Elektroensefalografi
| Elektroensefalografi ⓘ | |
|---|---|
 Epileptik diken ve dalga deşarjları izlenen EEG |
Elektroensefalografi (EEG), beynin yüzey tabakasının altındaki makroskopik aktiviteyi temsil ettiği gösterilen kafa derisindeki elektriksel aktivitenin bir elektrogramını kaydetmek için kullanılan bir yöntemdir. Elektrotların kafa derisi boyunca yerleştirilmesiyle tipik olarak non-invazivdir. İnvaziv elektrotlar içeren elektrokortikografi bazen "intrakraniyal EEG" olarak adlandırılır. ⓘ
EEG, beynin nöronları içindeki iyonik akımdan kaynaklanan voltaj dalgalanmalarını ölçer. Klinik olarak EEG, kafa derisine yerleştirilen çoklu elektrotlardan kaydedilen beynin spontane elektriksel aktivitesinin bir süre boyunca kaydedilmesi anlamına gelir. Teşhis uygulamaları genellikle ya olayla ilgili potansiyellere ya da EEG'nin spektral içeriğine odaklanır. İlki, 'uyaran başlangıcı' veya 'düğmeye basma' gibi bir olaya zaman kilitli potansiyel dalgalanmaları araştırır. İkincisi ise frekans alanındaki EEG sinyallerinde gözlemlenebilen nöral salınımların (halk arasında "beyin dalgaları" olarak adlandırılır) türünü analiz eder. ⓘ
EEG çoğunlukla EEG okumalarında anormalliklere neden olan epilepsiyi teşhis etmek için kullanılır. Ayrıca uyku bozuklukları, anestezi derinliği, koma, ensefalopatiler ve beyin ölümünü teşhis etmek için de kullanılır. EEG eskiden tümörler, inme ve diğer fokal beyin bozuklukları için ilk basamak tanı yöntemiydi, ancak manyetik rezonans görüntüleme (MRI) ve bilgisayarlı tomografi (CT) gibi yüksek çözünürlüklü anatomik görüntüleme tekniklerinin ortaya çıkmasıyla bu kullanım azalmıştır. Sınırlı uzaysal çözünürlüğe rağmen, EEG araştırma ve tanı için değerli bir araç olmaya devam etmektedir. Mevcut birkaç mobil teknikten biridir ve CT, PET veya MRI ile mümkün olmayan milisaniye aralığında zamansal çözünürlük sunar. ⓘ
EEG tekniğinin türevleri arasında, bir tür uyaranın (görsel, somatosensoriyel veya işitsel) sunumuna zaman kilitli EEG aktivitesinin ortalamasını almayı içeren uyarılmış potansiyeller (EP) yer alır. Olaya bağlı potansiyeller (ERP'ler), uyarıcıların daha karmaşık işlenmesine zamana bağlı ortalama EEG yanıtlarını ifade eder; bu teknik bilişsel bilim, bilişsel psikoloji ve psikofizyolojik araştırmalarda kullanılır. ⓘ
Elektroensefalografi (EEG) veya beyin çizgesi yöntemi, beyin dalgaları aktivitesinin elektriksel yöntemle izlenmesini ölçen yöntemdir. Hastaya elektrik akımı verilmediğinden ağrı ya da acı hissedilmez. ⓘ
Elektroensefalografla elde edilen kayda elektroensefalogram (EEG) denir. Elektroensefalografi ya da halk arasında yaygın deyimle "beyin elektrosu çekme" diye adlandırılan bu teknik, 1929'da Alman ruh hekimi Hans Berger tarafından geliştirilmiştir. ⓘ
EEG'de çekim küçük elektrotların saçlı deriye yerleştirilmesiyle yani "pasta" denilen iletken bir madde aracılığı ile yapıştırılmasıyla olur. Bu elektrotların ikisi arasındaki elektriksel potansiyel değişiklikleri bilgisayara kayıt edilir ve sonuç uzman tarafından yorumlanarak, hastaya gerekli bilgi verilir. Elde edilen kaydın incelenmesinde, normale oranla sapmalar bulunmasına dayanılarak, beynin birçok çalışma bozukluğu (sara vb.) teşhis edilebilir. ⓘ
İnsanın sinir sistemi, yaklaşık 10 milyar sinir hücresi içerir. Bunların çoğu beyinde, geri kalanı omurgada ve bedenin öbür kesimlerinde, ilgili sinirlerde yer alır. Her beyin hücresi 5.000-50.000 sinir hücresiyle bağlantılıdır. Sinir akıları sinir lifleri boyunca taşınır ve beyinde elektrik dalgalarına yol açar. Bu elektrik dalgaları kafa derisinde ölçülebilir. ⓘ
Klinik olarak nöbeti olan her hastada EEG anormalliği gösterilemeyebileceği gibi nöbet veya epilepsisi olmayan kişilerde de EEG anormalliği görülebilir. Nöbeti veya epilepsisi olan hastalarda nöbetler arasında EEG’lerde ortalama %70 oranında anormallik gösterilebilir. ⓘ
Yetişkinlerde çekime gelmeden önce saçın bir gün önceden temizlenmesi gereklidir. Uyku EEG'si çekimi için, hasta kişinin 24 saat uykusuz kalması gerekebilir. Çocuklarda çekim genellikle uykuda yapılmaktadır. Bunun için çekim öncesi ilaç verilebilir ve çekimin kolay olması için, çocuğun geç yatırılıp erken kaldırılması önerilir. ⓘ
Tarihçe
1875 yılında Liverpool'da doktorluk yapan Richard Caton (1842-1926), tavşan ve maymunların açıkta kalan beyin yarım kürelerinin elektriksel fenomenlerine ilişkin bulgularını British Medical Journal'da sundu. 1890'da Polonyalı fizyolog Adolf Beck, tavşan ve köpeklerin beyninde ışıkla değişen ritmik salınımları içeren spontane elektriksel aktivite üzerine bir araştırma yayınladı. Beck, hayvanların elektriksel beyin aktiviteleri üzerinde deneyler yapmaya başladı. Beck, duyusal uyarımı test etmek için elektrotları doğrudan beyin yüzeyine yerleştirdi. Dalgalanan beyin aktivitesini gözlemlemesi, beyin dalgaları sonucuna varmasına yol açtı. ⓘ
1912'de Ukraynalı fizyolog Vladimir Vladimirovich Pravdich-Neminsky ilk hayvan EEG'sini ve memelinin (köpek) uyarılmış potansiyelini yayınladı. 1914 yılında Napoleon Cybulski ve Jelenska-Macieszyna deneysel olarak oluşturulan nöbetlerin EEG kayıtlarını fotoğrafladılar. ⓘ
Alman fizyolog ve psikiyatrist Hans Berger (1873-1941) 1924 yılında ilk insan EEG'sini kaydetmiştir. Daha önce Richard Caton ve diğerleri tarafından hayvanlar üzerinde yapılan çalışmaları genişleten Berger, "klinik nöroloji tarihindeki en şaşırtıcı, dikkat çekici ve önemli gelişmelerden biri" olarak tanımlanan bir buluş olan elektroensefalogramı (cihaza adını veren) da icat etti. Keşifleri ilk olarak 1934 yılında İngiliz bilim insanları Edgar Douglas Adrian ve B. H. C. Matthews tarafından doğrulandı ve onlar tarafından geliştirildi. ⓘ
1934'te Fisher ve Lowenbach epileptiform dikenleri ilk kez gösterdiler. 1935 yılında Gibbs, Davis ve Lennox interiktal diken dalgalarını ve klinik elektroensefalografi alanını başlatan klinik absans nöbetlerinin üç döngü/sn modelini tanımladılar. Daha sonra, 1936'da Gibbs ve Jasper interiktal dikeni epilepsinin fokal imzası olarak bildirmiştir. Aynı yıl Massachusetts General Hospital'da ilk EEG laboratuvarı açıldı. ⓘ
Northwestern Üniversitesi'nde biyofizik profesörü olan Franklin Offner (1911-1999), Crystograph adı verilen piezoelektrik mürekkep yazıcısını içeren bir EEG prototipi geliştirdi (tüm cihaz tipik olarak Offner Dynograph olarak biliniyordu). ⓘ
1947 yılında Amerikan EEG Derneği kuruldu ve ilk Uluslararası EEG kongresi düzenlendi. 1953 yılında Aserinsky ve Kleitman REM uykusunu tanımladı. ⓘ
1950'lerde William Grey Walter, EEG topografisi adı verilen ve elektriksel aktivitenin beyin yüzeyi boyunca haritalanmasına olanak tanıyan bir EEG eklentisi geliştirdi. Bu, 1980'lerde kısa bir popülerlik dönemi geçirdi ve özellikle psikiyatri için umut verici görünüyordu. Nörologlar tarafından hiçbir zaman kabul görmedi ve öncelikle bir araştırma aracı olarak kaldı. ⓘ
Beckman Instruments tarafından üretilen bir elektroensefalograf sistemi, Project Gemini insanlı uzay uçuşlarından en az birinde (1965-1966) uçuştaki astronotların beyin dalgalarını izlemek için kullanıldı. Bu cihaz, Beckman Instruments'ın NASA için özel olarak ürettiği ve NASA tarafından kullanılan birçok cihazdan biriydi. ⓘ
1988 yılında Stevo Bozinovski, Mihail Sestakov ve Liljana Bozinovska tarafından fiziksel bir nesnenin, bir robotun EEG kontrolü hakkında rapor verildi. ⓘ
Ekim 2018'de bilim insanları, düşünce paylaşımı sürecini denemek için üç kişinin beyinlerini birbirine bağladı. EEG kullanılarak yapılan deneye üçer kişiden oluşan beş grup katıldı. Deneyin başarı oranı %81 olarak gerçekleşti. ⓘ
Tıbbi kullanım
EEG, epilepsi için ana tanı testlerinden biridir. Rutin bir klinik EEG kaydı tipik olarak 20-30 dakika sürer (artı hazırlık süresi). Kafa derisine tutturulan küçük, metal diskler (elektrotlar) kullanılarak beyindeki elektriksel aktiviteyi tespit eden bir testtir. Rutin olarak, EEG klinik durumlarda, beyin bozukluklarının, özellikle epilepsi veya başka bir nöbet bozukluğunun teşhisinde yararlı olabilecek beyin aktivitesindeki değişiklikleri belirlemek için kullanılır. Bir EEG ayrıca aşağıdaki bozuklukların teşhisinde veya tedavisinde de yardımcı olabilir:
- Beyin tümörü
- Kafa travmasından kaynaklanan beyin hasarı
- Çeşitli nedenleri olabilen beyin fonksiyon bozukluğu (ensefalopati)
- Beyin iltihabı (ensefalit)
- İnme
- Uyku bozuklukları ⓘ
Ayrıca
- Epileptik nöbetleri psikojenik epileptik olmayan nöbetler, senkop (bayılma), sub-kortikal hareket bozuklukları ve migren varyantları gibi diğer nöbet türlerinden ayırt edebilir
- "organik" ensefalopati veya deliryumu katatoni gibi birincil psikiyatrik sendromlardan ayırmak
- komadaki hastalarda beyin ölümü testine yardımcı bir test olarak hizmet eder
- Komadaki hastalarda prognostik (belirli durumlarda)
- Anti-epileptik ilaçların kesilip kesilmeyeceğini belirlemek. ⓘ
