PBUPS II koło

Ćwiczenia 7.04

Sygnały neuronalne mózgowe

*Elektrokortykogram.
*Elektroencefalogram – wykrywanie i rejestrowanie spontanicznej aktywności elektrycznej mózgu oraz rodzaje fal sinusoidalnych.
*Wywołane potencjały mózgowe.
*Sygnały somatosensoryczne.
*Ujemna fala oczekiwania

EEG

elektroencefalogram (Electroencephalogram – EEG), wielokanałowy (8 do 64) zapis spontanicznej czynności elektrycznej mózgu

Elektroencefalografia (EEG) − nieinwazyjna metoda diagnostyczna służąca do badania bioelektrycznej czynności mózgu za pomocą elektroencefalografu. Badanie polega na odpowiednim rozmieszczeniu na powierzchni skóry czaszki elektrod. które rejestrują zmiany potencjału elektrycznego na powierzchni skóry, pochodzące od aktywności neuronów kory mózgowej i po odpowiednim ich wzmocnieniu tworzą z nich zapis - elektroencefalogram. Jeśli elektrody umieści się bezpośrednio na korze mózgu (np. podczas operacji) badanie nosi nazwę elektrokortykografii (ECoG).

Badanie elektroencefalograficzne (w skrócie EEG) polega na rejestracji czynnościowych prądów mózgu człowieka, które charakteryzują się niewielkim napięciem (od kilku do kilkuset mikrowoltów).

Częstotliwość tych prądów waha się od 0,5 Hz do 50 Hz. Do rejestracji tych niewielkich potencjałów służą aparaty encefalograficzne.

Badanie EEG rozpoczyna się od umieszczenia na głowie pacjenta 20 elektrod pomiarowych. Podczas operacji można je umieścić bezpośrednio na powierzchni kory mózgowej lub nawet wprowadzić w głąb mózgu.

W standardowym badaniu umieszcza się 19 elektrod należących do systemu 10-20, zalecanego przez Międzynarodową Federację Neurofizjologii Klinicznej IFCN:osiem elektrod nad każdą półkulą, trzy elektrody w linii pośrodkowej

Są one oznaczane:

-siedem elektrod nad korą płatów czołowych: F_p1, F_p2, F₃, F₄, F₇, F₈, F_z
-trzy elektrody na granicy płatów ciemieniowych i czołowych: C₃, C₄, C_z
-trzy elektrody nad płatami ciemieniowymi: P₃, P₄, P_z
-cztery elektrody nad płatami skroniowymi: T₃, T₄, T₅, T₆
-dwie elektrody nad płatami potylicznymi: O₁, O₂
-Oraz dwie elektrody referencyjne przymocowane do płatka ucha A₁, A₂

Do uzyskania rzetelnego wyniku badania konieczna jest długa trwająca od 20 do 30 minut rejestracja.

Zdarza się, że zapis spoczynkowy nie ujawnia żadnych nieprawidłowości, natomiast odchylenia od normy pojawiają się dopiero wtedy, gdy zastosuje się tzw. metody aktywacji, na przykład kilkuminutową hiperwentylację, czyli szybkie i głębokie oddechy, lub powtarzające się bodźce świetlne.

Pomocny bywa również zapis wykonany podczas snu.

Metoda ta jest bardzo przydatna, między innymi przy wykrywaniu padaczki, guzów nowotworowych, krwiaków, urazów i obszarów niedotlenienia mózgu, zatruciach substancjami neurotoksycznymi (np. litem - charakterystyczne zespoły fal trójfazowych).

Jest też nieodzowna, gdy trzeba stwierdzić śmierć mózgową, równoznaczną ze zgonem człowieka.

Zdarza się bowiem, że wszystkie narządy wewnętrzne działają jeszcze sprawnie, a tylko płaski zapis EEG świadczy, że człowiek przekroczył granicę między życiem i śmiercią.

EEG – rodzaje fal

Fale delta (δ) mają częstotliwość do 4 Hz. Obserwowane są głównie w 3. i 4. stadium snu (stadium NREM).

