ELEKTROANSEFALOGRAFİNİN (EEG) BİYOFİZİK TEMELLERİ

Dr. Ayşe DEMİRKAZIK

BEYİN İŞLEVLERİ VE ELEKTRİKSEL AKTİVİTESİ

• Beyin, merkezi kontrol organı olarak, tüm diğer organların işlevlerini denetler ve yönetir. Bu sırada beyin faaliyetlerine elektriksel olayların eşlik ettiği yüzyılımızın başından beri bilinmektedir.

• Kafatası çevresine yerleştirilen elektrotlar yardımı ile, beyin faaliyeti sırasında kendiliğinden oluşan, sürekli ritmik elektriksel potansiyel değişimlerinin veya reseptör faaliyetlerine bağlı olarak uyarılmış (evoked) durumda iken biraz daha farklı olan potansiyel değişimlerinin yazdırılması yöntemine elektroansefalografi (EEG) denir.

• Fiziksel anlamda tam periyodik olmayan, ancak ritmik olarak adlandırılan bu potansiyel dalgalanmalarının frekansları, beynin aktivite durumuna göre, 0,5-70 Hz arasında, genlikleri ise 5-400μV arasında değişir.

• Vücudun ana kontrol ve emir sistemi• İşlevler

– Duyusal Giriş – Vücudun içinde ve dışında oluşan stimulusların izlenmesi

– Entegrasyon – Duyu girişlerinin izlenmesi ve değerlendirilmesi

– Motor çıkış – Efektör organları uyararak uyarana cevap verir

• Merkezi Sinir Sistemi (MSS) – Brain and spinal cord– Integration and command center

• Periferal Sinir Sistemi (PSS)– Spinal sinir çiftleri ve kraniyal sinirler– Beyine ve omuriliğe mesaj taşır. Buradan

mesajları dağıtır.

Sinir Sisteminin Organizasyonu

• MSS de duyusal yol olarak adlandırılan sinirsel yollarla omurilikten beyne doğru taşınır. MSS de motor yol olarak adlandırılan yollarla beynin değişik kesimlerinden kaynaklanan informasyonlar, omuriliğin ön boynuzundaki motonöronlarda sonlanırlar. Motonöronlar da iskelet kaslarının aktivitelerini denetlerler.

• MSS nin üç temel iişlevii) Duyusal informasyonların alınmasıii) Nöronlararası bağlantılarla informasyonun

integrasyonu,işlenmesiiii) Kaslar ve bezler gibi uygulayıcı organlara enformasyon

gönderilmesi olarak özetlenebilir.• Kaydedilen bir EEG deseni beynin geniş bölgelerinin

elektriksel aktivitelerinin bir tür toplamına (summation) karşılık gelir. Beyin faaliyetleri uyku veya anestezik durumda da sürdüğünden canlılık sürdükçe, biçimi değişse de her koşul altında EEG sinyalleri alınır.

• EEG sinyalleri-ossiloskop tipi gözlem aracı (gözemek amacı ile)-Kayıtçı (recorder) tipi bir araçla kağıda çizdirilebilirKafatası iyi bir iletken değildir. Bu nedenle gözlem aracı

yüksek bir amplifikasyon kazancına sahip olmalıdır.-EEG aracı yüksek giriş empedansına sahip olmalıdır.-EEG kayıtçılarının frekans sınırları standart olarak;0,53-75 Hz arasında olmalıdır.Standart ölçek duyarlılığı 100μV/cm Kağıt ilerleme hız standardı ise 30 mm/s dir gereğinde kullanılmak üzere 60 ve 15 mm/s de

seçilebilir.

ELEKTROANSEFALOGRAFİ (EEG)

• Gözlenen EEG desenleri kayıt bölgesi ve biçimine önemli ölçüde bağlıdır.EEG kayıtlama sistemi ‘10-20’ sistemi olarak adlandırılan kafatası çevresindeki 21 elektrot bölgesini içerir. Kayıtlar 8 veya 16 kanallı olarak yapılır.