Bazen, rutin bir EEG tanıyı koymak veya tedavi açısından en iyi hareket tarzını belirlemek için yeterli değildir. Bu durumda, bir nöbet meydana gelirken bir EEG kaydetme girişiminde bulunulabilir. Bu, nöbetler arasındaki EEG kaydını ifade eden inter-iktal kaydın aksine iktal kayıt olarak bilinir. Bir iktal kayıt elde etmek için, tipik olarak zaman senkronize bir video ve ses kaydı eşliğinde uzun süreli bir EEG gerçekleştirilir. Bu işlem ayakta (evde) ya da tercihen nöbet geçiren hastaların bakımı konusunda eğitimli hemşireler ve diğer personelin bulunduğu bir Epilepsi İzleme Ünitesine (EMU) hastaneye yatış sırasında yapılabilir. Ayakta video EEG'ler tipik olarak bir ila üç gün sürer. Epilepsi İzleme Ünitesine yatış genellikle birkaç gün sürer ancak bir hafta veya daha uzun sürebilir. Hastanedeyken, yatış sırasında nöbet geçirme olasılığını artırmak için genellikle nöbet ilaçları geri çekilir. Güvenlik nedeniyle, hastane dışındaki EEG sırasında ilaçlar geri çekilmez. Bu nedenle, ayaktan video EEG'ler kolaylık avantajına sahiptir ve hastaneye yatıştan daha ucuzdur, ancak klinik bir olayı kaydetme olasılığının azalması dezavantajı vardır. ⓘ
Epilepsi monitörizasyonu tipik olarak epileptik nöbetleri psikojenik epileptik olmayan nöbetler, senkop (bayılma), sub-kortikal hareket bozuklukları ve migren varyantları gibi diğer nöbet türlerinden ayırt etmek, tedavi amacıyla nöbetleri karakterize etmek ve olası nöbet cerrahisi çalışmaları için nöbetin kaynaklandığı beyin bölgesini lokalize etmek için yapılır. Hastaneler nöbet teşhisine yardımcı olmak için bir EEG monitörü kullanır. Bu bilgiyi tedavi sürecine yardımcı olmak ve riskleri keşfetmek için kullanırlar. "Birçok uzman, şüpheli nöbetler söz konusu olduğunda EEG'nin teşhis ve değerlendirme için önemini belirtmiştir". Doktorlar EEG izleme sistemini, bazı tedavi seçeneklerinin yanı sıra bazı risk faktörlerinin incelenmesine yardımcı olmak için de kullanabilecekler. Teknoloji ilerledikçe, araştırmacılar nöbetler konusunda daha doğru sonuçlar veren yeni monitörler buluyorlar. "Sürekli EEG ile gelişmiş teknikler ve aEEG ile basitleştirilmiş teknik, klinisyenlerin yatak başında daha fazla nöbet tespit etmesini sağlıyor". aEEG, genlik entegre elektroensefalografi anlamına gelir ve tıpkı bir EEG monitörü gibi herhangi bir elektriksel beyin aktivitesini tespit edebilir. Bir aEEG monitörü beyin fonksiyonunu uzun bir süre boyunca izleyebilirken, bir EEG monitörü beyin fonksiyonunu yalnızca birkaç saat ila gün boyunca izleyebilir. Bu, daha fazla nöbetin daha hızlı tespit edilmesine yardımcı olur ve nöbet geçiren erken doğan bebekler daha erken tedavi edilebilir ve daha az uzun vadeli etkiye sahip olabilir. ⓘ
Ayrıca EEG, anestezi derinliğini izlemek için, karotis endarterektomide serebral perfüzyonun dolaylı bir göstergesi olarak veya Wada testi sırasında amobarbital etkisini izlemek için kullanılabilir. ⓘ
EEG ayrıca yoğun bakım ünitelerinde konvülsif olmayan nöbetleri/konvülsif olmayan status epileptikusu izlemek, tıbbi olarak indüklenen komadaki hastalarda sedatif/anestezinin etkisini izlemek (refrakter nöbetlerin veya kafa içi basınç artışının tedavisi için) ve subaraknoid kanama gibi durumlarda ikincil beyin hasarını izlemek için beyin fonksiyonlarını izlemek için de kullanılabilir (şu anda bir araştırma yöntemi). ⓘ
Epilepsili bir hasta rezektif cerrahi için değerlendiriliyorsa, epileptik beyin aktivitesinin odağını (kaynağını) kafa derisi EEG'sinin sağladığından daha yüksek bir çözünürlükle lokalize etmek genellikle gereklidir. Bunun nedeni beyin omurilik sıvısı, kafatası ve kafa derisinin kafa derisi EEG'si tarafından kaydedilen elektrik potansiyellerini bulaştırmasıdır. Bu vakalarda beyin cerrahları tipik olarak bir kraniyotomi veya bir çapak deliği yoluyla dura mater altına elektrot şeritleri ve ızgaraları (veya delici derinlik elektrotları) yerleştirir. Bu sinyallerin kaydı elektrokortikografi (ECoG), subdural EEG (sdEEG) veya intrakraniyal EEG (icEEG) olarak adlandırılır. ECoG'den kaydedilen sinyal, kafa derisi EEG'sinden kaydedilen beyin aktivitesinden farklı bir aktivite ölçeğindedir. Kafa derisi EEG'sinde kolayca (veya hiç) görülemeyen düşük voltajlı, yüksek frekanslı bileşenler ECoG'de net bir şekilde görülebilir. Ayrıca, daha küçük elektrotlar (beyin yüzeyinin daha küçük bir bölümünü kaplayan) beyin aktivitesinin daha da düşük voltajlı, daha hızlı bileşenlerinin görülmesini sağlar. Bazı klinik bölgelerde delici mikroelektrotlardan kayıt alınmaktadır. ⓘ
EEG baş ağrısı teşhisi için endike değildir. Tekrarlayan baş ağrısı yaygın bir ağrı sorunudur ve bu prosedür bazen bir tanı arayışında kullanılır, ancak rutin klinik değerlendirmeye göre hiçbir avantajı yoktur. ⓘ
Araştırma amaçlı kullanım
EEG ve ilgili ERP çalışmaları sinirbilim, bilişsel bilim, bilişsel psikoloji, nörolinguistik ve psikofizyolojik araştırmaların yanı sıra yutma gibi insan işlevlerini incelemek için de yaygın olarak kullanılmaktadır. Araştırmalarda kullanılan birçok EEG tekniği klinik kullanım için yeterince standartlaştırılmamıştır ve birçok ERP çalışması, veri toplama ve azaltma için gerekli tüm işlem adımlarını rapor etmede başarısız olmakta, bu da birçok çalışmanın tekrarlanabilirliğini ve tekrarlanabilirliğini sınırlamaktadır. Ancak işitsel işlem bozukluğu (APD), ADD veya DEHB gibi zihinsel engeller üzerine yapılan araştırmalar daha yaygın olarak bilinmekte ve EEG'ler araştırma ve tedavi olarak kullanılmaktadır. ⓘ
Avantajlar
Beyin fonksiyonlarını incelemek için fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI), pozitron emisyon tomografisi (PET), manyetoensefalografi (MEG), nükleer manyetik rezonans spektroskopisi (NMR veya MRS), elektrokortikografi (ECoG), tek foton emisyonlu bilgisayarlı tomografi (SPECT), yakın kızılötesi spektroskopi (NIRS) ve olaya bağlı optik sinyal (EROS) gibi birçok yöntem mevcuttur. EEG'nin nispeten zayıf uzamsal duyarlılığına rağmen, "kafadaki lokalize periferik bölgelerden gelen tek boyutlu sinyaller, basit doğruluğu nedeniyle onu çekici kılmakta ve yüksek klinik ve temel araştırma verimine izin vermektedir". Dolayısıyla, EEG diğer tekniklerin bazılarına göre bazı avantajlara sahiptir:
- Donanım maliyetleri diğer tekniklerin çoğundan önemli ölçüde daha düşüktür
- EEG, yoğun trafikli hastanelerde acil bakım sağlamak için sınırlı sayıda teknolog bulunmasını engeller.
- EEG sadece sessiz bir oda ve evrak çantası büyüklüğünde ekipman gerektirirken, fMRI, SPECT, PET, MRS veya MEG hantal ve hareketsiz ekipmanlar gerektirir. Örneğin MEG, yalnızca manyetik korumalı odalarda kullanılabilen ve toplam maliyeti birkaç milyon doları bulan sıvı helyum soğutmalı dedektörlerden oluşan ekipmanlar gerektirir; fMRI ise yine korumalı bir odada 1 tonluk bir mıknatıs kullanılmasını gerektirir.
- EEG kolaylıkla yüksek zamansal çözünürlüğe sahip olabilir (milisaniyenin altında çözünürlük daha az anlamlı veri üretmesine rağmen), çünkü bu sayıda elektrot tarafından üretilen iki ila 32 veri akışı kolayca depolanabilir ve işlenebilir, oysa 3D uzamsal teknolojiler binlerce veya milyonlarca kat daha fazla girdi veri akışı sağlar ve bu nedenle donanım ve yazılımla sınırlıdır. EEG, klinik ve araştırma ortamlarında genellikle 250 ila 2000 Hz arasındaki örnekleme hızlarında kaydedilir.
- EEG, diğer nörogörüntüleme tekniklerinin çoğunun aksine, denek hareketine karşı nispeten toleranslıdır. EEG verilerindeki hareket artefaktlarını en aza indirmek ve hatta ortadan kaldırmak için yöntemler bile mevcuttur
- EEG sessizdir, bu da işitsel uyaranlara verilen yanıtların daha iyi incelenmesine olanak tanır.
- EEG, fMRI, PET, MRS, SPECT ve bazen MEG'in aksine klostrofobiyi şiddetlendirmez
- EEG, diğer bazı tekniklerde, özellikle de MRI ve MRS'de olduğu gibi yüksek yoğunluklu (>1 Tesla) manyetik alanlara maruz kalmayı içermez. Bunlar verilerde çeşitli istenmeyen sorunlara neden olabilir ve ayrıca bu tekniklerin vücutlarında metal içeren kalp pilleri gibi metal implantlar bulunan katılımcılarla kullanılmasını yasaklar
- EEG, pozitron emisyon tomografisinin aksine radyoligandlara maruz kalmayı içermez.
- ERP çalışmaları, IE blok tasarımlı fMRI çalışmalarına kıyasla nispeten basit paradigmalarla yürütülebilir
- Elektrotların beynin gerçek yüzeyine yerleştirilmesini gerektiren elektrokortikografinin aksine nispeten non-invazivdir. ⓘ
EEG ayrıca davranışsal testlerle karşılaştırılabilecek bazı özelliklere de sahiptir:
- EEG gizli işlemeyi (yani yanıt gerektirmeyen işlemeyi) tespit edebilir
- EEG, motor yanıt veremeyen deneklerde kullanılabilir
- Bazı ERP bileşenleri, denek uyaranlara dikkat etmediğinde bile tespit edilebilir
- Tepki süresini inceleyen diğer yöntemlerin aksine, ERP'ler işlem aşamalarını (sadece sonuçtan ziyade) aydınlatabilir
- EEG'nin basitliği, yaşamın farklı evrelerindeki beyin değişikliklerinin kolayca izlenmesini sağlar. EEG uyku analizi, ergen beyin olgunlaşmasının değerlendirilmesi de dahil olmak üzere beyin gelişiminin zamanlamasının önemli yönlerini gösterebilir. ⓘ
- EEG'de, MRG'deki BOLD yanıtı gibi diğer araştırma tekniklerine kıyasla hangi sinyalin ölçüldüğüne dair daha iyi bir anlayış vardır. ⓘ
Dezavantajları
- Kafa derisinde düşük uzamsal çözünürlük. fMRI, örneğin, beynin aktif olan bölgelerini doğrudan görüntüleyebilirken, EEG sadece belirli bir yanıtla hangi alanların aktive olduğunu varsaymak için yoğun yorumlama gerektirir.
