EEG- Elektroenzephalogramm

Elektroenzephalographie, Verfahren zur Messung und Aufzeichnung der elektrischen Aktivität des Gehirns mittels Elektroden, die an der Schädeldecke angelegt werden.  Registriert wird die spontane oder ausgelöste (evozierte) elektrischen Aktivität
des Gehirns, besonders der Großhirnrinde.  Man nimmt nach Tierversuchen an, das die kortikalen Spannungsschwankungen eine Folge exzitatorischer und inhibatorischer postsynaptischer Potentiale sind, die mit einer gewissen Synchronizität innerhalb größerer Nervenzellgruppen auftreten. Die postsynaptischen Potentiale dürften im wesentlichen an den Dendriten der sogenannten Pyramidenzellen der obersten Hirnrindenschicht auftreten. Neben den Nervenzellen sind  auch Gliazellen (also Stützzellen des Gehirns an der Entstehung des EEG beteiligt. 

Das EEG ist, ebenso wie die Aufzeichnung anderer Biopotentiale, die Darstellung eines Spannungsverlaufs bzw. von Summenpotentialen von Neuronenverbänden in der Zeit. Bis heute kennt man noch nicht sicher den Entstehungsmechanismus des EEGs. Man weiß jedoch, dass die Wellen im Cortex (Hirnrinde) ihren Entstehungsort haben, da die Stromschwankungen aus den tiefergelegenen Hirnarealen nicht bis an die Hirnoberfläche kommen. Etwa Drittel der Großhirnrinde liegt nahe an der Schädeloberfläche, von dort leitet das EEG überwiegend die Potenzialdifferenzen ab. Das EEG misst damit die elektrische Aktivität von Hirnrinden nahen Neuronen, die der Schädeldecke nahe sind. Kernstrukturen in subkortikalen Bereichen des Gehirns wie beispielsweise dem Thalamus nehmen jedoch Einflus auf diese Potenzialdifferenzen an der Hirnoberfläche. Potentialschwankungen im EEG werden in erster Linie durch exzitatorische (erregende) postsynaptische Potentiale (auch EPSP) im Bereich der apikalen Dendriten geprägt. Das Hirn leitet sehr schlecht, daher kommt es zu einem zu großen Spannungsabfall. Es ist allerdings schwer, eine Stelle an der Schädeldecke zu finden, an der man die Potentialdifferenzen gut messen kann. Eine Ursache dafür ist der Spannungsabfalls durch die gute Leitfähigkeit des Liquors (Flüssigkeit), das zwischen dem Cortex und der Schädeldecke liegt, weshalb es zu einer Art Kurzschlussbildung innerhalb des Liquors kommt, wenn die verschiedenen Ströme dort zusammenfließen. Daher treten an manchen Stellen kaum Potentialschwankungen bis an die Schädeloberfläche.  Die die beiden Größen, die zur Beschreibung einer EEG −Kurve am besten dienen können, sind die Amplituden und die Frequenz. Eine weitere Charakteristik von EEG −Kurven, die Wellenform, hängt direkt mit diesen beiden zusammen, lässt sich jedoch nicht in so einfacher Weise zahlenmäßig beschreiben.

Bei der Ableitung werden Elektroden unterschiedlicher Form und Bauart benutzt. Am meisten verwendet werden mit Silberlegierungen überzogene Pilz-Elektroden (pilzförmig), die durch Gummibänder fixiert werden. Es gibt auch Klebeelektroden, die bei Ableitungen abgewandt werden, wenn ein besonders fester sitz der Elektroden von Nöten ist, und Nadelelektroden, die bei Bewusstlosen zum Einsatz kommen.   