Fale theta (θ) mają częstotliwość od 4 do 8 Hz. Aktywność theta może być zaobserwowana podczas stanów hipnotycznych takich jak hipnoza, lekki sen. Związane są z 1. i 2. stadium snu NREM. Odmienny rodzaj fal theta jest związany z aktywnością poznawczą ─ w szczególności uwagą a także procesami pamięciowymi (tzw. rytm FMθ - frontal midline theta). Jest on obserwowany głównie w przyśrodkowej części przedniej części mózgu.

Fale alfa (α) mają częstotliwość od 8 do 13 Hz. Ich amplituda wynosi około 30-100 µV.

Fale alpha są dobrze widoczne przy braku bodźców wzrokowych (w warunkach zamkniętych oczu u osoby badanej). Ich stłumienie następuje podczas percepcji wzrokowej. Fale alfa związane są również ze stanem relaksu i obniżonym poziomem aktywności poznawczej.

Fale beta (β) mają częstotliwość od 13 do około 30 Hz, mają amplitudę poniżej 30 µV. Obrazują one zaangażowanie kory mózgowej w aktywność poznawczą. Fale beta o małej amplitudzie występują podczas koncentracji uwagi. Dodatkowo, mogą być wywołane przez różne patologie oraz niektóre substancje chemiczne.

Fale gamma (γ) występują w zakresie częstotliwości około 26–100 Hz.

Przy przejściu ze stanu bezsenności (czuwania) przez stadium 1 (drzemka), 2 (lekki sen), do stadium 3 i 4 (głęboki sen) zanika aktywność alfa i częstotliwość zapisu obniża się.

W stadium II występuje aktywność theta oraz zespoły K i wrzeciona snu.

W stadium 3 i 4 występują fale delta o niskich częstotliwościach. Po okresie głębokiego snu zapis może przejść do stadium REM, w którym występują sny.

Taki cykl powtarza się wielokrotnie podczas całego snu, zmienia się jednak czas trwania poszczególnych stadiów.

Fale EEG (zapis 1sek EEG, Fale - alfa, beta, gamma)

Fale EEG (fale – delta i teta)

Fazy snu

Prześledźmy więc teraz wszystko, co dzieje się podczas snu.
Zamykamy oczy. Aktywność mózgu spada, umysł uspokaja się, rytm Beta stopniowo zanika, ustępując miejsca rytmowi Alfa. Ta faza jest czasami nazywana fazą 0, choć nie jest to jeszcze sen. Zaczynamy dopiero zasypiać. Wielu ludziom towarzyszy wtedy uczucie opadania, kołysania, czy wznoszenia się. Ten stan może trwać od 10 do 15 minut.

Fale mózgowe zwalniają jeszcze bardziej, zbliżając się do zakresu Theta. W naszym umyśle zaczynają się pojawiać nielogiczne i oderwane od siebie obrazy i skojarzenia, tracimy kontakt z rzeczywistością. Mięśnie rozluźniają się, oczy ustawiają się lekko w górę, świadomość zawęża się do niewielkiego poziomu. Rozpoczyna się faza 1. Osoba obudzona z tego stadium stwierdzi, że wcale nie spała.

Fazę 2 cechuje jeszcze większe obniżenie częstotliwości fal mózgowych. W przebiegu Theta pojawiają się od czasu do czasu tzw. wrzeciona snu, czyli gwałtowne wstawki szybkich fal, 12 do 14 Hertzów, oraz tzw. kompleksy K, czyli spore pojedyncze impulsy fali wolnej, a zaraz po nich wrzeciona. Przypuszczalnie człowiek spostrzega w tym momencie, że jego świadomość zanika i gwałtownie "rozbudza" się na moment. Możliwe, że w ten sposób mózg sprawdza, czy już śpi. W fazie 2 następuje stopniowe wyłączanie świadomości.

W fazie 3 zanikają fale Theta, a zaczynają dominować fale Delta, i tak już pozostaje przez cały okres fazy 4.