- EEG, beynin üst katmanlarının (korteks) altında meydana gelen nöral aktiviteyi zayıf bir şekilde ölçer.
- PET ve MRS'nin aksine, beyinde çeşitli nörotransmitterlerin, ilaçların vb. bulunabileceği belirli yerleri belirleyemez.
- Bir deneğin EEG'ye bağlanması genellikle uzun zaman alır, çünkü başın etrafına düzinelerce elektrotun hassas bir şekilde yerleştirilmesini ve iyi iletkenliği korumak için çeşitli jellerin, salin solüsyonlarının ve/veya macunların kullanılmasını gerektirir ve bunları yerinde tutmak için bir başlık kullanılır. Süre kullanılan EEG cihazına göre farklılık gösterse de genel bir kural olarak bir deneği MEG, fMRI, MRS ve SPECT için hazırlamak çok daha az zaman alır.
- Sinyal-gürültü oranı zayıftır, bu nedenle EEG'den faydalı bilgiler elde etmek için sofistike veri analizi ve nispeten çok sayıda denek gerekir. ⓘ
Diğer nörogörüntüleme teknikleri ile
Eşzamanlı EEG kayıtları ve fMRI taramaları başarıyla elde edilmiştir, ancak her ikisinin de aynı anda etkili bir şekilde kaydedilmesi, balistokardiyografik artefaktın varlığı, MRI nabız artefaktı ve MRI'ın güçlü manyetik alanları içinde hareket eden EEG tellerinde elektrik akımlarının indüklenmesi gibi çeşitli teknik zorlukların üstesinden gelinmesini gerektirir. Zorlu olsa da, bunlar bir dizi çalışmada başarıyla aşılmıştır. ⓘ
MRI'lar, potansiyel olarak zararlı yer değiştirme kuvveti ve torka neden olabilecek güçlü manyetik alanlar oluşturarak ayrıntılı görüntüler üretir. Bu alanlar potansiyel olarak zararlı radyo frekansı ısınması üretir ve görüntüleri kullanışsız hale getiren görüntü artefaktları oluşturur. Bu potansiyel riskler nedeniyle, MR ortamında yalnızca belirli tıbbi cihazlar kullanılabilir. ⓘ
Benzer şekilde, MEG ve EEG ile eşzamanlı kayıtlar da gerçekleştirilmiştir ve bu, her iki tekniğin tek başına kullanılmasına göre çeşitli avantajlara sahiptir:
- EEG, kafatası yarıçapı ve çeşitli kafatası konumlarının iletkenlikleri gibi kafatasının yalnızca tahmin edilebilen belirli yönleri hakkında doğru bilgi gerektirir. MEG'de bu sorun yoktur ve eşzamanlı analiz bunun düzeltilmesini sağlar.
- MEG ve EEG'nin her ikisi de korteks yüzeyinin altındaki aktiviteyi çok zayıf bir şekilde tespit eder ve EEG gibi, hata seviyesi incelenmeye çalışılan korteks yüzeyinin altındaki derinlikle birlikte artar. Bununla birlikte, hatalar teknikler arasında çok farklıdır ve bu nedenle bunların birleştirilmesi bu gürültünün bir kısmının düzeltilmesine olanak tanır.
- MEG, korteksin birkaç santimetre altındaki beyin aktivitesi kaynaklarına neredeyse hiç erişemez. Öte yandan EEG, yüksek derecede gürültülü olsa da daha derinlerden sinyaller alabilir. İkisinin birleştirilmesi, EEG sinyalinde neyin yüzeyden geldiğini (MEG beynin yüzeyinden gelen sinyalleri incelemede çok hassas olduğu için) ve neyin beynin daha derinlerinden geldiğini belirlemeyi kolaylaştırır, böylece tek başına EEG veya MEG'den daha derin beyin sinyallerinin analiz edilmesine izin verir. ⓘ
Son zamanlarda, epilepsi teşhisinde kaynak rekonstrüksiyonu amacıyla kombine bir EEG/MEG (EMEG) yaklaşımı araştırılmıştır. ⓘ
EEG ayrıca pozitron emisyon tomografisi ile de birleştirilmiştir. Bu, araştırmacıların hangi EEG sinyallerinin beyindeki farklı ilaç eylemleriyle ilişkili olduğunu görmelerine olanak tanıma avantajı sağlar. ⓘ
Frontal lob EEG beyin dalgası verilerinden çıkarılan istatistiksel zamansal özelliklere sahip sinir ağları gibi makine öğrenimi tekniklerini kullanan son çalışmalar, zihinsel durumları (Rahat, Nötr, Konsantre), zihinsel duygusal durumları (Negatif, Nötr, Pozitif) ve talamokortikal disritmiyi sınıflandırmada yüksek düzeyde başarı göstermiştir. ⓘ
Mekanizmalar
Beynin elektrik yükü milyarlarca nöron tarafından sağlanır. Nöronlar, membranları boyunca iyon pompalayan membran taşıma proteinleri tarafından elektriksel olarak yüklenir (veya "polarize" edilir). Nöronlar, örneğin dinlenme potansiyelini korumak ve aksiyon potansiyellerini yaymak için sürekli olarak hücre dışı ortamla iyon alışverişinde bulunurlar. Benzer yükteki iyonlar birbirlerini iterler ve birçok iyon aynı anda birçok nörondan dışarı itildiğinde, komşularını itebilirler, onlar da komşularını iterler ve bu bir dalga halinde devam eder. Bu süreç hacim iletimi olarak bilinir. İyon dalgası kafa derisindeki elektrotlara ulaştığında, elektrotlardaki metale elektronları itebilir veya çekebilirler. Metal elektronların itilmesini ve çekilmesini kolayca ilettiğinden, herhangi iki elektrot arasındaki itme veya çekme gerilimlerindeki fark bir voltmetre ile ölçülebilir. Bu voltajların zaman içinde kaydedilmesi bize EEG'yi verir. ⓘ
Tek bir nöron tarafından üretilen elektrik potansiyeli EEG veya MEG tarafından algılanamayacak kadar küçüktür. Bu nedenle EEG aktivitesi her zaman benzer uzamsal yönelime sahip binlerce veya milyonlarca nöronun eşzamanlı aktivitesinin toplamını yansıtır. Hücreler benzer uzamsal yönelime sahip değilse, iyonları sıralanmaz ve tespit edilecek dalgalar oluşturmaz. Korteksin piramidal nöronlarının iyi hizalandıkları ve birlikte ateşlendikleri için en fazla EEG sinyalini ürettikleri düşünülmektedir. Gerilim alanı gradyanları mesafenin karesi ile düştüğü için, derin kaynaklardan gelen aktiviteyi tespit etmek kafatasına yakın akımlardan daha zordur. ⓘ
Kafa derisi EEG aktivitesi çeşitli frekanslarda salınımlar gösterir. Bu salınımların birçoğu karakteristik frekans aralıklarına, uzamsal dağılımlara sahiptir ve farklı beyin işleyiş durumlarıyla ilişkilidir (örneğin, uyanma ve çeşitli uyku aşamaları). Bu salınımlar bir nöron ağı üzerindeki senkronize aktiviteyi temsil eder. Bu salınımların bazılarının altında yatan nöronal ağlar anlaşılmışken (örneğin, uyku iğciklerinin altında yatan talamokortikal rezonans), diğerleri anlaşılmamıştır (örneğin, arka temel ritmi üreten sistem). Hem EEG hem de nöron iğciklerini ölçen araştırmalar, ikisi arasındaki ilişkinin karmaşık olduğunu, gama bandındaki EEG gücü ve delta bandındaki fazın bir kombinasyonunun nöron iğcik aktivitesiyle en güçlü şekilde ilişkili olduğunu ortaya koymuştur. ⓘ
Yöntem
.jpg)
Geleneksel kafa derisi EEG'sinde kayıt, genellikle ölü deri hücrelerinden kaynaklanan empedansı azaltmak için kafa derisi bölgesini hafif aşındırma ile hazırladıktan sonra, iletken bir jel veya macun ile kafa derisine elektrotlar yerleştirilerek elde edilir. Birçok sistem tipik olarak her biri ayrı bir tele bağlı olan elektrotlar kullanır. Bazı sistemlerde elektrotların içine gömülü olduğu kapaklar veya ağlar kullanılır; bu özellikle yüksek yoğunluklu elektrot dizilerine ihtiyaç duyulduğunda yaygındır. ⓘ
Elektrot konumları ve isimleri çoğu klinik ve araştırma uygulaması için (yüksek yoğunluklu dizilerin kullanıldığı durumlar hariç) Uluslararası 10-20 sistemi ile belirlenir. Bu sistem, elektrotların isimlendirilmesinin laboratuvarlar arasında tutarlı olmasını sağlar. Çoğu klinik uygulamada 19 kayıt elektrodu (artı toprak ve sistem referansı) kullanılır. Yenidoğanlardan EEG kaydederken tipik olarak daha az sayıda elektrot kullanılır. Bir klinik veya araştırma uygulaması beynin belirli bir bölgesi için daha yüksek uzamsal çözünürlük gerektirdiğinde standart düzeneğe ek elektrotlar eklenebilir. Yüksek yoğunluklu diziler (tipik olarak başlık veya ağ yoluyla) kafa derisi etrafında az çok eşit aralıklarla yerleştirilmiş 256'ya kadar elektrot içerebilir. ⓘ
Her elektrot bir diferansiyel amplifikatörün bir girişine bağlanır (elektrot çifti başına bir amplifikatör); her diferansiyel amplifikatörün diğer girişine ortak bir sistem referans elektrotu bağlanır. Bu amplifikatörler aktif elektrot ile referans arasındaki voltajı yükseltir (tipik olarak 1.000-100.000 kat veya 60-100 dB voltaj kazancı). Analog EEG'de sinyal daha sonra filtrelenir (bir sonraki paragraf) ve EEG sinyali, altından kağıt geçerken kalemlerin sapması olarak çıkar. Ancak günümüzde çoğu EEG sistemi dijitaldir ve yükseltilmiş sinyal, kenar yumuşatma filtresinden geçirildikten sonra bir analogdan dijitale dönüştürücü aracılığıyla sayısallaştırılır. Analogdan dijitale örnekleme klinik kafa derisi EEG'sinde tipik olarak 256-512 Hz'de gerçekleşir; bazı araştırma uygulamalarında 20 kHz'e kadar örnekleme hızları kullanılır. ⓘ
Kayıt sırasında bir dizi aktivasyon prosedürü kullanılabilir. Bu prosedürler, başka türlü görülemeyecek normal veya anormal EEG aktivitesine neden olabilir. Bu prosedürler arasında hiperventilasyon, fotik stimülasyon (flaş ışığı ile), göz kapatma, zihinsel aktivite, uyku ve uyku yoksunluğu yer alır. (Yatarak) epilepsi izleme sırasında, hastanın tipik nöbet ilaçları geri çekilebilir. ⓘ
Dijital EEG sinyali elektronik olarak saklanır ve görüntüleme için filtrelenebilir. Yüksek geçişli filtre ve alçak geçişli filtre için tipik ayarlar sırasıyla 0,5-1 Hz ve 35-70 Hz'dir. Yüksek geçişli filtre tipik olarak elektrogalvanik sinyaller ve hareket artefaktı gibi yavaş artefaktları filtrelerken, düşük geçişli filtre elektromiyografik sinyaller gibi yüksek frekanslı artefaktları filtreler. Elektrik hatlarının (Amerika Birleşik Devletleri'nde 60 Hz ve diğer birçok ülkede 50 Hz) neden olduğu artefaktı gidermek için tipik olarak ek bir çentik filtresi kullanılır. ⓘ
