Klinische Bedeutung

EEG-Wellenformen können anhand ihrer Lage, Amplitude, Frequenz, Morphologie, Kontinuität (rhythmisch, intermittierend oder kontinuierlich), Synchronität, Symmetrie und Reaktivität charakterisiert werden. Die am häufigsten verwendete Methode zur Klassifizierung von EEG-Wellenformen ist jedoch die Frequenz, und zwar so sehr, dass EEG-Wellen auf der Grundlage ihres Frequenzbereichs mit griechischen Ziffern benannt werden. Zu den am häufigsten untersuchten Wellenformen gehören Delta (0,5 bis 4 Hz), Theta (4 bis 7 Hz), Alpha (8 bis 12 Hz), Sigma (12 bis 16 Hz) und Beta (13 bis 30 Hz). Darüber hinaus gibt es weitere Wellenformen wie Infra-Slow-Oszillationen (ISO) (unter 0,5 Hz) und Hochfrequenz-Oszillationen (HFO) (über 30 Hz), die außerhalb der konventionellen Bandbreite des klinischen EEGs liegen, aber seit dem Aufkommen der digitalen Signalverarbeitung klinische Bedeutung erlangt haben.

Frequenz:

Die konventionelle Bandbreite des klinischen EEG konzentriert sich auf die Analyse von Wellenformen im Bereich von 0,5 Hz bis 70 Hz. Diese Analyse erfolgt durch die Verwendung von Bandpassfiltern der EEG-Aufzeichnungen. Klinische Neurophysiologen und Forscher haben jedoch eine breitere EEG-Bandbreite untersucht und festgestellt, dass sie unter bestimmten Bedingungen klinisch bedeutsam ist. Die Eliminierung der niedrigeren (infra-langsamen) oder höheren (ultra-schnellen) Bänder des EEG-Frequenzspektrums im Routine-EEG führt zum Verlust mehrerer wichtiger physiologischer und pathologischer, aussagekräftiger Merkmale der Gehirnaktivität. Ein EEG mit voller Bandbreite (FbEEG) betrachtet die vollständigen, physiologisch und klinisch relevanten Wellenformen ohne Kompromisse, die ein Frequenzband auf Kosten eines anderen begünstigen würden. Die Aufzeichnung von EEG-Daten mit extrem hohen Frequenzen wird in der klinischen Praxis jedoch nicht routinemäßig durchgeführt, da hierfür spezielle Geräte erforderlich sind, die Daten mit höheren Abtastfrequenzen erfassen können, was wiederum den Speicherplatzbedarf für diese Informationen erhöht. Auf der Grundlage der FbEEG-Aufzeichnung können die EEG-Wellenformen durch verschiedene Typen charakterisiert werden:-

1. Infraschwache Oszillationen (ISO) (weniger als 0,5 Hz): ISOs sind die dominierende Frequenz bei Frühgeborenen und liegen zwischen 0,01 und 0,1 Hz und werden als spontane Aktivitätstransienten (SAT) bezeichnet. SATs stellen eine endogen gesteuerte, spontane Aktivität dar, die für die Gestaltung der neuronalen Konnektivität in einem frühen, unreifen Stadium entscheidend ist, in dem sensorischer Input keine oder nur eine geringe Rolle spielt. Darüber hinaus sind ISOs in einem breiten Frequenzbereich (0,02 bis 0,2 Hz) auch während des Nicht-REM-Schlafs vorhanden, phasensynchron mit höherfrequenten EEG-Aktivitäten.

Die meisten Forschungsarbeiten zum niederfrequenten EEG haben sich auf verschiedene Arten von kognitiven Aufgaben und Zuständen konzentriert, wie z. B. kontingente Stimulation (kontingente negative Variation, CNV), motorische Bewegungen (Bereitschaftspotenzial) und das Orientierungsparadigma. Die Dauer dieser langsamen, auf der Kopfhaut aufgezeichneten Potenziale kann bis zu mehreren Sekunden betragen, und ihre Amplitude liegt oft in der Größenordnung von wenigen Mikrovolt, so dass für ihre genaue Aufzeichnung sowohl FbEEG als auch Elektroden und Haut-Elektrodenkontakte mit echten Gleichstromeigenschaften erforderlich sind.

Schließlich wurde durch invasive/nicht-invasive EEG-Überwachung in Tiermodellen und beim Menschen festgestellt, dass Anfälle mit sehr langsamen EEG-Antworten zusammen mit variablen niederfrequenten Fluktuationen am Anfallsherd einhergehen. Erst kürzlich haben nicht-invasive ictal DC-Aufzeichnungen gezeigt, dass fokal einsetzende Anfälle mit langen und relativ hochamplitudigen DC-Verschiebungen korrelieren.