Obie te fazy zwane są snem wolnofalowym. Oddech staje się regularny i rzadszy, spada ciśnienie tętnicze, ustają ruchy gałek ocznych, napięcie mięśni zanika, spada temperatura ciała. Do krwi uwalniany jest hormon wzrostu, a więc przyspieszone jest również gojenie się ran. Organizm regeneruje się.

Sen wolnofalowy dominuje przez pierwszą część nocy i może trwać nawet do godziny. Później stopniowo zmniejsza się jego długość. W tym stanie trudno jest obudzić śpiącego, a jeśli się już uda, będzie on rozkojarzony, senny. Rano z pewnością nie będzie pamiętać, że się go budziło.

Po około 70 minutach pierwszego cyklu snu fale mózgowe zaczynają przyspieszać. Mózg przechodzi kolejno przez stadia od 4 do 1, czyli w odwrotnej kolejności niż przy zasypianiu. Po 90 minutach zaczynają się dziać dziwne rzeczy. Przyspiesza się oddech i bicie serca, a gałki oczne zaczynają się gwałtownie poruszać we wszystkie strony.

Rozpoczyna się faza REM. Na polisomnogramie [zapis EEG, ruchów gałek ocznych, oddechów i napięcia mięśni] wygląda to tak, jakby osoba właśnie się obudziła.

Wiele razy badacze snu się na tym nacinali, dlatego to stadium jest też nazywane snem paradoksalnym.

Faza REM jest specjalnym stadium snu. To właśnie w tym stadium pojawiają się marzenia senne. Śnimy wtedy żywe i kolorowe sny.

Umysł jest skierowany na odbieranie świata wewnętrznego, wirtualnego.

Bodźce z zewnątrz co prawda dochodzą, lecz są zazwyczaj ignorowane. Jeśli teraz ktoś nas obudzi, na pewno będziemy pamiętali jakiś sen. Szybkie ruchy gałek ocznych biorą się stąd, że w tym czasie oglądamy nimi senną rzeczywistość.

Podczas fazy REM mięśnie szkieletowe są całkowicie sparaliżowane, żeby nasze ciało na łóżku nie odgrywało ruchów wirtualnego ciała ze snu. Nazywa się to paraliżem sennym.

Czasami zdarza się, że ktoś się obudzi w tej fazie, ale mięśnie jeszcze przez chwilę są wyłączone. Nie da się wtedy nimi poruszyć.

Fazy snu powtarzają się cyklicznie w ciągu nocy z bardzo dużą dokładnością. Okres jednego cyklu wynosi 90 minut, po czym następuje faza REM.

Jak widać, w pierwszych cyklach przeważają fale Delta [kolor czerwony]. W tym czasie organizm się regeneruje i odpoczywa. Jeśli więc nie spałeś długo, np. więcej niż dobę, to po zaśnięciu rozpocznie się sen wyrównawczy, w którym fazy 3 i 4 wyprą fazę REM i nic ci się nie będzie śniło.

Faza REM zaczyna się równo co 90 minut. Jeśli ustawi się budzik, by dzwonił co półtorej godziny, prawdopodobnie usłyszy się budzik we śnie i obudzi się z fazy REM. Pierwsza faza REM trwa około 10 minut. Kolejna jest dłuższa, trwa około 20 minut. Nad ranem sen się spłyca, a fazy 3 i 4 już praktycznie nie występują, dlatego kolejne fazy mogą się przeciągać od 30 nawet do 50 minut.

Potencjały kory mózgowej

Elektrokortykogram, w skrócie ang. ECoG — zapis czynności elektrycznej mózgu, przy pomocy elektrod umieszczonych bezpośrednio na korze mózgowej.

Lokalne potencjały polowe, w skrócie ang. LFP (local field potential)- zapis czynności elektrycznej mózgu, przy pomocy elektrod implantowanych bezpośrednio do kory mózgowej.

Magnetoencefalogram, w skrócie ang. MEG — zapis elektrycznej czynności mózgu, ale za pomocą rejestracji pola magnetycznego wytworzonego przez ten narząd.