• Elektrot bağlantı seçimi unipolar ve bipolar olarak yapılır.

Unipolar kayıt: Seçilen bir elektrot bölgesinin MSS den bağıl olarak uzak bir referans noktasına göre potansiyel değişimler kaydedilir. Çoğu zaman bu referans noktası sol kulak seçilir.

Bir elektrot potansiyelinin,beyin içindeki bir kaynağa duyarlılığı, kaynak-elektrot uzaklığı ile yaklaşık olarak ters orantılıdır.

Bu nedenle; unipolar kayıtda uzak bölgelerin aktivitelerini de içerir.

• Bipolar kayıt; yakın iki yöre arasındaki potansiyel farkı gözlenir.

• Bipolar bağlantı duyarlılığı ise;kaynak uzaklılığının karesi ile ters orantılı bulunmaktadır. Unipolar kayıttan daha doğru bilgi verir.

Elektrokortiyografi: Kortekse elektrot dokundurularak veya mikroelektrotlarla beynin derinliklerine girilerek Sinyalleri 3-4 kat büyük genliklerde kaydetmek mümkündür.Bu kayıt biçimine elektrokortiyografi (ECoG) denir.

• Normal beyin aktivitesi süregelen elektriksel aktiviteye neden olur

• EEG ile bu elektriksel aktivite kayıt edilir.• Kaydedilen nöronal elektrik dalgası

desenlerine beyin dalgaları denir.• Her kişinin beyin dalgası kendisine özeldir.• Dalgalar sürekli tepe-çukur düzenindedir.• Dalga sıklığı Hertz (Hz) ile belirtilir.

Beyin Dalgaları

Beyin Dalgalarının Çeşitleri• Alpha dalgaları – Düzenli ve ritmik, düşük-

amplitud, yavaş, senkronize dalgalardır. Düşük aktivitede çalışan beyini gösterir.

• Beta dalgaları – ritmik, daha düzensiz dalgalar. Uyanıkken ve zihinsel olarak uyarılmış durumlarda görülür

• Theta dalgaları – Alfa dalgalarından daha düzensiz; Çocuklarda normal fakat yetişkinlerde anormaldir.

• Delta dalgaları – Yüksek amplitudlü dalgalardır. Derin uykuda ve RAS damped??

Beyin Dalgaları: Beyinin Durumu

• Beyin dalgaları yaşla, duyusal uyaranlarla, beyin hasarlarıyla ve vücudun kimyasal dengesi ile değişirler.

• EEG beyin lezyonlarını, tümörleri, enfarktları, infeksiyonları, apseleri ve epileptik lezyonları belirlemek için kullanılır.

• Düz bir EEG (Elektriksel aktivitenin olmadığını gösterir) beyin ölümünün klinik kanıtıdır.

• Normal bir EEG sinyali birçok frekansı içerse de, herhangi

bir anda belirli bir frekans bölgesi karakteristiktir. Beynin

aktivite düzeyi yükseldikçe EEG dalgaları frekansı da

yükselmekte, genlikleri ise azalmaktadır. Belirgin frekanslar

yaşla yükselir.

• Yeni doğanlarda 3-4 Hz frekanslar egemen iken, 2-3

yaşlarda 6-7 Hz arasına yetişkinlerde ise 8-12 Hz arasına

yükselir.

• EEG dalgaları değerlendirilirken en önemli parametre

frekans daha sonra ise genlik tir.

• Delta dalgaları: Frekansları 0,5-4 Hz, genlikleri 20-400 µV aralığında olan bu dalgalar derin uyku, genel anestezik durum gibi beynin çok düşük aktivite gösterdiği durumlarda kaydedilir.

