestea furnizează câmpuri electrice și magnetice elementare. Celulelor li se alatură celulele senzitive care au scopul de a forma receptorii și sunt specializate în receptarea și conversia în semnal electric a unui anumit tip de stimul’’.[1]

2.1.1 Celula nervoasă. Impulsul nervos

Celulă nervoasă are rol nutrițional și metabolic. Această celulă receptează semnale și le trimite spre axon.

,,Dendritele primesc impulsuri de la alte celule și le transferă somei (semnale aferente), ce are efecte excitatorii sau inhibitorii. Un neuron cortical poate primi impulsuri de la zeci și sute de neuroni.’’ [2;3].

,,Sinapsa este unidirecționată: informația pornește din corpul celular spre sinapsă, mai întâi de-a lungul axonului și apoi prin sinapsă către următorul nerv sau celulă musculară. Când la acest nivel ajunge un potențial de acțiune, se deschid canalele de Ca2+ , ionii intră în celulă și determină deplasarea veziculelor spre membrană, unde se eliberează mediatorul chimic ( acetilcolina, epinefrina, histamina, glicina, aspartat, etc.)’’ [1].

Impulsul e transferat într-un singur sens, de la pre la postsinaptic.

2.1.2 Activitatea bioelectrica a celulei nervoase

Neuronii au membranele alcătuite din bistraturi lipidice. Aceste membrane au în componența lor un număr mare de macromolecule proteice. Proteinele formează canalele ionice, prin intermediul cărora ionii străbat membrană; canalele sunt selective și au sensibilităti diferite pentru potențialul transmembranar sau pentru anumite substanțe.

Circulația ionilor prin canalele membranare (Na+,Cl- ,K+) este datorată gradientului de concentrație către mediul cu concentrație mai scăzută: în exterior pentru K+, în interior pentru Na+și Cl-. Potențialul transmembranar de repaus (Vm) este egal cu diferența dintre potențialul interior și cel cel exterior Vm = i – o. Valoarea acestui potențial este între -60 mV și -75mV.

Toate celulele vii sunt caracterizate de reactivitate si răspund la stimulii exteriori.

Potențialul Vm reflectă activitatea electrică intrinsecă, potențiale electrotonice sunt datorate unor modificări pasive induse de curenți electrici exteriori.

2.2 Electroencefalografia ( EEG)

2.2.1 Principii teoretice [4]

,,Electroencefalografia este o metodă neinvazivă de explorare a fluctuațiilor de potențial electric din creier, înregistrat la nivelul scalpului. Activitatea neuronală este strâns legată de modificările potențialului de membrană, deci reprezintă obiectiv al electrofiziologiei.,,[4]

Sinapsele reprezintă impulsurile nervoase transmise de la un neuron la altul prin joncțiuni morfo-funcționale. Sinapsele sunt structuri de contact funcțional între neuroni sau între neuroni și efectori, specializate în transmiterea informației. Transmiterea sinaptică a informațiilor se face pe două căi distincte: chimică și electrică (cu predominanța celei chimice).

În alcătuirea unei sinapse chimice intră suprafața de contact a terminalului axonal presinaptic denumită membrană presinaptica, suprafața receptoare a celulei adiacente (membrană postsinaptica) și spațiul dintre aceste două suprafețe, fantă sinaptică.

Axonul presinaptic se termină la locul de ‘’contact” cu neuronul postsinaptic printr-o serie de fibre terminale presinaptice denumite butoni sinaptici sau terminali.

Butonul presinaptic conține un număr însemnat de mitocondrii, enzime și vezicule sinaptice. Veziculele sinaptice conțin mici cantități de mediatori chimici. Existența numeroaselor mitocondrii în butonul presinaptic este legată de necesitățile energetice pentru sinteză și eliberarea de către mediatori chimici. Fanta sinaptică reprezintă acel spațiu delimitat dintre membranele presinaptica și postsinaptica.

Membrana postsinaptica conține ancorate molecule receptoare care se cuplează specific cu mediatorul chimic. Moleculele receptoare alcătuiesc canale care sunt în mod normal închise în perioadele dintre transmiterile sinaptice. Ca răspuns la cuplarea cu mediatorii chimici, canalele transmembranare se deschid permițând ionilor de sodiu, potasiu și calciu să le traverseze.

,,În urma eliberării din veziculele presinaptice sub acțiunea influxului nervos, moleculele de mediator chimic se cuplează cu receptorii postsinaptici determinând modificări ale permeabilității canalelor ionice transmembranare cu apariția unui PPSE, în cazul sinapselor excitatoare, sau PPSI, în cazul sinapselor inhibitoare’’.[14]

Potențialul de membrană este rezultatul activității neuronale. Variațiile potențialului electric se pot înregistra cu metoda neinvazivă, la nivelul scalpului numită electroencefalografie.