Der Elektrodenkopf wird mit Leinen bezogen  und mit Kochsalzlösung behandelt, sodass keine störenden Polarisationsströme entstehen können. Der Widerstand zwischen Kopfhaut und Elektrode muss beim Ableiten möglichst gering sein. Daher sollte man die Kopfhaut waschen, mit Aceton abreiben (Lösungsmittel für Fette) und mit einer Leitpaste einreiben. Dadurch wird der Widerstand zwischen Elektrode und Schädeldecke auf 5 KW reduziert. Da diese Behandlung aber im Normalfall zu viel Zeit in Anspruch nimmt, wird nur die Kopfhaut gereinigt und die Elektroden mit Kochsalzlösung behandelt. Dadurch sinkt der  Widerstand immerhin auch auf 30-40 KW. Auf diese Weise wird die Qualität der Ableitung jedoch kaum beeinträchtigt aufgrund der hohen Eingangswiderstände der Verstärker (2000-5000 KW). Weil es sich bei der Schaltung um eine Reihenschaltung handelt, liegt an der Stelle mit dem größten Widerstand (Verstärkereingang) die höchste Spannung vor.  Die Widerstände 2er an einen Kanal angeschlossenen Elektroden müssen gleich groß sein (sonst entstehen Wechselströme). Es darf keine direkte Leitung zwischen den beiden Elektroden vorhanden sein (durch Leitungspaste oder Kochsalzlösung), denn dadurch könnte eine Minderung des Potentialgefälles zwischen zwei Punkten vorgetäuscht werden. Bei den gemessenen Kurven handelt es sich nur um geringe Potentialschwankungen von 10-100 μV. Deswegen sind die Geräte sehr störanfällig für Potentialschwankungen, die von außen kommen, so genannte Artefakte. Der Arzt muss also in der Lage sein, diese zu auf dem Papier zu erkennen. Um Artefakte zu verringern gibt es auch spezielle Filter am Gerät selbst. Hochfrequenzfilter filtern in der Regel Signale mit höheren Frequenzen als 70 Hertz, und niedrigere Frequenzen als 0.53 Hertz aus dem Kurvenbild heraus um Artefakte zu vermindern.

Arten von Artefakten:

• Elektrodenartefakte: durch Wackeln der Ableitekabel oder schlechter Sitz der Elektroden
• Bewegungsartefakte: durch Bewegungen des Kopfes
• Biologische Artefakte: Potentiale, die von anderen Körperteilen ausgehen ( Augenlid, Muskeln, Gefäße, Kau und Schluckbewegungen)
• Elektrostatische Artefakte: durch statische Aufladung (z.b. bei Gummisohlen des Patienten)
• Instrumentelle Artefakte: Störungen im Gerät selbst

Schaltschemata

Es werden 2 verschiedene Schaltschemata angewandt:
– unipolare Ableitung: Spannungsdifferenz zwischen Ableitepunkten und einer gemeinsamen Referenzelektrode wird gemessen (alle Elektroden sind über große Widerstände zu einem Punkt verbunden -> Wilsonelektrode)
Referenzelektroden können an Ohrläppchen, Nasenwurzel oder am Kinn angebracht werden
Vorteil: Elektrodenabstände weniger kritisch , besser zum Vermessen von Potentialfeldern
– bipolare Ableitung: Spannungsdifferenzen zwischen benachbarten Elektroden werden gemessen. -> Verkoppelung in Serienschaltung: jede Elektrode kommt jeweils mit dem umgekehrten Vorzeichen auf zwei benachbarte Kanäle.
Vorteil: kaum Artefakte, gut geeignet zum Auffinden eines Herdes.

Die Elektroden werden mit Kochsalzlösung befeuchtet und an bestimmte Punkte der Haut des Hirnschädels angebracht, damit die elektrische Aktivität des Gehirns aufgezeichnet werden kann. Über einen Verstärker werden die Amplituden der schwachen Signale (mV) bis zu 1000x verstärkt und an eine Galvanometer weitergegeben, das die Auslenkungen auf Papier schreibt.  Die hirnelektrische Aktivität an der Schädeloberfläche bewegt sich zwischen 1 und 100 µV. Es ist damit etwa 1000 − 10 mal niedriger als beispielsweise das EKG − Signal. Jede Elektrode bildet ein Kanal. Da meist viele Elektroden verwendet werden spricht man von Multikanal-EEG. Seit den Zeiten Bergers, (dem es 1924 erstmals gelang ein EEG von der Menschlichen Schädeloberfläche abzuleiten), weiß man, daß sich die Frequenz und Amplitude der Signale je nach Zustand Schlaf, Wachzustand, Träumen usw. ändert und besondere geistige Tätigkeiten die Signalform in den verschiedenen Hirnbereichen ebenfalls ändern. Die Untersuchung dauert 15- 30 min. Wenn trotz wiederholter Ableitung eines Routine-EEG und EEG nach Schlafentzug bei einem Epilepsiepatienten kein wegweisender Befund vorliegt, wird häufig die Langzeitableitung oft in Kombination mit einer Videoüberwachung in der Klinik angewandt.

