Điện não đồ

Bản ghi đầu tiên về điện trường của bộ não người được tạo ra bởi bác sĩ tâm thần người Đức Hans Berger vào năm 1924 ở Jena . Ông đặt tên cho bản ghi này là điện não đồ (EEG) ( Berger,1929 ) (Từ năm 1929 đến năm 1938 , ông công bố 20 bài báo nghiên cứu khoa hoc về EEG dưới cùng 1 tưa đề " Những thông tin về điện não đồ "

• Hoạt động tự nhiên
• Các điện thế gợi
• Các tín hiệu điện sinh học tạo ra bởi các tế bào thần kinh riêng lẻ

Hoạt động tự nhiên được đo trên da đầu hoặc trên não và được gọi là điện não đồ . Biên độ của điên não đồ vào khoảng 100 μV khi đo trên da và khoang 1-2 V khi đo trên bề mặt của não bộ .Các băng thông của tín hiện này từ dưới 1 Hz đến khoảng 50 Hz được thể hiện như trong hình 13.1 . Giống như ý nghĩa của cụm từ " hoạt động tự nhiên " , hoạt động này diễn ra liên tục trong quá trình sống. Các điện thế gợi là thành phần điện thế của EEG , phát sinh ra các phản ứng với các tác nhân kích thích ( đó có thể là điện , âm thanh , hình ảnh ) ,những tín hiệu này thấp hơn các tín hiệu nhiễu,do đó không thể phân biệt được và bắt buộc phải sử dụng một chuỗi các tác nhân kích thích và tín hiệu trung bình để cải thiện tỉ lệ tín hiệu - nhiễu. Hoạt động sinh lý học của tế bào thần kinh đơn lẻ có thể được xem xét thông qua việc sử dụng vi điện cực xuyên qua các tế bào cần quan tâm .Thông qua việc nghiên cứu từng tế bào đơn lẻ, hi vọng xây dựng mô hình mạng lưới tế bào phản ánh thực tế tính chất của mô.

Điều kiện đầu tiên

Nguồn: Phân bố của các tế bào nguồn dòng có tác dụng

Dây dẫn :hạn chế, không đồng nhất

Số lượng dây thần kinh trong não ước lượng vào khoảng 10^11 loại khác nhau. Các tế bào thần kinh vỏ não được liên kết mạnh nhất. Tại đây 1 tế bào thần kinh có thể được che phủ bởi 1000 đến 100000 khớp thần kinh (Nenez, 1981).Đáp ứng điện của tế bào thần kinh tương ứng với những mô tả của các tế bào có thể bị kích thích đã nêu ở các chương trước. Các điện áp nghỉ trong khoảng xấp xỉ -70 mV, và điện áp đỉnh mang điện tích dương. Biên độ của các xung thần kinh vào khoảng 100 mV và kéo dài 1ms.

Mật độ dòng điện điện sinh học đặt vào kết hợp với hoạt động của tế bào thần kinh tạo ra điện trường, có thể đo được trên bề mặt của đầu hoặc trực tiếp trên các tế bào thần kinh. Điện trường được mô tả trên phương trình 7.0 mô hình giới hạn không đồng nhất. Mô hình đó được thể hiện như sau:

Trong khi hầu hết mô có khả năng kích thích thì về cơ bản ,mật độ dòng đặt vào là truyền điện thế hoạt động, đối với EEG nó phát sinh quá trình truyền các kích thích hoá học tới phần sau khớp thần kinh của các tế bào thần kinh vỏ não. Quá trình này gây ra hiện tượng khử cực - điều này có nghĩa là kích thích điện thế sau khớp thần kinh (EPSP) hay trạng thái quá phân cực - đó là sự ức chế điện thế sau khớp thần kinh (IPSP) .Kết quả của cả 2 trường hợp là sự tạo thành không gian được phân bố không liên tục trong chức năng σΦ (ví dụ, σoΦo - σiΦi) ,trong đó như được nêu ra trong phương trình 8.28 , được đánh giá như nguồn 2 lớp trong thành của tất cả các tế bào. HIện tượng này sẽ trở về không khi tế bào trong trạng thái nghỉ ngơi , tuy nhiên khi tế bào hoạt động với bất kỳ quá trình nào đã kể ở trên ( trong đó có trường hợp Φo - Φi = VM khác nhau tại tế bào trên bề mặt), 1 mã nguồn chính khác 0 sẽ cho kết quả.

Đối với các điểm ở xa, lớp kép có thể được tính theo phương pháp vectơ và nó đem lai thông tin về vectơ lưỡng cực cho mỗi tế bào hoạt động. Mô tư nhiên được cấu tạo từ số lượng lớn các tế bào nhỏ với mật độ dày đặc, vấn đề thảo luận trong ứng dụng phần 8.5 dẫn đến việc xác định sự phân phối nguồn i xuất hiên trong phương trình 7.6 và 7.10.