Aceste modificări sunt de două feluri (Figura 2.2):

1. Potențialul de acțiune: este o depolarizare totală, de scurtă durată (impuls nervos) ce se propagă nealterat de-a lungul axonului.

2. Potențialele postsinaptice (PPS): se formează subsinaptic și se propagă decremental (electrotonic) în dendrite. Dacă această modificare este într-un sens depolarizant, va avea efect excitator (PPSE), iar dacă acționează hiperpolarizant va cauza inhibiție (PPSI).

Figura 2.2 Modificarile potentialului de membrană[4]

Potențialele se pot înregistra în trei modalități (Figura 2.2):

1. Înregistrarea intracelulară cu microelectrod (vârful intră în celulă și se măsoară diferența de potențial de-a lungul membranelor). Aceasta este o metodă exactă dar nu este ușoară. Cu un electrod se poate urmări comportamentul doar a unei singure celule. Pentru studierea rețelelor neuronale este necesară înregistrarea conexiunilor dintre celule. Cu doi electrozi este posibilă urmărirea a două celule interconectate, cât despre restul celulelor nu putem obține informații nici în acest caz.

2. Activitatea mai multor celule se poate înregistra prin metoda extracelulară, introducând microelectrodul în cadrul spațiului intercelular. În momentul în care celulele din jurul electrodului se depolarizează, acestea generează câmpuri electrice, care vor fi înregistrate sub forma unor salturi de potențial. Câmpul electric se micșorează exponențial cu distanța, deci se înregistrează un grup restrâns de neuroni apropiați.

3. Cele două metode de mai sus, sunt utilizate în cercetări fine pe animale, un motiv principal ar fi acela că sunt complexe și invazive (sângerânde). În scopuri clinice se utilizează electroencefalografia dar care totuși oferă informații utile clinicianului.

2.2.2 Creierul asemenea unui generator bioelectric

Creierul este asemenea unui generator bioelectric și vom face această asemănare pe baza structurii și complexității lui iar în continuare vom studia electrofiziologia creierului și semnalul EEG.

Semnalul EEG e determinat de activitatea spontană a creierului și este suma temporală și spațială a câmpurilor electrice generate de fenomenele post-sinaptice excitatorii și inhibitorii de la nivelul celulelor piramidale ale cortexului. Se consideră creierul ca fiind un conductor neomogen finit , alcătuit din surse elementare (regiuni) delimitate de suprafața Sj,care se comportă ca niște_dipoli care produc_densități_de_curent Ji(x,y,z,t). _

,,Densitatea de curent_Ji_nu este generată de potențialul de acțiune, ci de acțiunea transmițătorilor chimici în neuronii postsinaptici’’ [3]. Se produce o discontinuitate cu distribuție spațială a funcției (i.e., oo-ii), ce descrie stratul dublu ca sursă în membranele tuturor celulelor, conform ecuației:

Ѳp=

Unde :

P = câmpul în punctul P

i = potențialul în interiorul membranei

o = potențialul în exterior

i = conductivitatea în interiorul membranei

o= conductivitatea în exterior

P = conductivitatea în P

Evaluarea cantitativă a EEG este radical diferită de cea a ECG sau a EMG (electromiograma), bazându-se pe o abordare statistică, impusă de complexitatea structurii și electrofiziologiei creierului.

2.2.3 Descrierea semnalului EEG

,,Electroencefalograma este un semnal cu o amprentă personală unică. Sunt cazuri în care se pot identifica persoane după forma undelor EEG, raportată la anumite tipuri de activități și /sau atitudini.‘’[5] Cea mai mare influență asupra EEG o are nivelul activității cortex-ului. Frecvența dominantă este mai mare și amplitudinea acestuia scade pe măsură ce activitatea cerebrală crește. Frecvențele potențialelor la nivelul scalpului se înscriu între 1 Hz și 50 Hz, așa ca în fig.2.1

Figura.2.1 Spectrul normal de frecvențe în EEG [8].

EEG este caracterizată de patru ritmuri esențiale: alpha (α), beta (β), delta (Δ), theta (θ). [6], [7].

Stabilirea diagnosticului diferențial între manifestări clinice neurologice și neurochirurgicale se bazează pe ajutorul EEG. Semnalul EEG se folosește frecvent în studiul stării de conștiență, somnului, diagnosticarea și tratamentul epilepsiei.

,,Potențialele evocate (ERP) sunt variații electrice determinate de prezența stimulilor externi și oferă date despre procesele cognitive, atât în registrul normal, cât și al anomaliilor neurologice și psihiatrice‘’[5].

