EEG (Elektroenzephalografie):
Das EEG (Elektroenzephalografie) ist ein zentrales Verfahren zur Erfassung der elektrischen Aktivitäten des Gehirns durch Aufzeichnung von Spannungsänderungen an der Kopfhaut.
Es zeichnet die Summe der neuronalen Aktivitäten, bestehend aus den exzitatorischen postsynaptischen Potenzialen (EPSP) und inhibitorischen postsynaptischen Potenzialen (IPSP) der Pyramidenzellen, auf und visualisiert diese in einer grafischen Darstellung. Eine Positivierung des Potentials entspricht einem Ausschlag der Welle nach unten. Sie wird durch erregende postsynaptische Potentiale (EPSP) in den tiefen Schichten (Lamina IV) des Kortex verursacht oder durch inhibitorische postsynaptische Potentiale (IPSP) in den oberflächlichen Schichten.
Eine Negativierung des Potentials entspricht einem Ausschlag im EEG nach oben. Sie kann durch EPSP der Dendriten der oberflächlichen Kortexschichten oder durch IPSP in den tiefen Schichten verursacht werden.
Wegen der geringen Amplitude der Signale von 5 bis 100 Mikrovolt (μV) ist ein hochsensibler Verstärker notwendig. Für die Messung langsamer Hirnpotenziale („Slow Brain Potentials"), die Aufschluss über das durchschnittliche Aktivitätsniveau der Großhirnrinde geben, wird ein spezielles DC-Potenzial- Messgerät mit Gleichspannungsverstärker eingesetzt.
Das EEG bietet eine sehr gute zeitliche Auflösung, die schnelle Veränderungen präzise erfasst, hat jedoch eine begrenzte räumliche Auflösung, was die genaue Lokalisierung von Hirnaktivitäten angeht.
Durchführung:
- Elektrodenanordnung: 6 bis 19 Elektroden werden auf dem Kopf platziert, um die elektrische Aktivität zu erfassen
- Datenaufzeichnung: Potenzialunterschiede zwischen Elektroden werden gemessen und als EEG-Linien dargestellt, benannt nach ihrer Position und abgeleiteten Hemisphäre
Klinische Anwendung:
- Diagnose von Epilepsie und anderen Anfallserkrankungen
- Bewertung von Schlafstörungen und Monitoring von Schlafmustern
- Identifizierung von Hirnschäden nach Traumata oder Schlaganfällen
Spontan EEG:
Ein spontanes EEG ist eine Methode, die die natürliche elektrische Aktivität des Gehirns im Ruhezustand erfasst, ohne dass der Proband auf externe Reize reagiert oder spezifische Aufgaben ausführt. Es untersucht die Grundwellenformen des Gehirns, um Aufschluss über Wachheit, Entspannung, Schlafphasen und mögliche neurologische Zustände zu geben.
Evozierte Potenziale:
Evozierte Potenziale (EP) sind elektrische Signale im Gehirn, die als Reaktion auf sensorische oder motorische Reize auftreten und im EEG beobachtet werden können. Diese Reize können visuell, auditiv, olfaktorisch oder somatosensorisch sein und werden verwendet, um die Funktion des Nervensystems zu bewerten. Diese Potenziale können nicht nur über den Cortex, sondern auch über anderen Bereichen wie dem Hirnstamm gemessen werden. Durch die Analyse der Zeitdauer zwischen dem Reiz und dem Auftreten des Potenzials sowie dessen Form kann man Informationen über die Funktion und Geschwindigkeit der Nervenbahnen erhalten, die die Signale übertragen und verarbeiten.
Da diese Antworten/Potenziale im Elektroenzephalogramm (EEG) oft nur mit sehr geringer Amplitude auftreten, müssen häufig mehrere hundert Messungen nacheinander durchgeführt werden. Auf diese Weise kann der Computer die gewünschten Signale extrahieren.