2. Delta (0,5 bis 4Hz): Der Delta-Rhythmus tritt physiologisch im Tiefschlaf auf und ist in den frontozentralen Kopfregionen ausgeprägt. Ein pathologischer Delta-Rhythmus tritt im Wachzustand bei generalisierter Enzephalopathie und fokaler zerebraler Dysfunktion auf. Die frontale intermittierende rhythmische Delta-Aktivität (FIRDA) tritt bei Erwachsenen auf, während die okzipitale intermittierende rhythmische Delta-Aktivität (OIRDA) bei Kindern auftritt. Temporale intermittierende rhythmische Delta-Aktivität (TIRDA) wird häufig bei Personen mit Temporallappenepilepsie beobachtet.

3. Theta (4 bis 7 Hz): Dies ist der Rhythmus, der durch Schläfrigkeit sowie frühe Schlafstadien wie N1 und N2 hervorgerufen wird. Er ist in den fronto-zentralen Kopfregionen am stärksten ausgeprägt und wandert langsam nach hinten und ersetzt den Alpha-Rhythmus aufgrund früher Schläfrigkeit. Erhöhte emotionale Zustände können den frontalen Theta-Rhythmus bei Kindern und jungen Erwachsenen ebenfalls verstärken. Fokale Theta-Aktivität im Wachzustand deutet auf eine fokale zerebrale Dysfunktion hin.

4. Alpha (8 bis 12 Hz): Der posterior-dominante Alpha-Rhythmus ist bei normalen EEG-Aufzeichnungen im Wachzustand in der okzipitalen Kopfregion charakteristisch vorhanden. Er ist das bestimmende Merkmal des normalen Hintergrundrhythmus der EEG-Aufzeichnung bei Erwachsenen. Der posteriore Rhythmus erreicht den Alpha-Bereich von 8 Hz im Alter von 3 Jahren und nimmt bei gesunden Personen bis zum neunten Lebensjahrzehnt nicht ab. Schnelle Varianten des Hintergrund-Alpha-Rhythmus werden in der normalen Bevölkerung beobachtet. Eine Verlangsamung des Hintergrund-Alpha-Rhythmus wird als Zeichen einer generalisierten zerebralen Dysfunktion angesehen. Die Amplitude des Alpha-Rhythmus variiert sowohl bei verschiedenen Personen als auch zu verschiedenen Zeiten bei ein und derselben Person. Die Reaktivität des Alpha-Rhythmus ist charakteristisch und hilft bei seiner Erkennung. Er ist am besten bei geschlossenen Augen und bei geistiger Entspannung zu beobachten und wird charakteristischerweise durch Öffnen der Augen und geistige Anstrengung abgeschwächt. Bei diffuser Enzephalopathie können die Patienten eine generalisierte Alpha-Aktivität zeigen, die nicht auf innere oder äußere Reize reagiert und als „Alpha-Koma“ bezeichnet wird.

Der Mu-Rhythmus ist eine andere Art von Alpha-Rhythmus, der in den zentralen Kopfbereichen auftritt und eine bogenförmige Morphologie aufweist. Dieser Rhythmus verschwindet typischerweise mit der motorischen Aktivität der kontralateralen Gliedmaßen oder dem Gedanken an die Einleitung einer motorischen Aktivität. Beim Öffnen der Augen ist er jedoch relativ unverändert. Sie treten häufig bei jungen Erwachsenen auf und sind bei Kindern und älteren Menschen nicht so häufig. Zu den abschwächenden Faktoren gehören Müdigkeit, somatosensorische Stimulation und Kopfrechnen. Sie sind ziemlich asymmetrisch und auf beiden Seiten asynchron.

5. Sigma-Wellen: Diese Aktivität wird physiologisch im N2-Schlaf beobachtet und wird als Schlafspindeln oder Sigma-Wellen bezeichnet. Sie können langsam (12 bis 14 Hz) oder schnell (14 bis 16 Hz) sein und sind am deutlichsten in den fronto-zentralen Kopfregionen zu sehen. Ein pathologischer Spindelrhythmus kann bei einer generalisierten Enzephalopathie auftreten und wird als „Spindelkoma“ bezeichnet.