2.3 Electroencefalograma (EEG)

Electroencefalograma (EEG) se înregistrează cu electrozii care sunt plasați pe scalp. Electrodul având o distanță mare de scoarța cerebrală nu va înregistra comportamentul unui neuron, ci conlucrarea a mai multor neuroni (milioane de neuroni). EEG înscrie suma vectorială a câmpurilor electrice minuscule generate de neuronii individuali. Celulele principale, de ieșire (piramidale) sunt plasate paralel, cu dendritele fiind orientate perpendicular către suprafața scoarței și axonii spre interior (Figura 2.3).

Figura 2.3. Modalitățile de înregistrare a activității electrice a creierului.[4]

Celelalte celule nu sunt orientate într-o direcție specifică, iar activitatea lor sumată vectorial nu contribuie la formarea undelor EEG. ,,Axonii celulelor piramidale sunt considerabil mai departe de electrozi decât zona dendritică; în plus, potențialele de acțiune, având durată scurtă, cauzează un transfer mic de sarcini, de aceea electroencefalograma reflectă mai mult suma potențialelor postsinaptice din celulele piramidale activate sincron. Frecvența potențialelor înregistrate de pe scalpul unui subiect normal variază între 1 și 50 Hz (de obicei 1-30 Hz), iar amplitudinea în general între 20 și 100 μV’’. [4]

Electroencefalografia (EEG) reprezintă explorarea funcțională de detectare pe pielea capului a activității bioelectrice cerebrale, reprezentarea grafică a acesteia și analiza semnalului obținut.

Electroencefalograma (prescurtat tot EEG, Figura 2.4) este un amestec de semnale de joasă frecvență, neperiodice sau cvasiperiodice, având amplitudinea între (10 … 100) V (tipic cca. 50 Vvv). Traseul EEG reprezintă mai multe tipuri de unde separabile pe benzi de frecvență prin analiză spectrală.

Figura 2.4 EEG (a), distribuția amplitudinii (b) și densitatea spectrală (c)

2.3.1 Undele cerebrale AAA

Aceste unde specifice sunt:

Ritmul are banda de frecvență între 33 … 55 (chiar 70) Hz;

Ritmul are componente între 14 … 32 Hz, amplitudini sub 30 V și este asociat gândirii;

Ritmul are banda de 8 … 13 Hz și apare în perioade de veghe și relaxare. Pentru relaxare profundă undele_de 10 Hz sunt în acest caz predominante ("ceasul_biologic"), coincizând cu_frecvența_de_rezonanță a câmpului_magnetic_terestru; __

Undele au componente între 4 … 7 Hz, amplitudini de 30-70 V, se întâlnesc la copii frecvent iar la adult în cazuri izolate. O pondere mare la adult denotă probleme psihice.

Ritmul are frecvențe între 0.5 …3.5 Hz, amplitudini de 50-150 V și este prezent la copii și la adulți în somn. La adulți în starea de veghe este patologic.

Pentru a înțelege acest lucru urmăriți cu atenție Figura 2.5

Figura 2.5 Undele cerebrale. Toate traseele au durata de 1 secundă. Preluată din [10] și modificată

Figura xx Compararea coerentelor în frecventă[18]

2.3.2 Artefactele in electroencefalografie[14]

Pe lângă activitatea electrică specifică creierului, pe un traseu EEG se înregistrează și o serie de alte elemente grafice care nu sunt expresia potențialelor cerebrale și care poartă denumirea de artefacte. Se deosebesc artefacte biologice și artefacte fizice.

Artefactele biologice sunt cele mai frecvențe și cel mai dificil de sesizat pe un traseu:

Mișcările oculare- se reflectă prin unde sinusoidale regulate bifazice.

Tremorul pleoapelor- îmbracă aspect de unde monomorfe, grupate, ritmice localizate bilateral.

Electromiogramă mușchilor frontali- constituie cel mai frecvent artefact biologic întâlnit pe un traseu EEG. Este expresia potențialelor musculare ale mușchilor scalpului și feței.

Fig xx Electromiograma mușchilor frontali[14]

Mișcările respiratorii- apar ca unde lente, ample, supraîncărcate de ritmurile cerebrale normale sau patologice.

Mișcarea de sucțiune- induce grafoelemente lente sinusoidale și ascuțite, ritmice și continue.

Fig xx Artefact de deglutiție[14]

Mișcările de masticație și deglutiție- au aspecte caracteristice și durata actului motor efectuat.

Mișcarea ritmică a bărbiei- determină șiruri lungi de grafoelemente lente și ascuțite continue.       

Artefacte fizice:

Soluția salină cu care se umectează electrozii poate favoriza o scurtcircuitare, în cazul în care aceștia sunt plasați apropiat, și să rezulte de asemenea artefacte pe traseul EEG.

Artefacte de rețea electrică- se prezintă sub formă unei tușe groase a liniei de bază, parazitând una, mai multe sau toate derivațiile. Are frecvența rețelei (50Hz) și amplitudinea constantă.