Beispiele von evozierten Potenzialen:
- Visuell evozierte Potenziale (VEP): Werden durch visuelle Reize wie blinkende Lichter oder Muster ausgelöst und sind wichtig für die Beurteilung der Sehfunktion
- Auditiv evozierte Potenziale (AEP): Entstehen als Reaktion auf akustische Reize wie Töne oder Klicks und werden zur Bewertung des Gehörsystems verwendet
- Olfaktorisch evozierte Potenziale (OEP): Entstehen als Reaktion auf Geruchsreize, die durch Duftstoffe ausgelöst werden und werden zur Bewertung des Geruchssystems verwendet
- Somatosensorisch evozierte Potenziale (SEP): Werden durch Berührungen oder Elektrostimulation bestimmter Bereiche des Körpers induziert und dienen der Beurteilung der sensorischen Nervenfunktion
Ereigniskorrelierte Potenziale (EKP) sind spezielle Messungen der elektrischen Aktivität des Gehirns, die aufzeigen, wie das Gehirn auf spezifische Ereignisse oder Stimuli reagiert.
Ereigniskorrelierte Potenziale werden mithilfe des EEGs erfasst. Im Gegensatz zur herkömmlichen EEG-Aufzeichnung, die die gesamte Gehirnaktivität über einen bestimmten Zeitraum hinweg erfasst, fokussieren sich EKP-Messungen auf die Gehirnreaktionen, die unmittelbar nach einem bestimmten Ereignis – wie einem Ton, einem Bild oder einer Berührung – auftreten. Die ereigniskorrelierten Potenziale treten nach den evozierten Potenzialen auf und repräsentieren die kognitiven Prozesse und somit die Bewertungsprozesse als Reaktion auf einen Reiz. Sie können z.B. in der Demenzdiagnostik erhoben werden.
Ereigniskorrelierte Potenziale bestehen aus mehreren Komponenten, die durch ihre Polarität (positiv oder negativ), ihre Latenzzeit (die Zeit zwischen dem Stimulus und der Reaktion des Gehirns) und ihre topographische Verteilung auf der Kopfhaut charakterisiert sind. Man unterscheidet zwischen exogenen und endogenen EKPs.
Exogene Komponenten: Reflektieren primär die Verarbeitung sensorischer Stimuli und sind ebenfalls unter der Bezeichnung frühe Potenziale bekannt. Bekannte EKPs sind z.B.:
- N100 (N1): Eine negative Welle, die etwa 100 ms z.B. nach einem akustischen Reiz auftritt. Die Auftretenszeit und die Kopfhautverteilung dieser Potenziale ist spezifisch für die jeweilige Sinnesmodalität
Endogene Komponenten: Stellen vorrangig die Verarbeitung kognitiver Stimuli dar und sind auch als späte Potenziale bekannt.
- P300 (P3): Eine positive Welle, die etwa 300 Millisekunden nach einem Reiz auftritt, oft verwendet in Studien zur Aufmerksamkeit und zum Arbeitsgedächtnis
- Contingent Negative Variation (CNV): Das Contingent Negative Variation (CNV) ist ein langsames, ereigniskorreliertes Potenzial, das die Zeit zwischen einem Warnsignal (S1) und einem erwarteten imperativen Stimulus (S2) überbrückt. Es reflektiert den Prozess der Antizipation und kognitiven Vorbereitung auf ein kommendes Ereignis. Typischerweise manifestiert sich das CNV als eine graduelle negative Verschiebung der elektrischen Hirnaktivität, die nach dem Warn- /Hinweissignal beginnt und bis zum Einsetzen des zweiten Stimulus anhält. Anwendung findet es in Studien zur Zeitwahrnehmung, Aufmerksamkeit, motorischen Vorbereitung und Entscheidungsfindung
- Bereitschaftspotenzial: Ein langsames Potenzial, das der Initiierung einer willkürlichen motorischen Bewegung vorausgeht, gekennzeichnet durch eine graduelle Negativierung, die ihren Höhepunkt unmittelbar vo
Im EEG lassen sich verschiedene Wellentypen identifizieren, die jeweils spezifische Frequenzbereiche und Charakteristika aufweisen. Diese Wellen geben Aufschluss über den Bewusstseinszustand einer Person. Die wichtigsten Wellenarten sind Alpha- , Beta-, Theta-, Delta- und Gamma-Wellen. Jede Wellenart ist mit bestimmten Bewusstseins- und Aktivitätszuständen des Gehirns assoziiert, von Schlaf und tiefer Entspannung bis hin zu intensiver Konzentration.