Nebenwirkungen? Was kommt auf den Patienten zu?

Abgesehen davon, daß die Haare etwas durcheinander gebracht werden, hat sie keine Nebenwirkungen. Es wird nur der in Ihrem Gehirn erzeugte Strom registriert, wie bei einem EKG.  Kein Strom an Ihren Körper herangebracht. Haarspray oder Gel sollte am Untersuchungstag nicht verwendet werden, die Haare sollten gewaschen sein, der Friseurbesuch sollte lieber auf die Zeit nach der Ableitung verschoben werden, da bei der Untersuchung die Haarfrisur durcheinander gebracht wird.  Die Probanden müssen die Augen geschlossen halten und nur auf Aufforderung öffnen und wieder schließen.  (Auge-auf- /Auge-zu-Bewegung ist im EEG wahrnehmbar, bei geöffneten Augen wird die zu beurteilende Grundaktiviät blockiert ),  der Proband muss entspannt sein, darf aber nicht einschlafen, auch bei innerer Anspannung  wird die zu beurteilende Grundaktiviät blockiert,  notwendige Schluckbewegungen, Husten etc. müssen schnell erfolgen, da sie durch Artefakte das Kurvenbild nicht beurteilbar machen. 

Was sieht der Arzt in der EEG- Kurve

Das so gewonnene Kurvenbild, Elektroenzephalogramm oder kurz EEG genannt, zeigt beim Erwachsenen im Normalfall die so genannte Alphawelle, die im entspannten Wachzustand auftritt. Die Thetawelle oder „Zwischenwelle“ ist in der Regel bei Kindern zu sehen (diese Wellen sind nach dem ersten bzw. achten Buchstaben des griechischen Alphabets je nach ihrer Herzzahl (pro sek) benannt). Am wichtigsten ist der Einsatz der Elektroenzephalographie in der Medizin zur Diagnose von Epilepsien. Die Untersuchung kann aber auch Hinweise auf einen Hirntumor oder eine AV- Gefäßmißbildung.geben. Psychopharmaka verändern das Kurvenbild. Alle Arten von Bewusstseinstörungen sind eine Indikation für ein EEG, auch bei manchen Stoffwechselstörungen kann es wichtige Hinweise auf eine Gehirnbeteiligung geben. Anhand der EEG-Kurven ist zu erkennen, welche Hirnbereiche geschädigt sind. Oder wie gut die entspechende Therapie anschlägt. 

Bei der Diagnose einer Epilepsie ist das entscheidend, hier gelingt mit dem EEG oft die Anfallsklassifikation außerdem können bei durch bildgebende Verfahren identifizierten Läsion (wie Narben, Durchblutungsstörungen oder Tumoren nachgewiesen werden ob diese auslösend für eine Anfall sind. Beim pathologischen EEG werden Allgemeinveränderungen, Herdbefunde und paroxysmale (anfallsartige Veränderungen unterschieden  Allgemeinveränderungen betreffen den Gesamtablauf der EEG-Kurve. Herdbefunde sind Veränderungen, die umschriebene Stellen wie bestimmte Areale oder eine Hemisphäre betreffen. Paroxysmale Veränderungen sind Störungen, die den Kurvenverlauf plötzlich unterbrechen, wie z.B. bei einem epileptischen Anfall. Von den typischen Wellenformen (alpha, beta, theta, und delta) können epilepsiespezifische
Wellenformen durch die typische Form unterschieden werden. EEG- Veränderungen findet man aber auch bei bestimmten Stoffwechselerkrankungen, zum Beispiel machen schwere Leber oder Nierenschädigungen typische EEG-Veränderungen, die ein Hinweis auf eine drohende Einschränkung der Hirnfunktion durch die Erkrankung sind. Auch bestimmte Medikamente machen typische EEG- Veränderungen. 