2.3.3 Traseul electroencefalografic normal[14]

Traseul EEG în stare de veghe la copil[14]

Sugarul prezintă o activitate lentă de tip delta, 3 c/s, și amplitudinea de 30-40 AµV, uniform fără diferențe regionale și cu asimetrie interemisferica.

După vârsta de 5 luni activitatea bioelectrică cerebrală începe să se diferențieze pe regiuni și să se organizeze în fusuri.

Între vârstă de 1 și 2 ani activitatea lentă crește în amplitudine. Începe să apară ritmul teta polimorf.

Între vârsta de 2 și 4 ani scade incidența ritmului delta și crește cea a ritmului teta.

Între vârsta de 5 și 6 ani începe să apară ritmul alfa instabil intricat cu ritm lent, care este dominant. După această vârstă ritmul teta începe să diminue că incidența, să se retragă spre ariile temporale iar ritmul alfa ocupă ariile posterioare, intricat cu un procent mic de ritm delta, care se blochează la deschiderea ochilor. După vârsta de 10 ani ritmul alfa devine stabil, modulat în fusuri în regiunile posterioare.

După vârsta de 12-14 ani traseele EEG sunt similare cu ale adulților.

2.3.4 Electroencefalografie clinică [14]

Epilepsia este afecțiunea care beneficiază în cea mai largă măsură de aportul EEG- fiind utilă atât pentru precizarea diagnosticului cât și pentrumonitorizarea tratamentului.

,,Diagnosticul în epilepsie este în primul rând bazat pe elemente de ordin clinic, dar EEG își păstrează valoarea mai ales în cazul dificultăților de diagnostic. Pledează pentru diagnosticul de epilepsie, dacă tabloul clinic îl susține, prezența pe un traseu EEG de modificări sau anomalii epileptiforme (termen recomandat de Federația Internațională de Neurologie Clinică în 2002).’’[14]

Acestea constau în:

complexe varf-undă (CVU);

vârfuri;

polivârfuri;

polivârf-unde;

unde ascuțite (sharp-waves);

diferițele lor combinații deja menționate;

complexul poliunde lente;

complexul poliunde lente si ascuțite.

Prezența de anomalii epileptiforme pe un traseu EEG nu presupune obligatoriu și un diagnostic de epilepsie așa după cum, un traseu EEG normal nu poate nici să-l exluda.

Există rar șansa că EEG să fie efectuat în timpul unei crize epileptice; majoritatea sunt efectuate intercritic sau postcritic.

Epilepsia generalizată tonico-clonică:

Intercritic se pot gasi:

traseu normal;

traseu instabil cu alfa lent întrerupt de alte ritmuri;

traseu lent difuz sau localizat;

traseu de aspect intercritic cu descărcări bilaterale sau regionale, izolate sau grupate de vârfuri, unde-lente, complexe vârf-undă, compexe polivarf-undă, complexe vârf-undă degradate.

Figura xx EEG-criza tonico-colonica[14]

,,În timpul crizei tonico-clonice generalizate anomaliile paroxistice apar bilateral, simetric și sincron și diferă că aspect după fazele crizei.

Traseul EEG devine mai întâi, că un preaviz al furtunii electrocerebrale care va urma, iritabil, îmbogățit cu vârfuri, polivarfuri, sharp waves, difuze sau focalizate.

Debutul crizei se face prin aplatizare sau prin desincronizare ori prin sincronizare rapidă, cu durată de 1-3 sec. ,urmată de scurte clonii ale mușchilor feței.’’[14]

Desfășurarea crizei se petrece în 5 faze distincte:

1.     faza tonică se caracterizează prin ritmul recrutant epileptic. Este format din vârfuri cu frecvența de 10-12 c/s, amplitudine progresiv crescută- 100-200-300 AµV, sincrone, generalizate cu durată de 20-30 sec. (b)

2.     faza clonică, în care ritmul recrutant este intercalat cu unde lente, la început cu frecvența de 8 c/s, apoi de 3-4 c/s, îmbrăcând un aspect particular de unde lente crenelate de vârfuri și de polivarfuri-undă. (c)

3.     faza comatoasă sau stertoroasa reprezintă sfârșitul crizei. Este anunțată electric printr-o aplatizare generalizată a traseului (silențium electric) care durează 5-20 sec. Corespunde fazei de depresie postcritica, de epuizare corticală. (d) 4.     faza postcritica se caracterizează prin activitate lentă de tip delta monomorf și polimorf, difuz, 1-3 c/s, amplitudine 50-70 AµV. Este faza de suferință corticală exprimată clinic prin stare confuzională agitată sau liniștită. (e)

5. faza de somn postcritic poate dura cateva minute sau ore.

EEG în criza grand-mal[14]

2.3.5 Electroencefalografia computerizată[14]

  Dezvoltarea tehnologiei computerizate a influențat și modalitatea de înregistrare a electroencefalogramei. S-a trecut astfel de la înregistrările pe hârtie, la suportul electronic.