EEG sinyalleri OpenBCI gibi açık kaynaklı donanımlarla yakalanabilir ve sinyal EEGLAB veya Nörofizyolojik Biyobelirteç Araç Kutusu gibi ücretsiz olarak temin edilebilen EEG yazılımlarıyla işlenebilir. ⓘ
Epilepsi cerrahisi için yapılan değerlendirmenin bir parçası olarak, elektrotların beyin yüzeyinin yakınına, dura mater yüzeyinin altına yerleştirilmesi gerekebilir. Bu, çapak deliği veya kraniyotomi yoluyla gerçekleştirilir. Buna çeşitli şekillerde "elektrokortikografi (ECoG)", "intrakraniyal EEG (I-EEG)" veya "subdural EEG (SD-EEG)" denir. Derinlik elektrotları, amigdala veya hipokampus gibi yaygın epileptik odaklar olan ve kafa derisi EEG'si tarafından net bir şekilde "görülemeyen" beyin yapılarına da yerleştirilebilir. Elektrokortikografik sinyal, birkaç uyarı dışında dijital kafa derisi EEG'si (yukarıda) ile aynı şekilde işlenir. Nyquist teoreminin gereklilikleri nedeniyle ECoG tipik olarak kafa derisi EEG'sinden daha yüksek örnekleme hızlarında kaydedilir - subdural sinyal daha yüksek frekans bileşenlerinin daha yüksek bir baskınlığından oluşur. Ayrıca, kafa derisi EEG'sini etkileyen artefaktların çoğu ECoG'yi etkilemez ve bu nedenle görüntü filtrelemeye genellikle gerek yoktur. ⓘ
Tipik bir yetişkin insan EEG sinyali kafa derisinden ölçüldüğünde yaklaşık 10 µV ila 100 µV genliktedir. ⓘ
Bir EEG voltaj sinyali iki elektrottaki voltajlar arasındaki farkı temsil ettiğinden, okuyan ensefalograf için EEG'nin görüntülenmesi birkaç yoldan biriyle ayarlanabilir. EEG kanallarının gösterimi montaj olarak adlandırılır. ⓘ
- Sıralı montaj
- Her kanal (yani dalga formu) iki bitişik elektrot arasındaki farkı temsil eder. Montajın tamamı bu kanalların bir serisinden oluşur. Örneğin, "Fp1-F3" kanalı Fp1 elektrodu ile F3 elektrodu arasındaki voltaj farkını temsil eder. Montajdaki bir sonraki kanal olan "F3-C3", F3 ve C3 arasındaki voltaj farkını temsil eder ve bu şekilde tüm elektrot dizisi boyunca devam eder. ⓘ
- Referans montajı
- Her kanal belirli bir elektrot ile belirlenmiş bir referans elektrot arasındaki farkı temsil eder. Bu referans için standart bir konum yoktur; ancak "kayıt" elektrotlarından farklı bir konumdadır. Orta hat pozisyonları sıklıkla kullanılır çünkü bir hemisferdeki sinyali diğerine göre yükseltmezler, örneğin çevrimiçi referans olarak Cz, Oz, Pz vb. Diğer popüler çevrimdışı referanslar şunlardır:
- REST referansı: potansiyelin sıfır olduğu sonsuzlukta çevrimdışı bir hesaplama referansıdır. REST (referans elektrot standardizasyon tekniği), herhangi bir kafa derisi kayıt setinin beynindeki eşdeğer kaynakları, gerçek kayıtları herhangi bir çevrimiçi veya çevrimdışı (ortalama, bağlantılı kulaklar vb.) sıfır olmayan referansla standartlaştırılmış referans olarak sonsuz sıfır ile yeni kayıtlara bağlamak için sıçrama tahtası olarak alır.
- "bağlantılı kulaklar": her iki kulak memesine veya mastoidlere bağlanan elektrotların fiziksel veya matematiksel ortalamasıdır. ⓘ
- Ortalama referans montajı
- Tüm amplifikatörlerin çıkışları toplanır ve ortalaması alınır ve bu ortalama sinyal her kanal için ortak referans olarak kullanılır. ⓘ
- Laplacian montajı
- Her kanal, bir elektrot ile çevresindeki elektrotların ağırlıklı ortalaması arasındaki farkı temsil eder. ⓘ
Analog (kağıt) EEG'ler kullanıldığında, teknoloji uzmanı EEG'nin belirli özelliklerini vurgulamak veya daha iyi karakterize etmek için kayıt sırasında montajlar arasında geçiş yapar. Dijital EEG ile, tüm sinyaller tipik olarak dijitalleştirilir ve belirli bir (genellikle referans) montajda saklanır; herhangi bir montaj diğerlerinden matematiksel olarak oluşturulabildiğinden, EEG elektroensefalograf tarafından istenen herhangi bir ekran montajında görüntülenebilir. ⓘ
EEG bir klinik nörofizyolog veya nörolog (yerel geleneklere ve tıbbi uzmanlıklarla ilgili yasalara bağlı olarak), en iyisi klinik amaçlar için EEG'lerin yorumlanması konusunda özel eğitim almış biri tarafından okunur. Bu, grafoelement adı verilen dalga formlarının görsel olarak incelenmesiyle yapılır. Kantitatif elektroensefalografi olarak adlandırılan EEG'nin bilgisayar sinyal işlemesinin kullanımı, klinik amaçlar için kullanıldığında biraz tartışmalıdır (birçok araştırma kullanımı olmasına rağmen). ⓘ
Kuru EEG elektrotları
1990'ların başında Kaliforniya Üniversitesi, Davis'ten Babak Taheri, mikro işleme kullanarak ilk tek ve çok kanallı kuru aktif elektrot dizilerini gösterdi. Tek kanallı kuru EEG elektrot yapısı ve sonuçları 1994 yılında yayınlanmıştır. Dizili elektrotun gümüş/gümüş klorür elektrotlara kıyasla daha iyi performans gösterdiği de kanıtlanmıştır. Cihaz, empedans eşleşmesi yoluyla gürültüyü azaltmak için entegre elektroniklere sahip dört sensör bölgesinden oluşuyordu. Bu tür elektrotların avantajları şunlardır: (1) elektrolit kullanılmaması, (2) cilt hazırlığı yapılmaması, (3) sensör boyutunun önemli ölçüde azaltılması ve (4) EEG izleme sistemleriyle uyumluluk. Aktif elektrot dizisi, devreyi çalıştırmak için pillerin bulunduğu bir pakete yerleştirilmiş yerel entegre devreli bir dizi kapasitif sensörden oluşan entegre bir sistemdir. Elektrot tarafından elde edilen işlevsel performansa ulaşmak için bu düzeyde bir entegrasyon gerekliydi. Elektrot bir elektrik test tezgahında ve insan denekler üzerinde EEG aktivitesinin dört modalitesinde test edilmiştir: (1) spontan EEG, (2) duyusal olayla ilgili potansiyeller, (3) beyin sapı potansiyelleri ve (4) bilişsel olayla ilgili potansiyeller. Kuru elektrotun performansı, cilt hazırlığı, jel gereksinimi olmaması (kuru) ve daha yüksek sinyal-gürültü oranı açısından standart ıslak elektrotlarla karşılaştırıldığında olumludur. ⓘ
1999 yılında Cleveland, Ohio'daki Case Western Reserve Üniversitesi'nde Hunter Peckham liderliğindeki araştırmacılar, kuadriplejik Jim Jatich'e sınırlı el hareketlerini geri kazandırmak için 64 elektrotlu EEG takkesi kullandılar. Jatich yukarı ve aşağı gibi basit ama zıt kavramlar üzerinde yoğunlaşırken, beta ritmindeki EEG çıktısı, gürültüdeki örüntüleri tanımlamak için bir yazılım kullanılarak analiz edildi. Temel bir örüntü belirlendi ve bir anahtarı kontrol etmek için kullanıldı: Ortalamanın üzerindeki aktivite açık, ortalamanın altındaki kapalı olarak ayarlandı. Sinyaller, Jatich'in bir bilgisayar imlecini kontrol etmesini sağlamanın yanı sıra, ellerine yerleştirilen sinir kontrolörlerini çalıştırmak için de kullanıldı ve bir miktar hareketi geri kazandırdı. ⓘ
2018 yılında, iletken karbon nanoliflerle doldurulmuş bir polidimetilsiloksan elastomerden oluşan işlevsel bir kuru elektrot rapor edildi. Bu araştırma ABD Ordusu Araştırma Laboratuvarı'nda yürütülmüştür. EEG teknolojisi genellikle kafa derisine bir jel uygulanmasını içerir ve bu da güçlü sinyal-gürültü oranını kolaylaştırır. Bu da daha tekrarlanabilir ve güvenilir deneysel sonuçlar elde edilmesini sağlar. Hastalar saçlarının jöle ile doldurulmasından hoşlanmadıkları ve uzun süren kurulum eğitimli personel gerektirdiği için, EEG'nin laboratuvar ortamı dışında kullanılması zor olabilir. Ayrıca, ıslak elektrot sensörlerinin performansının birkaç saat sonra düştüğü gözlemlenmiştir. Bu nedenle araştırmalar kuru ve yarı kuru EEG biyoelektronik arayüzleri geliştirmeye yönlendirilmiştir. ⓘ
Kuru elektrot sinyalleri mekanik temasa bağlıdır. Bu nedenle, deri ile elektrot arasındaki empedans nedeniyle kullanılabilir bir sinyal elde etmek zor olabilir. Bazı EEG sistemleri salin solüsyonu uygulayarak bu sorunu aşmaya çalışır. Diğerleri yarı kuru bir yapıya sahiptir ve kafa derisi ile temas ettiğinde az miktarda jel salgılar. Başka bir çözümde yaylı pim düzenekleri kullanılır. Bunlar rahatsız edici olabilir. Ayrıca, hastanın başını çarpabileceği bir durumda kullanılmaları halinde, bir darbe travması sonrasında sıkışabilecekleri için tehlikeli olabilirler. ⓘ
ARL ayrıca iki beynin ne kadar iyi senkronize olduğunu gösteren EEG'lerin Görselleştirilmesi için Özelleştirilebilir Aydınlatma Arayüzü veya CLIVE adlı bir görselleştirme aracı geliştirmiştir. ⓘ
Şu anda, 30 kanala kadar kuru elektrotlar içeren kulaklıklar mevcuttur. Bu tür tasarımlar, ön amplifikasyon, ekranlama ve destekleyici mekaniği optimize ederek yüksek empedanslarla ilgili sinyal kalitesi bozulmasının bir kısmını telafi edebilmektedir. ⓘ
Sınırlamalar
EEG'nin çeşitli sınırlamaları vardır. En önemlisi zayıf uzaysal çözünürlüğüdür. EEG en çok belirli bir dizi post-sinaptik potansiyele duyarlıdır: korteksin yüzeysel katmanlarında, kafatasına doğrudan bitişik ve kafatasına radyal olan girusların tepelerinde üretilenler. Kortekste daha derinlerde, sulkusların içinde, orta hatta veya derin yapılarda (singulat girus veya hipokampus gibi) bulunan veya kafatasına teğet akımlar üreten dendritlerin EEG sinyaline katkısı çok daha azdır. ⓘ