| Wellentyp | Frequenzbereich | Typisches Vorkommen |
|---|---|---|
| Delta (δ) | 0,5–3 Hz | Traumloser Tiefschlaf |
| Theta (θ) | 4–7 Hz | Schläfrigkeit und leichte Schlafphasen |
| Alpha (α) | 8–13 Hz | Entspannter Wachzustand, geschlossene Augen |
| Beta (β) | 14–30 Hz | Aktiver, wacher Geisteszustand, Konzentration |
| Gamma (γ) | >30 Hz | Höhere mentale Aktivität, Wahrnehmung, Problem-Lösen |
Während des Schlafs durchläuft das Gehirn verschiedene Schlafstadien, die sich durch charakteristische Muster im EEG unterscheiden. Diese Stadien werden in der Regel in fünf Hauptphasen unterteilt:
1. Wachzustand (W):
- Das EEG zeigt eine hohe Aktivität mit schnellen, unregelmäßigen Beta-Wellen
- Alpha-Wellen treten vermehrt im entspannten Wachzustand auf
2. Einschlafphase (N1):
- Diese Phase markiert den Übergang vom Wachzustand zum Schlaf
- Im EEG treten langsamere Wellen auf, überwiegend Alpha-Wellen und Theta- Wellen
- Die Muskelaktivität nimmt allmählich ab, und es können gelegentliche Muskelzuckungen auftreten
3. Leichter Schlaf (N2):
- In diesem Stadium vertiefen sich die Schlafmuster weiter
- Das EEG zeigt charakteristische Muster wie Schlafspindeln (kurze, spitze Wellen) und K-Komplexe (scharfe, langsame Wellen). Das EEG kennzeichnet sich durch Theta-Wellen
- Die Muskelaktivität entspannt sich weiter, und die Körpertemperatur sowie die Herzfrequenz beginnen zu sinken
4. MittlererSchlaf (N3) mit Übergang in den Tiefschlaf (N4):
- Dies ist der tiefste Schlafzustand
- Das EEG zeigt langsame Wellen mit hoher Amplitude (zu Beginn der EEG-Kurve liegt eine geringere Amplitude vor), bekannt als Delta-Wellen
- In diesem Stadium ist die Reizschwelle für äußere Reize erhöht. Tiefer Schlaf ist wichtig für die Erholung und viele weitere Prozesse
5. REM-Schlaf (R):
- REM steht für "Rapid Eye Movement" (schnelle Augenbewegung), da sich die Augen während dieses Stadiums schnell hin und her bewegen
- Das EEG ähnelt dem Wachzustand mit schnellen, unregelmäßigen Wellen. Das EEG kennzeichnet sich durch Beta-Wellen mit geringer Amplitude
- In diesem Stadium treten Träume auf, und die Gehirnaktivität ähnelt der des Wachzustands, während die Muskeln größtenteils gelähmt sind
- Im REM-Schlaf erhöht sich der Blutdruck und die Atem- und Herzfrequenz
Diese Schlafstadien werden während des Schlafzyklus, der typischerweise etwa 90 Minuten dauert, wiederholt durchlaufen. Ein typischer Schlafzyklus besteht aus einer Sequenz von
N1 → N2 → N3 → N2 → REM.
Während der Nacht durchlaufen wir mehrere dieser Zyklen, wobei die Tief- und REM-Schlafphasen im Verlauf der Nacht dominanter werden.