EEG computerizat corectează în mare parte neajunsurile metodei clasice: folosește suport electronic; EEG este stocată în calculator sau arhivată pe CD, discuri optice, DVD; informația poate fi ușor vehiculată între computere, laboratoare, prin Internet; se poate ,,citi” electroencefalogramă de la distanță.

După faza de achiziție a semnalului, computerul permite vizualizarea unui grafoelement în montajele și/sau derivațiile selectate de cel care citește EEG; prelucrarea computerizată permite și analizarea unor porțiuni mai scurte sau mai lungi ale traseului, în ceea ce privește ponderea anumitor ritmuri sau grafoelemente; această estimare este imposibil de cuantificat pe un traseu simplu;

Figura xx Cartografierea undelor cerebrale

  Electroencefalografia computerizată presupune deci pe de o parte, înregistrarea unui traseu EEG pe computer, iar pe de altă parte, prelucrarea acestui traseu cu obținerea unei EEG cantitative, numite și ‘’brain mapping”.

Trebuie însă subliniat că la baza unei interpretări corecte stă traseul EEG convențional.

O tehnică, de acum în unele țări, prin posibilitățile tehnice de realizare, o constituie înregistrarea de lungă durată a EEG. Este necesară îndeosebi când EEG standard nu oferă datele necesare. Timpul de înregistrare se întinde pe o durată de 24-48 ore incluzând și o noapte de somn.

  Video-EEG este astăzi larg utilizat în acest scop. Când crizele de epilepsie par să fie rezistente la tratament și se suspicionează în aceste cazuri o intricare cu crize psihogene, se impune o înregistrare video-EEG de lungă durată.

Mappingul (cartografierea) magnetoencefalografic este în prezent o tehnică de cercetare ce urmărește decelarea câmpurilor magnetice foarte slabe induse de activitatea cerebrală, mai ales intercritica.

Figura xx Magnetoenecfalografie cartografică utilizată în precizarea ariilor funcționale în vecinătatea focarelor epileptogene[14]

Monitorizarea de lungă durată este necesară în special în evaluarea cazurilor de epilepsie cu indicație neurochirurgicala. În cazurile în care crizele nu pot fi bine localizate utilizând electrozi de suprafață sau atunci când datele neuropsihologice nu sunt în concordanță cu înregistrările EEG, se apelează latehnicile invazive EEG.

Se vor utiliza electrozii sfenoidali (dispuși sub zygoma spre foramen ovale pentru a înregistra suprafața infero-meziala a lobului temporal) sau electrozi dispuși percutan în foramen ovale- fosă cerebrală medie pentru a înregistra activitatea porțiunii posterioare a hipocampului și a girului parahipocampal. Electrozii corticali (electrocorticografia), chiar și epidurali permit efectuarea de înregistrări acute sau cronice, realizând mappingul cortical.

Electrozii de profunzime sunt electrozi drepți inserați stereotactic, în parenchimul cerebral:

la baza lobului frontal prin orificii de trepan frontale,

spre structurile temporale meziale utilizând orificiile de trepan parietale,

multiplii electrozi dispusi paralel multicontact temporal hipocampic pentru a obtine o vedere spatială a surselor epileptogene diferite și căile lor de transmitere,

printr-un electrod multicontact dipus printr-o gaură de trepan parietală în hipocamp de-a lungul axului sau bilateral.

2.3.6 Cartografierea parametrilor spectrali

Cartografierea EEG este o metodă ecranată pentru datele EEG. În cazul acesta distribuția topografică a activităților cortexului cerebral proiectat pe suprafața capului este reprezentat ca fiind o hartă.

Fig xx Harta parametrilor spectrali[13]

Codul culorilor este definit de urmatoarele detalii:

Albastru și negru reprezinta un nivel de energie scăzut;

Rosu și alb reprezintă un nivel de energie ridicat.

Figura xy Harta topografică EEG[11 și modificată]

2.4 Utilizarea EEG

EEG se utilizează cel mai frecvent în:

Studiul stării de conștiință:

,, În timpul activității normale zone mici, unități modulare funcționale (cu diametru de aproximativ 100 μm) "vorbesc între ele". Aceste unități se activează și se dezactivează în continuu și de obicei nu funcționează deodată. Acest asincronism care se reflectă în ritmurile rapide alfa și beta este absolut necesar pentru păstrarea conștiinței. Dacă activitatea neuronală se sincronizează apar unde lente, cu amplitudine mare (teta, delta) și sub 4-5 Hz conștiința se pierde. Urmărind ritmul cortical se poate monitoriza sau chiar se poate comanda automat narcoza.’’[4]

Studiul somnului și al visului:

Există două feluri de somn (Figura 2.7):

Somn cu unde lente (somnul clasic, non-REM) care are 4 stadii caracterizate de scăderea progresivă a frecvenței și creșterea amplitudinii corelat cu adâncimea somnului. În timpul somnului lent musculatura este relaxată, predomină activitatea parasimpatică.