Mặc dù những đánh giá về đặc tính cơ bản cua EEG có thể được xác định trong các đánh giá về phương trình 7.10 ,nhưng cấu trúc phức tạp của não bộ và hoạt động điện sinh học của nó vượt xa so với những đánh giá về hàm nguồn . Do vậy, các nghiên cứu về EEG rất khác so với ECG hoặc EMG ,là những lĩnh vực có thể đánh giá được hàm nguồn. Trong những điều kiện này. chất lượng EEG chủ yếu dựa trên thống kê điều trị, tại đó việc điệu trị liên quan đến EEG chủ yếu dựa trên số lượng lớn kinh nghiệm.

Theo tiêu chuẩn quốc tế 10-20 hệ thống thường được sử dụng để ghi lại tín hiệu sinh học EEG. Trong hệ thống này,21 điên cực được trên bề mặt của da đầu được biểu diễn trên hình 13.2A và B. Các vị trí được xác định như sau: điêm tham chiếu liên quan đến mũi, là điểm ở hốc mũi ,ở giữa 2 mắt ; mẩu ngoài xương chẩm, phần xương lồi lên nằm trên hộp sọ, trên đường thẳng chính giữa phía sau gáy. Từ những điểm này, chu vi hôp sọ được xác định thông qua mặt phẳng nằm ngang và phần nằm ở giữa. Vị trí của các điện cực được xác định bằng cách chia mặt phẳng này cho 10% hoặc 20% .Ba điện cực khác được bố trí cách đều các điện cực lân cận như trên hình 13.2 ( Jasper, 1958; Cooper, Osselton, and Shaw, 1969)

Thêm vào với 21 điên cực của hệ thống quốc tế 10-20, trung bình 10% vị trí các điện cực được sử dụng. Vị trí và tên gọi của các điện cực được định chuẩn bởi tổ chức ghi điện não Hoa Kỳ (Sharbrough et al., 1991; see Figure 13.2C).Trong khuyến nghị này, 4 điên cực được đặt tên khác so với hệ thống 10-20, chúng bao gồm T7, T8, P7 và P8. Những điện cực này được tô màu đen với chú thích màu trắng trong hình biểu diễn.

Bên cạnh hệ thống quốc tế 10-20 , tồn tại nhiều hệ thống điện cực khác cho phép đo điện thế trên da đầu. Hệ thống Queen Square về vị trí của các điện cực được đề xuất trong các mẫu bản ghi về các điện thế gợi trong lâm sàng (Blumhardt et al., 1977).

Trong các lưỡng cực hoặc đơn cực có thể được sử dụng trong việc đo EEG. Trong các phép đo sau, điện thế của mỗi điện cực được so sánh với điên cưc trung lập hay trung bình các điện cực (see Figure 13.3)

Những nguyên tắc gần đây cho việc ghi EEG được công bố trong (Gilmore ,1994).

Hệ thống quốc tế 10-20 được nhìn từ A ( bên trái) và B ( phía trên đầu ). A= dái tai, C= trung tâm, Pg=mũi hầu, P= đỉnh, F=trán, Fp= đỉnh trán, O=chẩm. (C) Vị trí và tên gọi của 10% các điện cực trung cấp chuẩn hoá bởi tổ chức ghi điện não Hoa Kỳ ( Trích từ Sharbrough, 1991.).

Rush và Driscoll (1969) đã tính toán được sự phân bố các điện cực lưỡng cực đo trên vùng da đầu trong mô hình các hình cầu đồng tâm biểu diễn đầu. Họ công bố kết quả này dưới dạng các đường đẳng thế của trường dẫn. Hướng thể hiện mật độ dòng trường dẫn, trong trường hợp này la hướng của độ nhạy , là 1 gradient âm của trường điên thế. Điều này không hiển thị ngay lập tức trên màn hình.

