Определение
Электроэнцефалограмма (ЭЭГ) - это совокупность электрических сигналов, генерируемых головным мозгом и регистрируемых со скальповых электродов. В соответствии с современными клиническими рекомендациями сигнал ЭЭГ при рутинных обследованиях регистрируется в диапазоне от 0.5 до 70 Гц. Этот частотный диапазон содержит биоэлектрические волны головного мозга, и обычно разделяется на поддиапазоны или ритмы ЭЭГ.
В первой части данной статьи рассмотрены типовые ритмы ЭЭГ-активности, а во второй - разобраны различные варианты расчета индекса ритмов волн.
Ритмы работы мозга
Понятием «ритм» на электроэнцефалограмме считается тип электрической активности, относящийся к определенному состоянию мозга, координируемый соответствующими механизмами. При расшифровке показателей ритма ЭЭГ головного мозга анализируется его частота, соответствующая состоянию участка мозга, амплитуда, и характерные его изменения при функциональных сменах активности.
В ходе регистрации ЭЭГ-обследования регистрируется электрическая активность мозга под каждым электродом. Эта активность представлена по оси времени в виде ЭЭГ-кривой. В этой кривой принято выделять волны определенных частотных диапазонов, которые называют ритмами ЭЭГ. Основным ЭЭГ-ритмом здорового человека в состоянии расслабленного бодрствования считается альфа-ритм (8-14 Гц). При решении, например, математических задач мозг в большей степени начинает генерировать бета-ритм (14-35 Гц), а, например, во время глубокого сна у человека доминируют дельта (0.5 – 4 Гц) и тета (4-8 Гц) ритмы. По наличию или отсутствию тех или иных ритмов в зависимости от состояния пациента, по их локализации врач может сделать заключение о функциональном состоянии головного мозга обследуемого.
Ритмы бодрствующего человека
Мозговая деятельность, зафиксированная на ЭЭГ у взрослого человека, имеет несколько типов ритмов, характеризующихся определенными показателями и состояниями организма.
- Альфа-ритм. Его частота 8–14 Гц. Альфа-ритм присутствует у большинства здоровых индивидуумов. Самые высокие показатели амплитуды наблюдаются в состоянии покоя обследуемого, находящегося в затемненной комнате с закрытыми глазами. Лучше всего альфа-ритм определяется в затылочной области. Фрагментарно блокируется или совсем затихает при мыслительной деятельности или зрительном внимании.
- Бета-ритм. Его волновая частота колеблется в интервале 14–35 Гц, и основные всплески наблюдаются при активном состоянии обследуемого. Ярко выраженные колебания можно регистрировать в лобных долях при обязательном условии наличия активной деятельности, например, психическое или эмоциональное возбуждение. Амплитуда бета-колебаний гораздо меньше альфа-ритма. Часто бета-ритм разделяют на два поддиапазона: бета-НЧ-ритм от 14 до 20 Гц и бета-ВЧ-ритм от 20 до 35 Гц.
- Гамма-ритм. Интервал колебаний выше 35 Гц, может достигать 120–180 Гц и характеризуется довольно сниженной амплитудой – менее 10 мкВ. Превышение границы 15 мкВ считается патологией, обуславливающей снижение интеллектуальных способностей. Ритм определяется при решении задач и ситуаций, требующих повышенного внимания и концентрации.
- Каппа-ритм. Характеризуется интервалом 8–12 Гц, и наблюдается в височной части мозга при умственных процессах путем подавления альфа-волн в остальных участках.
- Лямбда-ритм. Отличается малым частотным диапазоном: 4–5 Гц, запускается в затылочной области при необходимости принятия зрительных решений, например, занимаясь поиском чего-либо с открытыми глазами. Колебания полностью пропадают после концентрации взгляда в одной точке.
- Мю-ритм. Определяется интервалом 8–13 Гц. Запускается в затылочной части, и лучше всего наблюдается при спокойном состоянии бодрствования. Подавляется при запуске любой активности, не исключая и мыслительную. В центральных областях мозга (моторная зона) мю-ритм может наблюдаться при отсутствии движения, подавляется любым движением конечностей.
Ритмы ЭЭГ в состоянии сна
Отдельная категория видов ритмов, проявляющихся либо в условиях сна, либо при патологических состояниях включает в себя три разновидности:
- Дельта-ритм . Частота 0.5–4 Гц. Характерен для фазы глубокого сна и для коматозных больных. Также фиксируется при записи сигналов от областей коры мозга, расположенных на границе с пораженными онкологическими процессами участками. Иногда может быть зафиксирован у детей 4–6 лет.
- Тета-ритм . Интервал частоты находится в пределах 4–8 Гц. Данные волны запускаются гиппокампом (информационным фильтром) и проявляются при сне. Отвечает за качественное усвоение информации и лежит в основе самообучения. В состоянии бодрствования может быть связан с патологическими процессами.
- Сигма-ритм . Отличается частотой 10–16 Гц, и считается одним из главных и заметных колебаний спонтанной электроэнцефалограммы, возникающий при естественном сне на начальной его стадии (сонные веретена).