,,Somn cu mișcări rapide ale globilor oculari (REM – Rapid Eye Movements) care mai este denumit și somn paradoxal. EEG devine brusc desincronizată (voltaj scăzut, frecvență mare), predomină activitatea simpatică, tonusul muscular dispare cu excepția musculaturii ochilor și a mușchilor 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 dimineața.’’[4]

Diagnosticul epilepsiei:

J. H. Jackson face primul pas spre înțelegerea epilepsiei, la sfârșitul secolului al XIX-lea, analizând cazuri individuale. Din observațiile sale, formează definiția modernă a epilepsiei: a€œO descărcare ocazională, excesivă și dezorganizată a țesutului neuronal.”

,,Termenul de epilepsie se referă la o afecțiune cronică caracterizată prin recurență unor crize care apar spontan, neprovocat, în absența unor factori declanșatori evidentiabili. Epilepsia se mai caracterizează printr-un mecanism anume de producere, prin posibile modificări psihice intercritice, printr-o vârstă de debut, o evoluție și o sensibilitate la tratament. Tendința la recurență poate fi rezultatul unor anomalii structurale cerebrale sau a unei predispoziții constituționale de a avea crize. Această predispoziție este, cel puțin în parte, determinată genetic. De cele mai multe ori cele două condiții se asociază în diferite proporții.’’[4]

Pentru a dovedi autenticitatea crizei, manifestările clinice de tip convulsiv trebuie să aibe corespondent sincron pe inregistarea EEG. Există convulsii electrice, fără corespondent clinic. Manifestările clinice sugestive, fără corespondent electric pe EEG, trebuie interpretate ca false convulsii. Absența grafoelementelor specific epileptice pe o înregistrare EEG semnifică doar că în momentul acelei înregistrări nu a existat nicio descărcare neuronală. Înregistrarea EEG pe 24 de ore permite surprinderea ‘’evenimentelor” și are o semnificație mai mare.

Epilepsia afectează 1% din populație. Apare atunci când o populație mare de neuroni se descarcă cu un sincronism anormal. Semnul EEG al acestei descărcări sincronizate este o undă ascuțită cu amplitudine mare (vârf). Epilepsia se împarte în două categorii mari:

În epilepsia parțială (focală) neuronii activați anormal sunt grupați doar într-un focar, de aceea apar vârfuri numai la un grup de electrozi. Cunoscând poziția electrozilor, focarul poate fi localizat.

Epilepsia generalizată (nonfocală) cuprinde părți mari ale creierului, deci vârfuri se înregistrează în toate derivațiile.

Crizele „grand-mal” sunt caracterizate de pierderea conștiinței asociată cu mișcări tonico-clonice. Din cauza afectării centrilor vegetativi apare scurgere de salivă precum și tulburări sfincteriene.

Între atacuri, EEG poate fi normală sau periodic se înregistrează unde ascuțite.

Figura 2.7 Stadiile somnului (B) și activitatea EEG caracteristică (A)

Declararea morții cerebrale: dacă nu există nici o activitate nervoasă corticală se înregistrează "traseu EEG nul", ceea ce indică moartea creierului.

Alte ritmuri tipice ale EEG sunt complexele K (având amplitudini minime de 100 Vvv și fiind întâlnite în somn) și fusul encefalografic (succesiune de unde având componente între 12 … 16 Hz).

2.5 Sistemele de culegere ale semnalului EEG

Sistemele de culegere ale semnalului EEG sunt reprezentate de electrozi care sunt așezați pe scalpul pacientului ca în figura de mai jos.

Fig 2.8 Plasarea electrozilor pe scalpul pacientului[9]

Electrodul este un conductor care stabilește un contact cu un electrolit.

La interfața electrod-electrolit sunt prezente fenomene care transformă conducția ionică (a electrolitului) în conducție electronică (a metalului) și invers. Există o deplasare a electronilor din metal spre electrolit și a ionilor din electrolit spre metal în sensul realizării unui echilibru chimic.

Sistemele de culegere a semnalului EEG sunt standardizate (Figurile 2.9, 2.10). Electrozii poartă numele zonei de culegere: F – electrozi frontali, T – temporali, C – centrali, P – parietali, O – occipitali, iar electrodul de referință este notat cu A. Electrodul de masă este plasat pe piciorul drept, ca în cazul ECG.