Puikkonen và Malmivuo (1987) đã tính toán lại độ nhạy của sự phân bố các điện cực EEG với cùng một mô hình như Rush và Driscoll nhưng họ đã trình bày kết quả với đường chuyển dời của dòng trường dẫn thay vì biểu diễn đường đẳng thế của trường dẫn. Sự hiển thị này có thể được biểu diễn vì rất dễ xác định hướng độ nhạy từ các dòng chuyển dời của trường dẫn. Mặc dù biên độ của độ nhạy có thể được xác định dựa vào mật độ đường chuyển dời. Một vấn đề phụ trong quá trình biểu diễn này là do dòng trường dẫn phân bố trên mặt phẳng mô tả cũng như trong mặt phẳng thông thường trong quá trình hiển thi này,phần các đường chuyển dời cần phải truyền đạt các thông tin nhằm mô tả một cách chính xác mật độ dòng cùng với mật độ đường chuyển dời trong không gian 3 chiều. Suihko, Malmivuo và Eskola (1993) đã tính toán chính xác hơn về các đường đẳng đô nhạy và thành phần nửa nhạy cảm đối với điện dẫn. Như đã thảo luận trong phần 11.6.6, khi độ dẫn là đẳng hướng, do nó nằm trong mô hình mô phỏng đầu nên các đường đẳng tính đôi nhạy sẽ tương đương với các đường đẳng trường của điện trường. Nếu đường dẫn được biểu diễn có dạng đối xứng mà các bề mặt đẳng thế nằm gần nhau có thể tách ra với khoảng cách cố định thì các đường đẳng độ nhạy thu trùng với các đường đẳng thế. Nó không phải là trường hợp của các đường dẫn như trong hình 13.4. Hình 13.4 biểu diễn các đường chuyển dời dòng của trường dẫn, các đường đẳng độ nhạy thu và các phần nửa độ dẫn đối với mô hình đầu người với các điện cực được phân bố trong các góc 180°, 120°, 60°, 40°, và 20° . Chú ý rằng trong mỗi trường hợp thì 2 điện cực được nối với nhau bởi 10 đường chuyển dời của trường dẫn. Giữa chúng có 3 đường chuyển dời truyền tới vùng trung tâm, điều đó có nghĩa rằng dòng trường dẫn cũng phân bố tương tự như trong mặt phẳng giấy thông thường. Hình vẽ chỉ ra 1 cách rõ ràng ảnh hưởng mạnh mẽ của độ dẫn kém của xương đầu đối với trường dẫn. Mặc dù trong mô hình thuần nhất, độ nhạy cảm có thể được tập trung cao hơn tại các điện cực nhưng trong trường hợp góc 180°, xương đầu cho phép độ nhạy cảm được phân bố một cách thuần nhât trong suốt các vùng của vỏ não. Các điện cực càng ở gần thì các phần của độ nhạy được xác định trong vỏ não càng nhỏ. Việc phân bố các điện cực ngày càng gần hơn các điện cực khác gây ra dòng trường dẫn càng ngày càng gần vùng da đầu, làm giảm độ nhạy vùng não và tăng nhiễu.

Sự phân bố độ nhạy cảm của các điện cực EEG trong mô hình đầu người. Hình vẽ thể hiện đường chuyển dời dòng của trường dẫn, đường đẳng độ nhạy thu. phần nửa độ dẫn. Sự phân bố độ nhạy thu trong hướng của đường chuyển dời và biên độ của đô nhạy thu có thể xác định từ mật độ của đường chuyển dời. Các cặp dẫn được biểu diễn mũi tên nhỏ trên bề mặt của da đầu và được và góc 80°, 120°, 60°, 40°, và 20° , thể hiện phía trên mỗi hình vẽ

Từ tín hiêu EEG có thể phân biệt thành các sóng khác nhau alpha (α), beta (β), delta (δ), and theta (Θ) cũng như các đỉnh kết hợp với bệnh động kinh. Một số ví dụ về các dạng sóng được biểu diễn trên hình 13.5.

Sóng alpha có tần số từ 8-13 Hz và có thể được đo từ vùng chẩm của người đang thức nhưng nhắm mắt. Dải tần của sóng Beta là từ 13-30 Hz và có thể phát hiện ở vùng đỉnh và thùy trán. Sóng Delta có dải tần từ 0.5-4 Hz và có thể được phát hiện ở trẻ em dưới 7 tuổi hoặc người lớn đang ngủ. Sóng theta có dải tần từ4-8 Hz và có thể thu được ở trẻ em và người lớn đang ngủ.

Tín hiêu EEG có quan hệ gần với mức độ hoạt động có ý thức của con người. Khi các hoạt động tăng, tín hiệu EEG dịch chuyển đến vùng có biên độ thấp hơn và tần số cao hơn. Khi nhắm mắt, tín hiệu alpha bắt đầu thống trị trong tín EEG. Khi con người rơi vào giấc ngủ, tấn số tín hiệu EEG giảm. Trong 1 quá trình ngủ thông thường, chuyển động của mắt chứng tỏ con người đang mơ và các hoạt đông của mắt có thể coi la thông số tín hiệu EEG. Trong ngủ sâu, tín hiêu EEG lớn và độ võng chậm, được gọi la sóng delta. Không có môt hoạt đông nào được phát hiện đối với bệnh nhân mà não đã chết hoàn toàn. Ví dụ về dạng sóng được nêu ra trong hình 13.6.