EEG kayıtları aksonal aksiyon potansiyellerini doğrudan yakalayamaz. Bir aksiyon potansiyeli doğru bir şekilde akım kuadrupolü olarak temsil edilebilir, yani ortaya çıkan alan post-sinaptik potansiyellerin akım dipolü tarafından üretilenlerden daha hızlı azalır. Buna ek olarak, EEG'ler binlerce nöronun ortalamasını temsil ettiğinden, kayıtlarda önemli bir sapmaya neden olmak için senkronize faaliyette bulunan büyük bir hücre popülasyonu gereklidir. Aksiyon potansiyelleri çok hızlıdır ve sonuç olarak alan toplamı olasılığı zayıftır. Bununla birlikte, tipik olarak daha uzun bir dendritik akım dipolü olan nöral geri yayılım, EEG elektrotları tarafından alınabilir ve nöral çıktının oluşumunun güvenilir bir göstergesidir. ⓘ
EEG'ler sadece aksonal akımların aksine neredeyse sadece dendritik akımları yakalamakla kalmaz, aynı zamanda paralel dendrit popülasyonları üzerindeki aktivite ve aynı anda aynı yönde akım iletimi için bir tercih gösterirler. Kortikal katman II/III ve V'in piramidal nöronları apikal dendritlerini katman I'e uzatır. Bu süreçlerde yukarı veya aşağı hareket eden akımlar elektroensefalografi tarafından üretilen sinyallerin çoğunun altında yatar. ⓘ
Bu nedenle, EEG belirli nöron tipleri için büyük bir önyargı ile bilgi sağlar ve genellikle küresel beyin aktivitesi hakkında iddialarda bulunmak için kullanılmamalıdır. Meninksler, beyin omurilik sıvısı ve kafatası EEG sinyalini "bulaştırarak" intrakraniyal kaynağını gizler. ⓘ
Bazı akımlar birbirini iptal eden potansiyeller ürettiğinden, belirli bir EEG sinyali için benzersiz bir intrakraniyal akım kaynağını yeniden yapılandırmak matematiksel olarak imkansızdır. Bu durum ters problem olarak adlandırılır. Bununla birlikte, en azından kaydedilen akımları temsil eden lokalize bir elektrik dipolünün oldukça iyi tahminlerini üretmek için çok çalışma yapılmıştır. ⓘ
EEG vs fMRI, fNIRS, fUS ve PET
EEG, beyin aktivitesini keşfetmek için bir araç olarak birkaç güçlü noktaya sahiptir. EEG'ler milisaniyeler içindeki değişiklikleri tespit edebilir, bu da bir aksiyon potansiyelinin nöronun türüne bağlı olarak tek bir nöron boyunca yayılmasının yaklaşık 0,5-130 milisaniye sürdüğü düşünüldüğünde mükemmeldir. PET, fMRI veya fUS gibi beyin aktivitesine bakmanın diğer yöntemleri saniyeler ile dakikalar arasında zaman çözünürlüğüne sahiptir. EEG beynin elektriksel aktivitesini doğrudan ölçerken, diğer yöntemler beynin elektriksel aktivitesinin dolaylı belirteçleri olan kan akışındaki (örn. SPECT, fMRI, fUS) veya metabolik aktivitedeki (örn. PET, NIRS) değişiklikleri kaydeder. ⓘ
EEG, fMRI veya fUS ile eş zamanlı olarak kullanılabilir, böylece yüksek zamansal çözünürlüklü veriler yüksek uzamsal çözünürlüklü verilerle aynı anda kaydedilebilir, ancak her birinden elde edilen veriler farklı bir zaman sürecinde gerçekleştiğinden, veri setlerinin tam olarak aynı beyin aktivitesini temsil etmesi gerekmez. MRG alımı sırasında mevcut olan MRG gradyan artefaktını giderme ihtiyacı da dahil olmak üzere EEG ve fMRI'nin birleştirilmesiyle ilgili teknik zorluklar vardır. Ayrıca, MRG'nin manyetik alanı nedeniyle hareketli EEG elektrot tellerinde akımlar indüklenebilir. ⓘ
EEG, büyük teknik zorluklar olmadan NIRS veya fUS ile eş zamanlı olarak kullanılabilir. Bu modalitelerin birbirleri üzerinde hiçbir etkisi yoktur ve kombine bir ölçüm, orta uzaysal çözünürlükte hemodinamiğin yanı sıra elektriksel aktivite hakkında da faydalı bilgiler verebilir. ⓘ
EEG vs MEG
EEG, kortikal nöronların post-sinaptik potansiyellerinin neden olduğu korelasyonlu sinaptik aktiviteyi yansıtır. Hızlı aksiyon potansiyellerinin oluşumunda rol oynayan iyonik akımlar, EEG'yi temsil eden ortalama alan potansiyellerine büyük ölçüde katkıda bulunmayabilir. Daha spesifik olarak, EEG'yi üreten kafa derisi elektrik potansiyellerinin genellikle dendritik elektriksel aktivitenin neden olduğu hücre dışı iyonik akımlardan kaynaklandığı düşünülürken, manyetoensefalografik sinyalleri üreten alanların hücre içi iyonik akımlarla ilişkili olduğu düşünülmektedir. ⓘ
EEG, MEG ile aynı anda kaydedilebilir, böylece bu tamamlayıcı yüksek zaman çözünürlüklü tekniklerden elde edilen veriler birleştirilebilir. ⓘ
EEG ve MEG'nin sayısal modellemesi üzerine çalışmalar da yapılmıştır. ⓘ
Normal aktivite
Bir saniyelik EEG sinyali
Belirgin dinlenme durumu aktivitesine sahip insan EEG'si - alfa ritmi. Sol: EEG izleri (yatay - saniye cinsinden zaman; dikey - amplitüdler, ölçek 100 μV). Sağ: gösterilen sinyallerin güç spektrumları (dikey çizgiler - 10 ve 20 Hz, ölçek doğrusaldır). Alfa ritmi, arka bölgelerde daha belirgin olan 8-12 Hz aralığında (bu durumda 11 Hz) frekanslara sahip sinüzoidal benzeri dalgalardan oluşur. Alfa aralığı güç spektrumu grafiğinde kırmızıdır.
Dinlenme durumundaki insan EEG'si. Sol: EEG izleri (yatay - saniye cinsinden zaman; dikey - amplitüdler, ölçek 100 μV). Sağ: gösterilen sinyallerin güç spektrumları (dikey çizgiler - 10 ve 20 Hz, ölçek doğrusaldır). İnsanların %80-90'ı 8-12 Hz aralığında frekanslara sahip belirgin sinüzoidal benzeri dalgalara sahiptir - alfa ritmi. Diğerleri (bunun gibi) bu tür aktivitelerden yoksundur.
İnsan EEG'sindeki yaygın artefaktlar. 1: Göz küresi kaslarının uyarılmasından kaynaklanan elektrookülografik artefakt (örneğin göz kırpma ile ilgili). Ön elektrotlarda belirgin olan büyük genlikli, yavaş, pozitif dalga. 2: P3 elektrodu ile cilt arasındaki kötü temastan (ve dolayısıyla daha büyük empedanstan) kaynaklanan elektrot artefaktı. 3: Yutma artefaktı. 4: Referans elektrot ile cilt arasındaki kötü temastan kaynaklanan ortak referans elektrot artefaktı. Tüm kanallarda benzer büyük dalga. ⓘ
EEG tipik olarak (1) ritmik aktivite ve (2) geçişler açısından tanımlanır. Ritmik aktivite frekansa göre bantlara ayrılır. Bir dereceye kadar, bu frekans bantları bir isimlendirme meselesidir (yani, 8-12 Hz arasındaki herhangi bir ritmik aktivite "alfa" olarak tanımlanabilir), ancak bu tanımlamalar, belirli bir frekans aralığındaki ritmik aktivitenin kafa derisi üzerinde belirli bir dağılıma veya belirli bir biyolojik öneme sahip olduğu kaydedildiği için ortaya çıkmıştır. Frekans bantları genellikle, örneğin EEGLAB veya Nörofizyolojik Biyobelirteç Araç Kutusu gibi ücretsiz olarak temin edilebilen EEG yazılımlarında uygulanan spektral yöntemler (örneğin Welch) kullanılarak çıkarılır. EEG'nin hesaplamalı işlenmesi genellikle kantitatif elektroensefalografi (qEEG) olarak adlandırılır. ⓘ
Kafa derisi EEG'sinde gözlenen serebral sinyalin çoğu 1-20 Hz aralığındadır (standart klinik kayıt teknikleri altında bu aralığın altındaki veya üstündeki aktivitelerin yapay olması muhtemeldir). Dalga formları, klinik uygulamada kullanılan EEG'nin çoğunluğunu belirtmek için alfa, beta, teta ve delta olarak bilinen bant genişliklerine ayrılır. ⓘ
EEG bantlarının karşılaştırılması
| Bando | Frekans (Hz) | Konum | Normalde | Patolojik olarak |
|---|---|---|---|---|
| Delta | < 4 | yetişkinlerde frontal, çocuklarda posterior; yüksek genlikli dalgalar |
|
|
| Teta | 4–7 | Eldeki görevle ilgili olmayan yerlerde bulunur |
|
|
| Alfa | 8–12 | Başın arka bölgeleri, her iki taraf, baskın tarafta daha yüksek amplitüd. Dinlenme sırasında merkezi bölgeler (c3-c4) |
|
|
| Beta | 13–30 | her iki tarafta, simetrik dağılım, en belirgin cephede; düşük genlikli dalgalar |
|
|
| Gamma | > 32 | Somatosensoriyel korteks |
|
|
| Mu | 8–12 | Sensorimotor korteks |
|
|
Tanımlarda yalnızca tam sayıların kullanılması uygulaması, kağıt kayıtlarda yalnızca tam döngülerin sayılabildiği günlerdeki pratik düşüncelerden kaynaklanmaktadır. Bu durum, bu sayfanın başka yerlerinde de görüldüğü gibi, tanımlarda boşluklara yol açmaktadır. Teorik tanımlar her zaman tüm frekansları içerecek şekilde daha dikkatli bir şekilde tanımlanmıştır. Ne yazık ki standart referans çalışmalarında bu aralıkların ne olması gerektiği konusunda bir anlaşma yoktur - alfanın üst ucu ve betanın alt ucu için değerler 12, 13, 14 ve 15'i içerir. Eşik 14 Hz olarak alınırsa, en yavaş beta dalgası en uzun dikenle (70 ms) yaklaşık aynı süreye sahiptir, bu da bunu en kullanışlı değer yapar. ⓘ
| Bando | Frekans (Hz) |
|---|---|
| Delta | < 4 |
| Teta | ≥ 4 ve < 8 |
| Alfa | ≥ 8 ve < 13 |
| Beta | ≥ 13 |
Diğerleri bazen veri analizi amacıyla bantları alt bantlara böler. ⓘ
Dalga desenleri
- Delta dalgaları 4 Hz'e kadar olan frekans aralığıdır. Genliği en yüksek ve en yavaş dalgalar olma eğilimindedir. Yetişkinlerde normal olarak yavaş dalga uykusunda görülür. Bebeklerde de normal olarak görülür. Subkortikal lezyonlarda fokal olarak, diffüz lezyonlarda, metabolik ensefalopati hidrosefali veya derin orta hat lezyonlarında genel dağılımda ortaya çıkabilir. Genellikle yetişkinlerde frontal olarak (örn. FIRDA - frontal aralıklı ritmik delta) ve çocuklarda posterior olarak (örn. OIRDA - oksipital aralıklı ritmik delta) en belirgindir. ⓘ