По итогам, полученным при записи ЭЭГ-обследования, определяется показатель, характеризующий полную всеохватывающую оценку волн – биоэлектрическую активность мозга (БЭА). Врач проверяет параметры ЭЭГ: частоту, ритмичность и присутствие резких вспышек, провоцирующих характерные проявления, и на этих основаниях делает окончательное заключение.
Нетипичные ритмы
Кроме перечисленных базовых ритмов ЭЭГ в последнее время выделяют несколько новых диапазонов. К ним можно отнести:
- Высокочастотные осцилляции (High Frequency Oscillations - HFO) - регистрируются с инвазивных ЭЭГ-электродов. ВЧО регистрируются от 80 до 200-500 Гц. ВЧО являются маркером источников патологической активности при поиске очагов патологической активности перед оперативным лечением.
- Сверхмедленная электрическая активность головного мозга — тип ЭЭГ-активности, который может быть зарегистрирован только при помощи специальных усилителей (усилителей постоянного тока), включает колебания с периодом от нескольких до десятков секунд. Механизм генерации этих колебаний не известен, но предполагается, что это связано с медленными метаболическими процессами мозга. Используется только в научных исследованиях.
Трехфазные волны
Трехфазные волны представляют собой позитивные высокоамплитудные резкие колебания более 70 микровольт. Положительной волне обычно предшествует медленная негативная волна. Как правило, первая негативная волна имеет более высокую амплитуду, чем вторая.
В данном видео от журнального клуба Асклин и Ru-YES разобраны механизмы возникновения и клинические примеры трехфазных волн:
Возрастные нормы
Электрическая активность головного мозга младенца, подростка, взрослого или пожилого человека существенно отличаются по частотному составу, по амплитуде. Поэтому в зависимости от возраста обследуемого ЭЭГ может содержать различные ритмы. Задача врача - увидеть отклонение от нормальных значений и сделать грамотное заключение. Для определения соответствия записанной ЭЭГ норме желательно опираться на какие-то цифровые представления сигналов, например, на индекс ритма. Однако здесь нужно учитывать особенности расчета данного показателя.
Индекс ритма
Индекс ЭЭГ-ритма – относительный показатель выраженности какой-либо активности ЭЭГ в определенном частотном диапазоне в общей совокупности всей электрической активности.
Индекс может быть рассчитан по-разному и иметь, соответственно, разные значения и интерпретацию.
Варианты расчета индекса ритма
- Индекс по времени (представленность) - это процент времени, в течение которого на каком-либо отрезке кривой выражена данная активность. Например, такой индекс может быть рассчитан, как отношение количества секунд, в которых присутствуют волны заданного частотного диапазона к общему количеству секунд записи.
- Индекс по мощности спектра (преобразование Фурье) - это отношение площади под графиком мощности спектра заданного частотного диапазона (например, альфа-ритма) к общей площади всего графика спектра полосы пропускания.
- Кроме этого, индекс может быть рассчитан, как отношение количества волн заданного диапазона к общему количеству всех волн на кривой ЭЭГ.
Конечно, вручную считать интекс ритма весьма затруднительно, но для компьютерной обработки это не составляет труда. Однако, в зависимости от выбранного способа расчета, полученные значения индекса ритма на одном и том же участке записи могут отличаться.
Примеры расчета
Итак, рассмотрим пример разного расчета индекса, например, альфа-рима:
В представленных 8-ми секундах ЭЭГ-записи виден высокоамплитудный хорошо модулированный альфа-ритм. При этом, если считать индекс альфа-ритма по отношению площади под графиком мощности спектра, то он варьируется от 34% до 83% для разных отведений. Если рассчитать индекс по отношению количества волн альфа-диапазона ко всем волнам на кривой, то индекс варьируется от 48% до 78%, а если говорить об индексе, как представленности альфа-ритма по времени, то он равен 100% по всем отведениям, то есть в каждой секунде на каждой ЭЭГ-кривой присутствует хотя бы одна волна альфа-диапазона.
Вывод
Таким образом, индекс ритма ЭЭГ может иметь разные значения при разных вариантах расчета и должен интерпретироваться и нормироваться в соответствии с методом расчета.
Полезные материалы
- Проведение рутинного ЭЭГ-обследования.
- Порядок проведения рутинного ЭЭГ-обследования.
- Методика регистрации и формирования заключения по ЭЭГ. Москва. 2021.
- Методика регистрации и формирования заключения по ЭЭГ. Москва. 2021.
Литература
- Зенков Л.Р. Электроэнцефалография. В кн.: Зенков Л.Р., Ронкин М.А. Функциональная диагностика нервных болезней. 2-е издание. М.: Медицина. 1991, с. 7-146.
- Friedlander W. J. Equivocation in EEG Reporting: the clinicians responce. Clin, electroencephalogr., 1979, v. 10, p. 219—221.
- Maurer К. et а!., 1989; Giannitrapani D. et al., 1991; Iznak A.F. et al., 1992
- Nagata К., 1990
- Болдырева Г.И., 1994
- Зимкина A.M., Домонтович Е.Н., 1966
- Maurer К. et al., 1989
- Moulton R. et al., 1988
- Русинов B.C., Гриндель О.М., 1987
- Монахов К.К. и др., 1983; Стрелец В.Б., 1990
- Карлов В.А., 1990; Сараджишвили П.М., Геладзе Г.Ш., 1977; Penfield W., Jasper H.H., 1954