6. Beta (13 bis 30Hz): Der Beta-Rhythmus ist der am häufigsten beobachtete Rhythmus bei normalen Erwachsenen und Kindern. Er ist in der frontalen und zentralen Kopfregion am stärksten ausgeprägt und schwächt sich nach hinten hin ab. Die Amplitude der Beta-Aktivität beträgt in der Regel 10 bis 20 Mikrovolt und steigt nur selten über 30 Mikrovolt an. Die Amplitude steigt häufig während der Schläfrigkeit und des N1-Schlafs an und nimmt anschließend im N2 & N3-Schlaf ab. Die meisten sedierenden Medikamente wie Barbiturate, Chloralhydrat und Benzodiazepine erhöhen die Amplitude und Menge der Beta-Aktivität bei Personen. Eine fokale, regionale oder hemisphärische Abschwächung der Beta-Aktivität kann bei einer kortikalen Verletzung, Fehlbildungen, subduralen, epiduralen oder subgalealen Flüssigkeitsansammlungen auftreten.

7. Hochfrequente Oszillationen (HFOs) (größer als 30 Hz): Diese werden weiter unterteilt in Gamma (30 bis 80 Hz); Rippel (80 bis 200 Hz) & schnelle Rippel (200 bis 500 Hz). Der Gamma-Rhythmus wird der sensorischen Wahrnehmung zugeschrieben, die verschiedene Bereiche integriert. Weltweit wurden umfangreiche Forschungen zu HFOs durchgeführt, insbesondere im Zusammenhang mit Epilepsie. Es ist bekannt, dass epileptische Herde Episoden sehr hochfrequenter Aktivität erzeugen. Intrakranielle Tiefenaufzeichnungen aus dem epileptischen Hippocampus (Tier- und Humanmodelle) haben ultraschnelle Frequenzausbrüche (Fast Ripples) ergeben, die wahrscheinlich mit der lokalen Epileptogenität des Hirngewebes korrelieren. Andererseits haben subdurale Aufzeichnungen bei der präoperativen Beurteilung von Epilepsie gezeigt, dass Aktivitätsausbrüche in einem relativ niedrigen Frequenzbereich (60 bis 100 Hz) ebenfalls auf die Lage eines epileptischen Herdes hinweisen können. Es gibt Hinweise auf interiktale HFOs als mögliche Biomarker für epileptogenes Hirngewebe beim Menschen.

Ultrafast EEG-Aktivität korreliert mit kognitiven Zuständen und ereigniskorrelierten Potenzialen. Die Bedeutung von Gamma-Rhythmen für eine Vielzahl von kognitiven Funktionen ist gut belegt. Hirnstammevozierte Potenziale (BERA) sind eine gut etablierte und routinemäßig gemessene Kategorie ultraschneller EEG-Signale. Es gibt Berichte über HFOs (über 200 Hz) im Zusammenhang mit somatosensorischer Stimulation oder motorischen Bewegungen, und ihre Empfindlichkeit gegenüber Vigilanzzuständen, motorischen Störungen oder pharmakologischen Manipulationen wie Anästhetika oder Sedativa bieten neuere Optionen für die Überwachung und Diagnose des Gehirns. Sie können bei der Früherkennung von Demyelinisierung und anderen Störungen der kortikalen Integrität helfen.

Morphologie:

EEG-Transienten sind isolierte Wellenformen oder Komplexe, die sich von der Hintergrundaktivität unterscheiden. Mehrere EEG-Transienten treten bei normalen Personen auf, die gutartig sind und von pathologischen Transienten unterschieden werden müssen. Die Identifizierung dieser Wellenformen als nicht-epileptisch erfordert Schulung und Erfahrung. Eine Fehlinterpretation nicht-epileptiformer Transienten führt zu einer Überdiagnose von Epilepsie, unnötig langen Behandlungen mit Antiepileptika und anderen medizinisch-rechtlichen Konsequenzen.

Erkennung nicht-epileptiformer Transienten

Nicht-epileptiforme Transienten sind Wellenformen, die ein epileptiformeres Aussehen haben, aber nicht mit epileptischen Anfällen in Verbindung stehen. Sie können scharf konturiert sein und als isolierte arrhythmische Bursts auftreten. Forscher haben beobachtet, dass die meisten der häufigen nicht-epileptischen Transienten während Schläfrigkeit und leichtem Schlaf auftreten. Wir werden einige dieser häufig beobachteten nicht-epileptiformen Transienten beschreiben.

1. Lambda-Wellen: Lambda-Wellen sind positive scharfe Transienten, die in der okzipitalen Kopfregion im Wachzustand auftreten und am deutlichsten während der visuellen Exploration zu sehen sind und normalerweise beim Schließen der Augen verschwinden.