,,Culegerea unipolară amplifică semnalul de electrod față de referință. Culegerea cu punct median de referință folosește medierea semnalelor tuturor electrozilor encefalici printr-o rețea rezistivă de sumare. Culegerea bipolară permite localizarea mai bună a fenomenelor encefalice, căci semnalele utile pot fi în antifază și astfel pot fi izolate de artefacte.’’[12]

Figura 2.9 Plasarea electrozilor EEG și culegerea unipolară[12]

(a) (b)

Figura 2.10 Culegerea cu punct de referință median (a) și culegerea bipolară (b)[12]

2.6 Tehnici de înregistrare EEG

Aparatul EEG trebuie să fie instalat într-o încăpere spațioasă, ferită de zgomot și de lumina prea puternică și departe de încăperi cu tub Roentgen, fizioterapie, sală de operație, etc. Pacientul trebuie să fie pregătit atent de un personal calificat. Se recomandă ca pacientul să-și spele părul în ziua precedentă examinării sau dacă este gras să-l degreseze cu alcool sau eter. Trebuie să fie pregătit psihic pentru a-și păstra calmul în timpul investigației.[reformulare]

Înregistrarea semnalului EEG Se realizează măsurând diferența de potențial între un punct de pe scalp sau cortex (centru nervos) și unul de referință: nasion (la nivelul ochilor) și inion (la spate, la baza capului pe linia mijlocie). Există două metode: neinvazivă (de suprafață) și invazivă. Pentru studiul electroencefalogramei spontane este utilizat de obicei sistemul internațional de înregistrare 10 – 20.

În comparație cu ECG, EEG este dificil de interpretat datorită semnificației sale pentru diferite zone ale creierului, precum și din cauza modului de plasare a electrozilor. Ultimul aspect a fost rezolvat prin standardizarea unui sistem de culegere EEG folosind 10-20 de electrozi. Acest sistem, pentru o analiză riguroasă, este completat de monitorizarea mișcării globului ocular, a sistemului muscular și de ECG.

Electrozii folosiți obișnuit sunt sub formă de disc, au diametrul de 1…3 mm, sunt construiți din Ag-AgCl și conțin conductoare flexibile pentru conectarea la amplificator. Necesitatea unei impedanțe de contact cu pielea scăzute (< 10 k) este îndeplinită doar parțial de existența părului și de stabilitatea mecanică relativ scăzută a culegerii. O pastă conductoare electric și un ciment special (collodion) contribuie la obținerea impedanței scăzute dorite. Varianta electrozilor cu preamplificator încorporat oferă o adaptare foarte bună de impedanță cu conductorii de legătură. Monitorizarea impedanței inter-electrozi este o facilitate utilă în echipamentele moderne.

Înregistrările pe termen lung fac apel la electrozi tip ac, inserați între pielea capului și cutia craniană, deși pericolul infecției nu este de neglijat.

De la electrozi se poate obține un semnal cu amplitudini de 1…10 V, care trebuie amplificat foarte mult (de cca. 106 ori) în vederea înregistrării. Amplificarea, în condiții de zgomot, se realizează cu amplificatoare diferențiale cu impedanță de intrare și rejecție de mod comun mari. Datorită benzii de frecvență scăzute a semnalului EEG, folosirea FTJ cu frecvență de tăiere de cca. 40 Hz contribuie și la eliminarea zgomotului de rețea. În plus, atenuarea frecvenței de 50 Hz se face cu filtre notch intercalate în amplificator. Un raport semnal/zgomot la intrarea amplificatorului de minim 20 dB este considerat satisfăcător pentru obținerea unei EEG de calitate.

Un înregistrator clasic este cel cu peniță. Viteza de înrgistrare este reglabilă: redusă (10mm/s), pentru observarea vârfurilor de semnal, precum și ridicată (până la 120 mm/s), în vederea detectării diferitelor ritmuri în EEG.

O altă modalitate de înregistrare este cea pe bandă magnetică, multicanal, semnalul fiind modulat în frecvență. Un dispozitiv de afișare optică (osciloscop sau monitor video) permite monitorizarea EEG. Redarea semnalului înregistrat poate avea loc la viteză mai mare ca la înregistrare, folosind scheme de compensare în timp ce permit un raport uzual de 60:1 între înregistrare și redare.

Memorarea EEG poate avea loc și pe sisteme de calcul, cu ajutorul convertoarelor A/D interfațate cu memoria calculatorului. Rezoluția convertorului folosit este uzual de 10-12 biți. Un bloc de filtrare digitală poate preceda memorarea eșantioanelor EEG. Astfel de tehnici permit memorarea pe termen scurt, datorită necesităților de memorie. De exemplu, pentru eșantionare cu 128 Hz și o înregistrare de 8 sec., rezultă 1024 de eșantioane/canal; pentru 10 min. înregistrate, trebuie memorate 76800 de eșantioane. Apare astfel necesitatea compresiei datelor, prin tehnicile uzuale din domeniu.