EEG, Bewusstseinszustand und Schlaf

Studien von EEG-Kurven haben zur Erforschung des Schlafes beigetragen, wobei sich vier verschiedene Schlafphasen unterscheiden ließen. In der Neuropsychologie wird das EEG im wesentlichen eingesetzt, um Aufschluß über zerebrale Aktivierungsvorgänge zu gewinnen. Es werden z.B. mit Hilfe des EEG‘s Aufmerksamkeitsprozesse oder Bewußtseinszustände untersucht und klassifiziert sowie Verarbeitungsmechanismen für externe und interne Reize erforscht.  Man hat außerdem Hirnströme analysiert, die durch Sinnesreize wie Lichtblitze oder Geräusche ausgelöst werden, um festzustellen, welche Hirnbereiche bestimmten Funktionen zuzuordnen sind. Eine flache EEG-Kurve = Nulllinie (ohne Entstehen einer Welle) bei Patienten, die im Koma liegen, wird als Zeichen fehlender Hirnfunktion interpretiert und gilt als Hinweis für den Eintritt des Todes. Insbesondere bei der Hirntoddiagnostik vor Transplantationen kommt dem EEG eine große Bedeutung zu.  In Kombination mit anderen radiologischen Verfahren und computergestützter Analyse gewinnt es zunehmend eine Bedeutung in der Forschung bei der Hinfunktionsdiagnostik auch bei psychiatrischen Erkankungen.

EEG vs. CT und MRT

Im Gegensatz zum Computertomogramm oder zur Kerspintomographie zeigt das EEG die Funktion des Gehirns zum Zeitpunkt der Ableitung,  während die beiden anderen Methoden ein Bild der Hirnsubstanz zeigen (wobei inzwischen auch in der MRT bestimmte funktionelle Untersuchungen möglich sind). So ist zum Beispiel bei einer Epilepsie oder einer schweren Leberfunktionsstörung das Computertomogramm oder die Kerspintomographie des Gehirns meistens normal, während das EEG die Funktionstörung anzeigt. Umgekehrt können manchmal bei Hirntumoren oder Multipleskleroseherden, wenn sie die Hirnrindenfunktion nicht beeinträchtigen, die EEG-Kurven normal sein, während das Computertomogramm oder die Kerspintomographie die Schädigung zeigen. Die Methoden ergänzen sich also. Je nach Fragestellung, wird man eine oder mehrere dieser Untersuchungen einsetzen.

Auswertung des EEGs

• Beschreibung des Kurvenverlaufes
• Beurteilung (handelt es sich um ein normales EEG, Auffälligkeiten)
• Interpretation (im Hinblick auf die klinische Fragestellung)Ohne Kenntnis der Krankengeschichte des Patienten, ist ein EEG nur bedingt beurteilbar. 

Elektroenzephalogramm
Wellen- Bezeichnung	Frequenz pro Sek.	Amplitude in µV	Wach-EEG, Erwachsene	Wach-EEG Kinder	im Schlaf-EEG
Beta-Wellen	14-30	5-50	gruppenweise frontal u.präzentral auftretend, als Normvariante oder auch durch Medikamenteneinnahme	selten auftretend	alle Altersstufen Beta-Aktivität(»Spindeln«) Kriterium des leichten Schlafes
Alpha-Wellen	8-13	20-120	Dominierende  (häufigste) Aktivität	Dominierende Aktivität ab 5. Lj	kein Kriterium des Schlafes
Theta-Wellen	4-7	20-100	Konstant fast nicht auftretend- einzelne Gruppen aber häufig unterscheidliche Bedeutung.	Dominierende Aktivität vom 18. Mon. bis 5. Lj	Normales Kriterium des Schlafes
Delta-Wellen	0,5-3	5-250	Nicht auftretend, oft Hinweis auf eine schwere Schädigung.	Dominierende Aktivität bis 18. Mon	Begleiterscheinung des Tiefschlafs
Gamma Wellen	31-60	-10	Gesetzmäßigkeiten von Auftreten u. Lokalisation nicht näher bekannt