2. Positive okzipitale scharfe Transienten im Schlaf (POSTS): POSTS sind positive scharfe Transienten, die Lambda-Wellen ähneln und bei etwa 50 bis 80 % der gesunden Personen während des NREM-Schlafs auftreten. Sie werden am häufigsten bei Jugendlichen und jungen Erwachsenen beobachtet und sind in der Anfangsphase der Schläfrigkeit am stärksten ausgeprägt, im Gegensatz zu den tieferen Phasen des NREM-Schlafs.

3. 6 Hz Spike and wave (Phantomspike und -welle): Hierbei handelt es sich um schlecht wahrnehmbare Spikes mit geringer Amplitude, die innerhalb eines sich wiederholenden Spike-and-Wave-Komplexes auftreten. Charakteristisch sind 5 bis 6 Hz mit Amplituden von unter 40 Mikrovolt und einer Spike-Dauer von weniger als 30 Millisekunden. Sie können entweder frontal oder okzipital überwiegen und treten häufig bei Jugendlichen und jungen Erwachsenen auf.

4. 14 & 6Hz Positive Spikes (Ctenoide): Dies sind einseitige, bi- oder asynchrone, regelmäßige Wiederholungen mit bogenförmiger Morphologie, die in der hinteren Schläfenregion zentriert sind und mit breiter Verteilung auftreten. Sie werden häufig während Schläfrigkeit und leichtem Schlaf beobachtet.

5. Vertex Sharp Transients (VSTs): VSTs treten als ein- oder zweiphasige, oft auch dreiphasige Wellen und oberflächliche negative scharfe Wellen mit Phasenumkehr am oder in der Nähe des Scheitels auf und treten bei Schläfrigkeit und NREM-Schlaf auf. Sie haben typischerweise eine Dauer von 100 Millisekunden.

6. K-Komplex: Dies sind polyphasische Wellen, die länger als 0,5 Sekunden dauern, weniger scharf konturiert sind und oft von Schlafspindeln gefolgt werden.

7. Benigne epileptiforme Transienten im Schlaf (BETS) oder Small Sharp Spikes (SSS) oder Benigne Sporadic Sleep Spike (BSSS): Dies sind monophasische oder diphasische Transienten mit geringer Amplitude und scharfer Kontur, die am häufigsten im N1- und N2-Schlaf auftreten. Sie treten am ehesten bei Erwachsenen zwischen 30 und 60 Jahren auf. Die Amplituden liegen unter 90 Mikrovolt und die Dauer beträgt mehr als 90 Millisekunden. Sie treten am häufigsten im mittleren Temporalbereich auf, mit einem breiten Feld, das sich bis in den angrenzenden Frontalbereich erstreckt.

8. Wicket-Wellen (Wicket-Rhythmus): Hierbei handelt es sich um häufig auftretende EEG-Transienten, die einphasig und scharf konturiert sind und eine symmetrische auf- und absteigende Phase aufweisen. Sie entstehen typischerweise aus der laufenden Hintergrundaktivität und stören den Hintergrund nicht. Sie treten bei entspanntem Wachsein auf und werden durch Schläfrigkeit begünstigt. Am häufigsten treten sie im mittleren Erwachsenenalter oder bei älteren Erwachsenen auf

9. Rhythmic Mid-temporal Theta of Drowsiness (RMTD): Früher bekannt als psychomotorische Variante: RMTDs sind Züge von Theta-Aktivität, die während des Schlaf-Wach-Übergangs zu beobachten sind und sich um die Mid-Temporal-Region zentrieren und sich auf die anterioren und posterioren temporalen sowie die posterioren parietalen Regionen ausbreiten können. Sie haben ein monomorphes Muster mit einer scharfen oder gekerbten Kontur, die sehr charakteristisch ist.

10. Subklinische Rhythmische Elektroenzephalographische Entladungen bei Erwachsenen (SREDA): Hierbei handelt es sich um ein EEG-Muster, das eine unklare klinische Bedeutung hat, aber häufig als epileptiformer Rhythmus diagnostiziert wird. Dieser Rhythmus kann plötzlich oder über einen längeren Zeitraum auftreten und sich von einem langsameren Delta- zu einem schnelleren Thetarhythmus entwickeln. Er tritt in der Regel im Wachzustand oder im leichten Schlaf auf und kann manchmal durch Hyperventilation ausgelöst werden. Sie können weit verbreitet sein, sind aber in der Regel im parietalen und posterioren Temporalbereich am stärksten ausgeprägt und fast immer bilateral synchron und symmetrisch. Sie können zwischen 10 Sekunden und 5 Minuten andauern, wobei der Durchschnitt bei 40 bis 80 Sekunden liegt und sich entweder abrupt oder allmählich auflöst.