- Teta, 4 Hz ila 7 Hz arasındaki frekans aralığıdır. Teta normalde küçük çocuklarda görülür. Daha büyük çocuklarda ve yetişkinlerde uyuşukluk veya uyarılmışlık halinde görülebilir; meditasyonda da görülebilir. Yaşa göre aşırı teta anormal aktiviteyi temsil eder. Fokal subkortikal lezyonlarda fokal bir bozukluk olarak görülebilir; yaygın bozukluk veya metabolik ensefalopati veya derin orta hat bozukluklarında veya bazı hidrosefali vakalarında genel dağılımda görülebilir. Aksine, bu aralık rahat, meditatif ve yaratıcı durumlarla ilgili raporlarla ilişkilendirilmiştir. ⓘ
- Alfa, 8 Hz ile 12 Hz arasındaki frekans aralığıdır. Hans Berger gözlemlediği ilk ritmik EEG aktivitesine "alfa dalgası" adını vermiştir. Bu, her iki tarafta başın arka bölgelerinde görülen, baskın tarafta genliği daha yüksek olan "arka temel ritim" ("arka baskın ritim" veya "arka alfa ritmi" olarak da adlandırılır) idi. Gözlerin kapanması ve rahatlama ile ortaya çıkar ve gözlerin açılması veya zihinsel efor ile zayıflar. Arka temel ritim aslında küçük çocuklarda 8 Hz'den daha yavaştır (bu nedenle teknik olarak teta aralığındadır). ⓘ
- Posterior temel ritme ek olarak, eller ve kollar boşta olduğunda ortaya çıkan mu ritmi (kontralateral duyusal ve motor kortikal alanlarda alfa aktivitesi) ve "üçüncü ritim" (temporal veya frontal loblarda alfa aktivitesi) gibi başka normal alfa ritimleri de vardır. Alfa anormal olabilir; örneğin, komada ortaya çıkan yaygın alfaya sahip ve dış uyaranlara yanıt vermeyen bir EEG "alfa koması" olarak adlandırılır. ⓘ
- Beta, 13 Hz'den yaklaşık 30 Hz'e kadar olan frekans aralığıdır. Genellikle her iki tarafta simetrik dağılımda görülür ve en çok ön tarafta belirgindir. Beta aktivitesi motor davranışla yakından bağlantılıdır ve genellikle aktif hareketler sırasında zayıflar. Çoklu ve değişken frekanslara sahip düşük genlikli beta genellikle aktif, meşgul veya endişeli düşünme ve aktif konsantrasyon ile ilişkilidir. Baskın bir frekans setine sahip ritmik beta, Dup15q sendromu gibi çeşitli patolojilerle ve özellikle benzodiazepinler olmak üzere ilaç etkileriyle ilişkilidir. Kortikal hasar alanlarında bulunmayabilir veya azalabilir. Uyanık veya endişeli olan ya da gözleri açık olan hastalarda baskın ritimdir. ⓘ
- Gama, yaklaşık 30-100 Hz frekans aralığıdır. Gama ritimlerinin, belirli bir bilişsel veya motor işlevi yerine getirmek amacıyla farklı nöron popülasyonlarının bir ağ içinde birbirine bağlanmasını temsil ettiği düşünülmektedir.
- Mu aralığı 8-13 Hz'dir ve kısmen diğer frekanslarla örtüşür. Dinlenme durumundaki motor nöronların senkronize ateşlenmesini yansıtır. Mu baskılamasının motor ayna nöron sistemlerini yansıttığı düşünülmektedir, çünkü bir eylem gözlemlendiğinde, muhtemelen normal ve ayna nöronal sistemler "senkronize olmadıkları" ve birbirleriyle etkileşime girdikleri için örüntü söner. ⓘ
"Ultra yavaş" veya "DC'ye yakın" aktivite, bazı araştırma bağlamlarında DC amplifikatörleri kullanılarak kaydedilir. Tipik olarak klinik bağlamda kaydedilmez çünkü bu frekanslardaki sinyal bir dizi artefaktlara karşı hassastır. ⓘ
EEG'nin bazı özellikleri ritmik olmaktan ziyade geçicidir. Sivri uçlar ve keskin dalgalar epilepsisi veya epilepsiye yatkınlığı olan kişilerde nöbet aktivitesini veya interiktal aktiviteyi temsil edebilir. Diğer geçici özellikler normaldir: tepe dalgaları ve uyku iğcikleri normal uykuda görülür. ⓘ
İstatistiksel olarak nadir görülen, ancak işlev bozukluğu veya hastalıkla ilişkili olmayan aktivite türleri olduğunu unutmayın. Bunlar genellikle "normal varyantlar" olarak adlandırılır. Mu ritmi normal varyantlara bir örnektir. ⓘ
Normal elektroensefalogram (EEG) yaşa göre değişir. Prenatal EEG ve neonatal EEG yetişkin EEG'sinden oldukça farklıdır. Üçüncü trimesterdeki fetüsler ve yenidoğanlar iki yaygın beyin aktivitesi modeli sergiler: "süreksiz" ve "iz alternant". "Süreksiz" elektriksel aktivite, düşük frekanslı dalgaların takip ettiği keskin elektriksel aktivite patlamalarını ifade eder. "Trace alternant" elektriksel aktivite keskin patlamaları ve ardından kısa yüksek genlikli aralıkları tanımlar ve genellikle yenidoğanlarda sessiz uykuyu gösterir. Çocukluktaki EEG genellikle yetişkin EEG'sinden daha yavaş frekans salınımlarına sahiptir. ⓘ
Normal EEG de duruma bağlı olarak değişir. EEG, polisomnografide uyku evrelerini tanımlamak için diğer ölçümlerle (EOG, EMG) birlikte kullanılır. Evre I uyku (bazı sistemlerde uyuşukluğa eşdeğerdir) EEG'de arka temel ritmin düşmesi olarak görünür. Teta frekanslarında bir artış olabilir. Santamaria ve Chiappa, uyuşuklukla ilişkili çeşitli kalıpların bir kısmını kataloglamıştır. Evre II uykusu uyku iğcikleri ile karakterize edilir - 12-14 Hz aralığında (bazen "sigma" bandı olarak da adlandırılır) frontal-merkez maksimuma sahip geçici ritmik faaliyetler. Evre II'deki aktivitenin çoğu 3-6 Hz aralığındadır. Evre III ve IV uyku delta frekanslarının varlığı ile tanımlanır ve genellikle toplu olarak "yavaş dalga uykusu" olarak adlandırılır. Evre I-IV, REM dışı (veya "NREM") uykuyu oluşturur. REM (hızlı göz hareketi) uykusundaki EEG, uyanık EEG'ye biraz benzer görünür. ⓘ
Genel anestezi altında EEG, kullanılan anestezik türüne bağlıdır. Halotan gibi halojenli anestezikler veya propofol gibi intravenöz ajanlarla, kafa derisinin çoğunda, özellikle ön tarafta hızlı (alfa veya düşük beta), reaktif olmayan bir EEG paterni görülür; bazı eski terminolojide bu, yüksek dozda opiatlarla ilişkili WAIS (yaygın yavaş) paterninin aksine WAR (yaygın ön hızlı) paterni olarak bilinir. EEG sinyalleri üzerindeki anestezik etkiler, farklı sinaps türleri ve senkronize nöronal aktiviteye izin veren devreler üzerindeki ilaç etkileri düzeyinde anlaşılmaya başlanmıştır (bkz: http://www.stanford.edu/group/maciverlab/). ⓘ
Artefaktlar
Biyolojik eserler
Bir EEG tarafından kafa derisi boyunca tespit edilen, ancak beyin kaynaklı olmayan elektrik sinyallerine artefakt denir. EEG verileri neredeyse her zaman bu tür artefaktlar tarafından kirletilir. Artefaktların genliği, ilgilenilen kortikal sinyallerin genlik boyutuna göre oldukça büyük olabilir. Bu, EEG'leri klinik olarak doğru yorumlamanın önemli ölçüde deneyim gerektirmesinin nedenlerinden biridir. En yaygın biyolojik artefakt türlerinden bazıları şunlardır:
- göz kaynaklı artefaktlar (göz kırpmaları, göz hareketleri ve ekstra oküler kas aktivitesini içerir)
- EKG (kardiyak) artefaktları
- EMG (kas aktivasyonu) kaynaklı artefaktlar
- glossokinetik artefaktlar
- kafatası defekti artefaktları, örneğin kraniyotomi geçirmiş hastalarda bulunan ve "breach effect" veya "breach rhythm" olarak tanımlanabilen artefaktlar ⓘ
En belirgin göz kaynaklı artefaktlar, serebral potansiyellere kıyasla oldukça büyük olan kornea ve retina arasındaki potansiyel farktan kaynaklanır. Gözler ve göz kapakları tamamen hareketsiz olduğunda, bu korneo-retinal dipol EEG'yi etkilemez. Bununla birlikte, göz kırpmalar dakikada birkaç kez, göz hareketleri saniyede birkaç kez meydana gelir. Çoğunlukla göz kırpma veya dikey göz hareketleri sırasında meydana gelen göz kapağı hareketleri, çoğunlukla gözlerin üstündeki ve altındaki Elektrookülografi (EOG) kanalları arasındaki farkta görülen büyük bir potansiyeli ortaya çıkarır. Bu potansiyelin yerleşik bir açıklaması, göz kapaklarını pozitif yüklü korneayı göz dışı cilde kısa devre yaptıran kayan elektrotlar olarak görmektedir. Göz kürelerinin ve dolayısıyla korneo-retinal dipolün dönmesi, gözlerin döndürüldüğü elektrotlardaki potansiyeli artırır ve karşıt elektrotlardaki potansiyelleri azaltır. Sakkad adı verilen göz hareketleri de sakkadik diken potansiyelleri (SP'ler) olarak bilinen geçici elektromiyografik potansiyeller üretir. Bu SP'lerin spektrumu gama bandıyla örtüşür (bkz. Gama dalgası) ve indüklenmiş gama bandı yanıtlarının analizini ciddi şekilde karıştırarak özel artefakt düzeltme yaklaşımları gerektirir. Amaçlı veya refleksif göz kırpma da elektromiyografik potansiyeller üretir, ancak daha da önemlisi göz kırpma sırasında göz küresinin refleksif hareketi vardır ve bu da EEG'de karakteristik bir artefakt görünümü verir (bkz. Bell fenomeni). ⓘ
Karakteristik tipteki göz kapağı çırpınma artefaktları daha önce Kappa ritmi (veya Kappa dalgaları) olarak adlandırılmıştır. Genellikle prefrontal derivasyonlarda, yani gözlerin hemen üzerinde görülür. Bazen zihinsel aktivite ile birlikte görülürler. Genellikle Teta (4-7 Hz) veya Alfa (7-14 Hz) aralığındadırlar. Beyinden kaynaklandıklarına inanıldığı için bu şekilde adlandırılmışlardır. Daha sonra yapılan çalışmalarda göz kapaklarının hızlı bir şekilde titremesiyle oluştukları ortaya çıkmıştır, bazen o kadar küçüktür ki görmek zordur. Aslında EEG okumasında gürültüdürler ve teknik olarak ritim veya dalga olarak adlandırılmamalıdırlar. Bu nedenle, elektroensefalografideki mevcut kullanım, bu fenomeni bir Kappa ritmi (veya dalgası) yerine göz kapağı çırpınması artefaktı olarak ifade eder. ⓘ