2.7 Realizarea procedurii

Pentru efectuarea propriu-zisă a examenului pacientul se va întinde pe masă de consultație sau trebuie să stea relaxat așezat în șezut cu ochii închiși. Electrozii din argint, sub formă de discuri de 0,5 cm în diametru sunt atașați de scalp cu ajutorul unei substanțe adezive și a unei paste conductive (sau doar pastă conductivă). Pentru o electroencefalografie standard, medical atașează pe scalpul pacientului în jur de 16 până la 25 electrozi de suprafață. În unele situații se pot folosi și căști care au electrozi atașați că în figura de mai jos.

Figura xx Cască cu electrozi atașati[15]

Electrozii sunt conectați prin intermediul unor cabluri la sistemul electroencefalografic precum și la un computer ce înregistrează activitatea cerebrală electrică.

Figura xx Conectarea electrozilor la sistemul electroencefalografic.[16]

Semnalele preluate de electrozi sunt amplificate până când sunt suficient de puternice pentru a devia trasorul cu cerneală, determinând ca informațiile să fie inscripționate pe hârtie cu o viteză de 3 cm/s sub forma unor linii curbe. Se înregistrează simultan mai multe semnale din diferite regiuni ale bolții craniene. Traseele obținute reprezintă electroencefalograma. În ultimul timp, tot mai mult se utilizează electroencefalografia digitală, în care traseele sunt vizualizate pe ecranul monitorului și stocate în formă electronic ca în figura de mai jos.

Figura xx [17]

Pe lângă înregistrarea electroencefalografiei în repaus, se mai utilizează și câteva proceduri de activare, destinate în a amplifica activitatea electrică corticala sau de a genera activități electrice care nu sunt observate în mod normal în timpul repausului:

Proba cu hiperventilare. Pacientul este rugat să respire profund timp de 3 minute cu o frecvență aproximativă de 20 de respirații pe minut. Hiperventilarea poate determina apariția activității epileptice specifice sau a altor anormalități electrice la EEG.

Proba cu lumină. O sursă puternică de lumină oscilantă (un stroboscop) este plasată la aproximativ 30 de cm de ochii pacientului și este pusă să oscileze cu o frecvență de la 1 la 20/s în timp ce pacientul ține ochii deschiși sau închiși.

Proba cu somn. Electroencefalografia este înregistrată în timp ce pacientului i se permite să adoarmă de bună voie sau cu ajutorul sedativelor. Somnul este extrem de util în evidențierea anormalităților, în special în caz de prezență a epilepsiei de lob temporal sau altor tipuri de epilepsie. înregistrarea în acest caz se va desfășura, cel mai probabil, pe parcursul unei nopți întregi.

1.Gheorghe, V., Popescu, A., Introducere în bionică, Editura Științifică, București , 1990

2.Szilagyi, T., Metz, J.,Modelare neuronală-curs, disponibil la http://www.fizioms.ro/edu/lp/data/Modelare_neuronala.pdf

3. Malmivuo,J., Plonsey, R., Bioelectromagnetism-Principles And Aplications Of Bioelectric And Biomagnetic Fields, Oxford University Press,1995

4.Dr. Orbán-Kis Károly, Dr. Szilágyi Tibor

5. Teplan, M., Fundamentals of EEG measurement, MEASUREMENT SCIENCE REVIEW, Volume 2, Section 2, 2002

6. Malmivuo,J., Plonsey, R., Bioelectromagnetism-Principles And Aplications Of Bioelectric And Biomagnetic Fields, Oxford University Press,1995

7. Berbari, E.J., Principles of Electrocardiography, Biomedical Engineering Fundamentals, 2006, Taylor & Francis Group, LLC, pp.24-1, disponibil la http://www.crcnetbase.com/

8. Ravariu, C., Electrofiziologie ( note de curs) , Universitatea Politehnica Bucuresti, disponibil la www.arh.pub.ro/cravariu/Electrofiziologie.doc

9. httpi.ytimg.comviYtbP8klTBZ0maxresdefault.jpg

10. httpmeditationasheville.blogspot.ro201103holosync-binaural-beat-meditation-cds.html

11. http://www.cerebromente.org.br/n03/tecnologia/topomap-big.gif

12.http://www.umfiasi.ro/masterate/Suporturi%20de%20curs/Facultatea%20de%20Bioinginerie/Curs%20Electronica%20Medicala,%20an%20III/Cap2_prez.pdf

13. http://www.healthleadsuk.com/bio-resonance-and-e-smog/rayonex-double-blind-study.html

14. http://www.rasfoiesc.com/sanatate/medicina/Corelatii-etiopatogenice-si-cl68.php

[15]http://www.mpg.de/6340865/babies_language-learning

[16http://qeegsupport.com/

[17] http://www.electroencefalograf.ro/

[18]http://eeghacker.blogspot.ro/2014/01/breathing-meditation-alpha-coherence.html