Elektroneurografia

Elektroneurografia (ang. nerve conduction study – NCS) jest badaniem dodatkowym stosowanym często w neurologii w celu oceny nerwów obwodowych, a w szczególności ich właściwości elektrycznych: przewodnictwa impulsów wędrujących wzdłuż włókien czuciowych, ruchowych lub mieszanych.

ENG - (Electroneurogram – ENG), zapis sygnałów elektrycznych transmitowanych w nerwach obwodowych.

Pozwala na zlokalizowanie, wyznaczenie wielkości, różnicowanie charakteru zmian (aksonalne, demienilizacyjne) oraz określenie dynamiki procesu chorobowego w badanym nerwie.

Metoda oznaczania prędkości przewodzenia włókien czuciowych .

Ponieważ włókna czuciowe przewodzą bodźce z obwodu dośrodkowo podstawowa różnica (w porównaniu z włóknami ruchowymi) polega na rozmieszczeniu elektrod.

Elektrody umieszcza się wzdłuż przebiegu nerwu, stymulującą generującą impulsy prostokątne (1-4 Hz; 0,1-0,3 ms) w najbardziej dystalnym jego odcinku (powierzchniowe lub obrączkowe na palec), elektrody odbiorcze w wyznaczonych miejscach ksobnie (powierzchniowe lub igłowe), natomiast elektrodę uziemiająca pomiędzy nimi.

Ze względu na niską amplitudę wywołanej odpowiedzi czuciowej (od kilku do kilkunastu uV) niezbędne staje się stosowanie dużych wzmocnień (np. 10 uV/cm), co jednocześnie pociąga za sobą możliwość powstania wielu artefaktów, eliminowanych dzięki zastosowaniu min. odpowiednich filtrów czy sumowania i uśredniania kilkudziesięciu odpowiedzi (20-30).

Analogicznie jak w badaniu przewodnictwa ruchowego na wynik badania składa się: amplituda, latencja (obliczana od momentu zadziałania bodźca do maksymalnego wychylenia ujemnej składowej odpowiedzi), czas trwania potencjału i wyznaczona prędkość przewodzenia.

Odruch mrugania

Odruch mrugania (ang. blink reflex) – odruch wywoływany w badaniu elektroneurograficznym poprzez podrażnienie bodźcem elektrycznym I gałęzi nerwu trójdzielnego. Odpowiedzią na bodziec jest ruch mięśni okrężnych oczu. Ramieniem doprowadzającym łuku odruchowego jest nerw oczny, natomiast odprowadzającym – włókna ruchowe nerwu twarzowego. Ośrodek jest zlokalizowany w pniu mózgu.

Badanie odruchu ma znaczenie diagnostyczne w uszkodzeniach nerwu trójdzielnego, twarzowego lub pnia mózgu.

Natężenie prądu	Skutki biologiczne
0-0,5 mA	Prąd niewyczuwalny
~1 mA	Odczuwane przez dorosłego człowieka w postaci ciepła, łaskotania, swędzenia (prąd stały) lub „kłucia/mrowienia” (prąd zmienny).
1-3,5 mA	Znaczna reakcja mięśni, uczucie bólu
3,5-15 mA	Porażenie mięśniowe, niemożność wypuszczenia przewodnika powodującego porażenie.
15-25 mA	Skurcz mięśni klatki piersiowej, wzrost ciśnienia krwi. Nie powoduje groźnych następstw przy czasie przepływu nie dłuższym niż kilkanaście sekund. Przy dłuższych czasach porażenia zanik oddychania.
25-50 mA	Zaburzenie rytmu pracy serca. Bardzo silne mięśni klatki piersiowej i rąk.
50-70 mA	Kilkusekundowe oddziaływanie powoduje migotanie komór i gwałtowne, nieskoordynowane skurcze mięśnia sercowego. Przy dłuższym czasie oddziaływania prądu śmierć w wyniku uduszenia.
> 70 mA	przy dłuższym działaniu prądu zwykle śmierć