Bu artefaktlardan bazıları çeşitli uygulamalarda faydalı olabilir. Örneğin EOG sinyalleri, polisomnografide çok önemli olan göz hareketlerini tespit etmek ve izlemek için kullanılabilir ve ayrıca uyanıklık, uyuşukluk veya uykudaki olası değişiklikleri değerlendirmek için geleneksel EEG'de de kullanılır. ⓘ
EKG artefaktları oldukça yaygındır ve başak aktivitesi ile karıştırılabilir. Bu nedenle, modern EEG çekimi genellikle ekstremitelerden alınan tek kanallı bir EKG içerir. Bu aynı zamanda EEG'nin senkop veya diğer epizodik/atak bozuklukları için önemli bir ayırıcı tanı olan kardiyak aritmileri tanımlamasını sağlar. ⓘ
Glossokinetik artefaktlar dilin tabanı ile ucu arasındaki potansiyel farktan kaynaklanır. Küçük dil hareketleri, özellikle parkinson ve tremor bozukluklarında EEG'yi kirletebilir. ⓘ
Çevresel artefaktlar
Vücut tarafından üretilen artefaktlara ek olarak, birçok artefakt vücut dışından kaynaklanır. Hastanın hareketi, hatta sadece elektrotların yerleşmesi bile elektrot patlamalarına, belirli bir elektrotun empedansındaki anlık bir değişiklikten kaynaklanan sivri uçlara neden olabilir. EEG elektrotlarının kötü topraklanması, yerel güç sisteminin frekansına bağlı olarak önemli 50 veya 60 Hz artefaktına neden olabilir. Üçüncü bir olası parazit kaynağı da serum takılması olabilir; bu tür cihazlar ritmik, hızlı, düşük voltajlı patlamalara neden olabilir ve bunlar ani yükselmelerle karıştırılabilir. ⓘ
Hareket artefaktları, ilgilenilen nöral sinyali maskeleyebilecek sinyal gürültüsüne neden olur. ⓘ
EEG donanımlı bir fantom kafa bir hareket platformuna yerleştirilebilir ve sinüzoidal bir şekilde hareket ettirilebilir. Bu düzenek, araştırmacıların hareket artefaktı giderme algoritmalarının etkinliğini incelemelerine olanak sağlamıştır. Aynı fantom kafa ve hareket platformu modeli kullanılarak, kablo salınımının hareket artefaktlarının başlıca nedeni olduğu belirlenmiştir. Bununla birlikte, elektrotun yüzey alanını artırmanın artefaktı azaltmada küçük ama önemli bir etkisi oldu. Bu araştırma, Biliş ve Nöroergonomi İşbirliği Teknik İttifakının bir parçası olarak ABD Ordusu Araştırma Laboratuvarı tarafından desteklenmiştir. ⓘ
Artefakt düzeltme
Artefaktlarla başa çıkmak için basit bir yaklaşım, belirli bir kirlenme eşiğini aşan veri epoklarını, örneğin ±100 μV'den daha yüksek genliklere sahip epokları kaldırmaktır. Ancak bu, hala artefakt içermeyen bilgiler içeren verilerin kaybına yol açabilir. Diğer bir yaklaşım ise artefaktları gidermek için uzaysal ve frekans bandı filtreleri uygulamaktır, ancak artefaktlar spektral alanda ilgilenilen sinyalle örtüşebilir ve bu yaklaşımı verimsiz hale getirebilir. Son zamanlarda, EEG kirleticilerini düzeltmek veya kaldırmak için bağımsız bileşen analizi (ICA) teknikleri kullanılmaktadır. Bu teknikler EEG sinyallerini belli sayıda temel bileşene "ayırmaya" çalışır. Genellikle EEG'nin çeşitli davranışlarını veya doğasını varsayan birçok kaynak ayırma algoritması vardır. Ne olursa olsun, herhangi bir yöntemin arkasındaki ilke genellikle istenmeyen bileşenlerin ağırlığını sıfırlayarak (sıfırlayarak) yalnızca "temiz" EEG ile sonuçlanacak bileşenlerin "yeniden karıştırılmasına" izin verir. ⓘ
Genellikle, ICA'nın yapay bileşenlerinin sınıflandırılması da dahil olmak üzere EEG verilerinin artefakt düzeltmesi EEG uzmanları tarafından gerçekleştirilir. Bununla birlikte, 64 ila 256 elektrotlu EEG dizilerinin ortaya çıkması ve büyük popülasyonlarla yapılan çalışmaların artmasıyla, manuel artefakt düzeltmesi son derece zaman alıcı hale gelmiştir. Bunun yanı sıra birçok artefakt düzeltmesinin öznelliği ile başa çıkmak için, tam otomatik artefakt reddetme boru hatları da geliştirilmiştir. ⓘ
Son birkaç yılda, felçli ve felçli olmayan deneklerden elde edilen verilerin karşılaştırılmasıyla, EEG'nin kas tarafından kirletilmesinin, özellikle 20 Hz'in üzerindeki gama aralığında, daha önce fark edilenden çok daha yaygın olduğu gösterilmiştir. Bununla birlikte, Yüzey Laplacian'ın, özellikle en güçlü kirleticilerden daha uzak olan merkezi elektrotlar için kas artefaktını ortadan kaldırmada etkili olduğu gösterilmiştir. Yüzey Laplacian'ın ICA kullanarak kas bileşenlerini kaldırmak için otomatik tekniklerle kombinasyonunun bir takip çalışmasında özellikle etkili olduğu kanıtlanmıştır. ⓘ
Anormal aktivite
Anormal aktivite genel olarak epileptiform ve epileptiform olmayan aktivite olarak ayrılabilir. Ayrıca fokal veya yaygın olarak da ayrılabilir. ⓘ
Fokal epileptiform deşarjlar, beynin bir şekilde ayrı bir bölgesinde çok sayıda nöronda hızlı, senkronize potansiyelleri temsil eder. Bunlar nöbetler arasında interiktal aktivite olarak ortaya çıkabilir ve epileptik nöbetler üretmeye yatkın olabilecek bir kortikal irritabilite alanını temsil eder. İnteriktal deşarjlar, bir hastanın epilepsisi olup olmadığını veya nöbetinin nereden kaynaklanabileceğini belirlemek için tamamen güvenilir değildir. (Bkz. fokal epilepsi.) ⓘ
Jeneralize epileptiform deşarjlar genellikle anterior maksimuma sahiptir, ancak bunlar tüm beyin boyunca senkronize olarak görülür. Bunlar genel epilepsiyi kuvvetle düşündürür. ⓘ
Fokal epileptiform olmayan anormal aktivite, korteks veya beyaz maddede fokal hasarın olduğu beyin bölgelerinde ortaya çıkabilir. Genellikle yavaş frekanslı ritimlerde bir artış ve/veya normal yüksek frekanslı ritimlerin kaybından oluşur. EEG sinyalinin amplitüdünde fokal veya tek taraflı azalma olarak da görülebilir. ⓘ
Yaygın epileptiform olmayan anormal aktivite, yaygın anormal yavaş ritimler veya PBR gibi normal ritimlerin bilateral yavaşlaması şeklinde ortaya çıkabilir. ⓘ
İntrakortikal Ensefalogram elektrotları ve sub-dural elektrotlar, artefaktı epileptiform ve diğer ciddi nörolojik olaylardan ayırt etmek ve ayırmak için birlikte kullanılabilir. ⓘ
Anormal EEG sinyallerinin daha gelişmiş ölçümleri de son zamanlarda Alzheimer hastalığı gibi farklı bozukluklar için olası biyolojik belirteçler olarak dikkat çekmektedir. ⓘ
Uzaktan iletişim
Amerika Birleşik Devletleri Ordusu Araştırma Ofisi, 2009 yılında Irvine'deki Kaliforniya Üniversitesi'ndeki araştırmacılara, savaş alanındaki askerlerin takım üyelerinin EEG sinyallerinin bilgisayar aracılığı ile kelimeler gibi anlaşılabilir sinyaller şeklinde yeniden yapılandırılması yoluyla iletişim kurmalarını sağlamak için hayal edilen konuşmanın ve amaçlanan yönün korelasyonlarını belirlemek üzere EEG işleme teknikleri geliştirmeleri için 4 milyon dolar bütçe ayırdı. EEG'den hayali konuşmanın kodunu çözmeye yönelik sistemler, beyin-bilgisayar arayüzleri gibi askeri olmayan uygulamalara sahiptir. ⓘ
EEG teşhisleri
Savunma Bakanlığı (DoD) ve Gazi İşleri (VA) ile ABD Ordu Araştırma Laboratuvarı (ARL), savaşan askerlerde hafif ve orta dereceli Travmatik Beyin Yaralanmasını (mTBI) tespit etmek için EEG teşhisi konusunda işbirliği yaptı. 2000 ve 2012 yılları arasında, ABD askeri operasyonlarında meydana gelen beyin yaralanmalarının yüzde 75'i mTBI olarak sınıflandırılmıştır. Buna karşılık olarak, Savunma Bakanlığı bu yaralanmayı ele almak için mTBI'yi hızlı, doğru, invazif olmayan ve sahada tespit edebilen yeni teknolojilerin peşine düşmüştür. ⓘ
Savaş personeli genellikle TSSB ve mTBI'yı birlikte geliştirir. Her iki durum da değişmiş düşük frekanslı beyin dalgası salınımları ile kendini gösterir. TSSB hastalarının değişmiş beyin dalgaları düşük frekanslı salınımlarda azalma ile kendini gösterirken, mTBI yaralanmaları artan düşük frekanslı dalga salınımları ile bağlantılıdır. Etkili EEG teşhisi, doktorların koşulları doğru bir şekilde tanımlamasına ve uzun vadeli etkileri azaltmak için yaralanmaları uygun şekilde tedavi etmesine yardımcı olabilir. ⓘ
Geleneksel olarak, EEG'lerin klinik değerlendirmesi görsel incelemeyi içerir. Beyin dalgası salınım topografisinin görsel değerlendirmesi yerine, kantitatif elektroensefalografi (qEEG), bilgisayarlı algoritmik metodolojiler, beynin belirli bir bölgesini analiz eder ve verileri bölgenin anlamlı bir "güç spektrumuna" dönüştürür. mTBI ve TSSB arasında doğru bir ayrım yapmak, özellikle sinirsel iletişimdeki uzun vadeli değişiklikler ilk mTBI olayından sonra da devam edebileceğinden, hastalar için olumlu iyileşme sonuçlarını önemli ölçüde artırabilir. ⓘ
EEG verilerinden yapılan bir başka yaygın ölçüm de, belirli patolojiler veya patoloji aşamalarıyla ilişkilendirilen Lempel-Ziv karmaşıklığı, fraktal boyut ve spektral düzlük gibi karmaşıklık ölçümleridir. ⓘ
Ekonomi
Düşük maliyetli araştırma ve tüketici pazarları için ucuz EEG cihazları mevcuttur. Son zamanlarda, birkaç şirket tıbbi sınıf EEG teknolojisini minyatürleştirerek halkın erişebileceği versiyonlar yaratmıştır. Bu şirketlerden bazıları 100 ABD dolarının altında perakende satış yapan ticari EEG cihazları üretmiştir.