Es gibt verschiedene Normvarianten,  Beta-EEG, Alpha-Varianten, 4/s-Grundrhythmusvarianten und Niederspannungs-EEGs, dabei muss keine Alpha-Aktivität vorhanden sein,  EEGs ohne jegliche rhythmische Alpha-Aktivität sind dabei selten, häufiger sind EEGs, die einen passageren Alpha-Rhythmus als Lidschlussreaktion oder einen Alpha-Rhythmus unter Hyperventilation zeigen. Ursache kann hier eine Verminderung der Vigilanz sein.  Alkoholgenuss führt dosisabhängig zu Vigilanzminderung mit den damit verbundenen typischen EEG-Veränderungen: bei 0,3 bis 0,5 Promille kommt es zu verstärkter Synchronisation im Sinne einer Dynamischen Rigidität, bei 0,5 bis 1 Promille zu einer Verlangsamung der Grundaktivität und im Vollrausch zu einer diffusen Dysrhythmie. Bei etwa einem Drittel der Alkoholkranken ist ein Niederspannungs-EEG mit spärlicher Alpha-Einstreuung zu beobachten, das im Allgemeinen im Sinne einer konstitutionsgebundenen Anomalie (trait) interpretiert wird. In der Entgiftungsphase ist jedoch häufig eine Zunahme der Alpha-Aktivität, insbesondere posterior, zu beobachten. Unter zahlreichen Psychopharmaka (z. B. Neuroleptika, Benzodiazepine, Barbiturate, etc.) und Antikonvulsiva kann es zu Verlangsamung und/oder Minderausprägung der Alphaaktivität kommen. Beta-Wellen werden häufig von  Benzodiazepinen ausgelöst, diese werden dann im Gegensatz zur Normvariante nicht blockiert. Unter Carbamazepin kommt es zu einer Alpha-Abnahme und Theta-Zunahme. Frost et al. (1995) fanden unter Carbamazepin eine durchschnittliche Verlangsamung um 0,5 Hz. Eine darüberhinaus gehende Verlangsamung zeigte einen Zusammenhang mit ungünstiger kognitiver Entwicklung. Einige Antidepressiva zeigen im EEG ein ’thymoleptisches’ (Imipramin- oder Amitryptilin-ähnliches) Profil mit einer Abnahme der Alpha-Ausprägung als Ausdruck einer sedativen Wirkung. Kokain-User zeigen auch nach Abstinenz persistierend vermehrt Alpha- und vermindert Delta-Aktivität, vor allem über anterioren Arealen  Schulkinder, die in utero Kokain exponiert waren, sollen dasselbe EEG-Muster haben. Unter Morphinen kommt es (zumindest bei Polytoxikomanen) zu vermehrter Alpha- und Theta-Tätigkeit, jedoch verminderter Delta-Aktivität.  Einige Antidepressiva zeigen im EEG ein ’thymeretisches’ (Desipramin-ähnliches) Profil mit einer Zunahme der Alpha-Ausprägung. ( Nach EEG und psychischer Befund Ingo Spitczok von Brisinski)

In Spezialkliniken gibt es auch EEG- Ableitungen unmittelbar von der Hirnoberfläche 

In Spezialkliniken wird manchmal das EEG unmittelbar von der Hirnoberfläche abgeleitet. Dies geschieht insbesondere vor Epilepsiechirurgischen Eingriffen, dann wenn man mit Hilfe der nichtinvasiven Diagnostik keine eindeutigen Hinweise auf den Ort des  Anfallsursprungs erhalten konnte. Eingesetzt werden subdurale Streifenelektroden, subdurale Platten- oder Gridelektroden und intracerebrale Tiefenelektroden. Dabei werden Platten mit 4 bis 64 Kontakten eingesetzt. Mit Tiefenelektroden können tiefer gelegene Hirnstrukturen erfasst werden.