- 2004 yılında OpenEEG, ModularEEG'yi açık kaynaklı donanım olarak piyasaya sürdü. Uyumlu açık kaynak yazılımı, bir topu dengelemek için bir oyun içerir.
- 2007 yılında NeuroSky, NeuroBoy oyunu ile birlikte ilk uygun fiyatlı tüketici tabanlı EEG'yi piyasaya sürdü. Bu aynı zamanda kuru sensör teknolojisini kullanan ilk büyük ölçekli EEG cihazıydı.
- 2008'de OCZ Technology, video oyunlarında kullanılmak üzere öncelikle elektromiyografiye dayanan bir cihaz geliştirdi.
- 2008 yılında Final Fantasy geliştiricisi Square Enix, Judecca adlı bir oyun yaratmak için NeuroSky ile ortaklık kurduğunu açıkladı.
- 2009 yılında Mattel, bir topu engelli bir parkurda yönlendirmek için EEG kullanan bir oyun olan Mindflex'i piyasaya sürmek için NeuroSky ile ortaklık kurdu. Bugüne kadar en çok satan tüketici tabanlı EEG.
- 2009 yılında Uncle Milton Industries, NeuroSky ile ortaklık kurarak Güç'e sahip olma yanılsaması yaratmak için tasarlanmış bir oyun olan Star Wars Force Trainer'ı piyasaya sürdü.
- 2009 yılında Emotiv 14 kanallı bir EEG cihazı olan EPOC'u piyasaya sürdü. EPOC, kuru sensör teknolojisi kullanmayan ilk ticari BCI'dır ve kullanıcıların elektrot pedlerine (bir veya iki saatlik kullanımdan sonra yeniden nemlendirilmesi gereken) salin solüsyonu uygulamasını gerektirir.
- 2010 yılında NeuroSky, MindSet'e göz kırpma ve elektromiyografi işlevi ekledi.
- 2011 yılında NeuroSky, eğitim amaçlı ve oyunlar için tasarlanmış bir EEG cihazı olan MindWave'i piyasaya sürdü. MindWave, "Bir beyin kontrol arayüzü kullanılarak hareket ettirilen en ağır makine" dalında Guinness Rekorlar Kitabı ödülünü kazandı.
- 2012 yılında, bir Japon aygıt projesi olan neurowear, Necomimi'yi piyasaya sürdü: motorlu kedi kulaklarına sahip bir kulaklık. Kulaklık, kafa bandında bir kedinin kulaklarının olabileceği yerde iki motora sahip bir NeuroSky MindWave ünitesidir. Kedi kulağı şeklindeki kılıflar motorların üzerine oturuyor, böylece cihaz duygusal durumları kaydettikçe kulaklar da buna göre hareket ediyor. Örneğin, rahatladığında kulaklar yanlara düşüyor ve tekrar heyecanlandığında canlanıyor.
- OpenBCI, 2013'teki başarılı kickstarter kampanyasının ardından 2014'te kendi adını taşıyan açık kaynaklı beyin-bilgisayar arayüzünü piyasaya sürdü. Temel OpenBCI 8 kanala sahiptir, 16'ya kadar genişletilebilir ve EEG, EKG ve EMG'yi destekler. OpenBCI, Texas Instruments ADS1299 IC ve Arduino veya PIC mikrodenetleyicisine dayanıyor ve temel sürüm için 399 dolara mal oluyor. Standart metal kap elektrotları ve iletken macun kullanır.
- 2015 yılında Mind Solutions Inc, bugüne kadarki en küçük tüketici BCI'ı olan NeuroSync'i piyasaya sürdü. Bu cihaz, bir Bluetooth kulak parçasından daha büyük olmayan bir boyutta kuru bir sensör olarak işlev görmektedir.
- 2015 yılında, Çin merkezli bir şirket olan Macrotellect, Apple ve Android Uygulama Mağazalarında 20 beyin zindeliği geliştirme Uygulaması sağlayan tüketici sınıfı bir EEG giyilebilir ürünü olan BrainLink Pro ve BrainLink Lite'ı piyasaya sürdü.
- 2021'de BioSerenity, geleneksel kap elektrotlarına eşdeğer kalitede kayıt yapılmasına olanak tanıyan tek kullanımlık tek kullanımlık bir EEG kulaklığı olan Neuronaute ve Icecap'i piyasaya sürdü. ⓘ
Gelecekteki araştırmalar
EEG, klinik tanı ve geleneksel bilişsel sinirbilimin geleneksel kullanımlarının yanı sıra birçok amaç için kullanılmıştır. İlk kullanımlarından biri İkinci Dünya Savaşı sırasında ABD Ordusu Hava Kuvvetleri tarafından nöbet geçirme tehlikesi olan pilotları elemek içindi; epilepsi hastalarında uzun süreli EEG kayıtları bugün hala nöbet tahmini için kullanılmaktadır. Neurofeedback önemli bir uzantı olmaya devam etmektedir ve en gelişmiş haliyle beyin bilgisayar arayüzlerinin temeli olarak da denenmektedir. EEG, nöropazarlama alanında da oldukça yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. ⓘ
EEG, beyin fonksiyonlarını etkileyen ilaçlar, psikofarmakolojinin temelini oluşturan kimyasallar tarafından değiştirilir. Berger'in ilk deneyleri ilaçların EEG üzerindeki etkilerini kaydetmiştir. Farmako-elektroensefalografi bilimi, terapötik ve eğlence amaçlı kullanım için beyin fonksiyonlarını sistematik olarak değiştiren maddeleri tanımlamak için yöntemler geliştirmiştir. ⓘ
Honda, bir operatörün Asimo robotunu EEG kullanarak kontrol etmesini sağlayacak bir sistem geliştirmeye çalışmaktadır; bu teknolojiyi sonunda otomobillerine de dahil etmeyi ummaktadır. ⓘ
EEG'ler Hindistan'ın Maharashtra eyaletindeki ceza davalarında kanıt olarak kullanılmıştır. Bir EEG tekniği olan Beyin Elektriksel Salınım İmza Profili (BEOS), Maharashtra Eyaleti v. Sharma davasında, Sharma'nın eski nişanlısını zehirlemek için arsenik kullandığını hatırladığını göstermek için kullanıldı, ancak BEOS'un güvenilirliği ve bilimsel temeli tartışmalıdır. ⓘ
Şu anda EEG cihazlarını daha küçük, daha taşınabilir ve kullanımı daha kolay hale getirmek için birçok araştırma yürütülmektedir. "Giyilebilir EEG" olarak adlandırılan bu çalışmalar, düşük güçlü kablosuz toplama elektronikleri ve iletken jel kullanılmasını gerektirmeyen "kuru" elektrotlar yaratmaya dayanmaktadır. Giyilebilir EEG, sadece kafada bulunan ve kulak EEG'si gibi bir seferde günler, haftalar veya aylar boyunca EEG kaydı yapabilen küçük EEG cihazları sağlamayı amaçlamaktadır. Bu tür uzun süreli ve kullanımı kolay izleme, epilepsi gibi kronik durumların teşhisinde bir adım değişiklik yaratabilir ve BCI sistemlerinin son kullanıcı tarafından kabulünü büyük ölçüde artırabilir. Veri azaltma yaklaşımının kullanılması yoluyla Giyilebilir EEG cihazlarının pil ömrünü artırmak için özel çözümlerin belirlenmesi konusunda da araştırmalar yürütülmektedir. Örneğin, epilepsi teşhisi bağlamında, veri azaltma, akıllıca seçilerek ve yalnızca teşhisle ilgili EEG verilerini ileterek Giyilebilir EEG cihazlarının pil ömrünü uzatmak için kullanılmıştır. ⓘ
Araştırmalarda, şu anda EEG genellikle makine öğrenimi ile birlikte kullanılmaktadır. EEG verileri makine öğrenimi algoritmalarına aktarılmak üzere önceden işlenir. Bu algoritmalar daha sonra şizofreni, epilepsi veya demans gibi farklı hastalıkları tanımak için eğitilir. Ayrıca, nöbet tespitini incelemek için giderek daha fazla kullanılmaktadırlar. Makine öğrenimi kullanılarak veriler otomatik olarak analiz edilebilmektedir. Uzun vadede bu araştırma, doktorları klinik uygulamalarında destekleyen algoritmalar oluşturmayı ve hastalıklar hakkında daha fazla içgörü sağlamayı amaçlamaktadır. Bu doğrultuda, EEG verilerinin Lempel-Ziv karmaşıklığı, fraktal boyut ve spektral düzlük gibi karmaşıklık ölçütleri sıklıkla hesaplanmaktadır. Bu tür ölçümlerin birleştirilmesinin veya çarpılmasının EEG verilerinde daha önce gizli kalmış bilgileri ortaya çıkarabileceği gösterilmiştir. ⓘ
Columbia Üniversitesi Bilgisayar Müzik Merkezi'nde Brad Garton ve Dave Soldier tarafından yürütülen Brainwave Music Project tarafından müzik sanatçılarından alınan EEG sinyalleri anlık besteler ve bir CD oluşturmak için kullanılmıştır. Benzer şekilde, Ann Druyan'ın beyin dalgalarının bir saatlik kaydı, herhangi bir dünya dışı zekanın aşık olmanın nasıl bir şey olduğunu da içeren düşüncelerini çözebilmesi ihtimaline karşı, 1977 yılında Voyager sondalarıyla fırlatılan Voyager Altın Kaydı'na dahil edilmiştir. ⓘ
Karşılaştırma Tablosu
| Tür | Frenkans (Hz) | Yaptığı iş ⓘ |
|---|---|---|
| Delta | 0,5-3,5 Hz | Yetişkinlerde:Uyku Modunda Oluşur |
| Teta | 4–7 Hz | Yetişkinlerde aurosal ,Tembellik etme |
| Alfa | 8–12 Hz | Rahat yansı gözleri kapatış |
| SMR | 12–15 Hz | SMR |
| Beta | 12–38 Hz | uyarı çalışmasında, meşgul aktif ya da endişeli düşünme, etkin konsantrasyonu |
| Beta (Orta) | 15–21 Hz | uyarı çalışmasında, meşgul aktif ya da endişeli düşünme, etkin konsantrasyonu, normal konsantrasyon |
| Beta (Yüksek) | 21–38 Hz | Stres, anksiyete |
| Gamma | 34-100+ Hz | Belirli motor beyin işlevleri |
Çeşitleri
- Kısa Süreli EEG-Video Monitorizasyon (KS-EEG-VM)
- Uzun Süreli EEG-Video Monitorizasyon (US-EEG-VM)
- Uyarılmış Potansiyeller (Evok Potansiyeller, VEP, ERG, BAEP, SEP)
- Vizüel Evok Potansiyel (VEP)
- Elektroretinogram (ERG)
- Beyin Sapı İşitsel Uyarılma Potansiyeli (BAEP)
- Somatosensori Evok Potansiyeller (SEP) ⓘ