• Teta dalgaları: Frekansları 4-8 Hz, genlikleri 5-100 µV arasında olan bu dalgalar normal bireylerde rüyalı uyku, orta derinlikte anestezik durum gibi beynin düşük aktivite durumlarında ve ayrıca birey stres altında iken karşılaşılmaktadır.

• Alfa dalgaları: Frekansları 8-13 Hz, genlikleri 2-10 µV arasında olan bu dalgaların biçimleri sinüsoidal biçimine yakındır. Uyanık haldeki bireylerin fiziksel ve zihinsel olarak tam dinlenimde bulunduğu, dış uyaranların olmadığı, gözlerin kapalı olduğu durumlarda görülürler. Occipital bölgeden alınan kayıtlarda en belirgin olarak görülür.

• Beta dalgaları: Frekansları 13 Hz den büyük, genlikler 1-5 µV arasında olan bu dalgalara odaklanmış dikkat, zihinsel iş, duyusal enformasyon işleme ve uykunun hızlı göz hareketleri evrelerinde karşılaşılmaktadır. Beynin en yüksek aktivite düzeyi.

EEG EĞRİLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ YÖNTEMLERİ

• Dalgaları tanımlayabilmek için iki önemli parametre frekans ve genlik

• Frekansı basitçe belirlemek için bir dalgada ki tekrarlayan tepeler sayılır ve karşılık gelen zaman dilimine bölünür ve ortalama frekans belirlenir

• Ortalama frekansı belirleyebilmek için bir diğer yöntem sıfırdan geçme analizi:

Her bir 10 s lik dönemde eğrinin sıfırdan geçmeleri arasındaki süreler ölçülür. Bu ölçümlerden her biri yarım periyot kabul edilerek, ortalama alınarak karşılığı olan periyot ve frekans (f=1/T) belirlenir. Bulunan bu frekansların tipik EEG bantlarından hangisi içine düştüğü saptanır.

• Ortalama genlikleri bulmak içinde; 10 s lik süre içinde, tüm tepeden tepeye genlikler ölçülür ve ortalama alınır ve µV/bölme cinsinden ölçek duyarlılığı ile çarpılarak µV cinsinden ortalama genlik bulunur.

UYARILMIŞ POTANSİYELLER

• Duyusal uyaranların yokluğunda doğal EEG aktivitesi üzerine, ışık veya ses gibi uyaranlar etkisinde ortaya çıkan uyarılmış (evoked) aktiviteler eklenir.

• Uyarılma sonucu beyinde ilgili özel merkezlerin yanıtları olan bu uyarılmış aktiviteler, doğal EEG desenleri yanında 50 kez daha küçük olduklarından normal EEG desenleri içinde kaybolurlar. Uyarılmış aktiviteyi doğal desenden ayırabilmek için ‘sinyal ortalaması alma’ teknikleri kullanılır.

Gürültü içinde kaybolan anlamlı bir sinyalin sinyal ortalaması alınması ile belirginleşmesi

• Epilepsi hastası olan biri bilincini kaybedebilir, düşebilir ve kontrol edilemeyen uyarılmalar vardır. Tipik epilepsi nöbetleri geçirir.

• Epilepsinin nedeni bilinmemektedir.

• Toplumda görülüme yüzdesi %1’ dir.

Epilepsi

UYANIKLIK VE UYKU

Uyku Çeşitleri

• İki genel tipi vardır:– Non-rapid eye movement (NREM)– Rapid eye movement (REM)

• NREM uykunun ilk 30-45 dakikaında görülen ve 4 evreden oluşan uykudur.

• REM ise NREM’ in 4. evresi bittikten sonra başlar.

Types and Stages of Sleep: NREM

• NREM Evreleri– Evre 1 – Gözler kapalıdır ve dinlenme başlar;

alfa dalgaları görülür; kolaylıkla uyandırılır.– Evre 2 – EEG desenleri, dikensi dalgalarla

(Yüksek voltajlı dalga ateşlemeleri) düzensizleşir; uyandırmak daha zordur

– Evre 3 – Uyku derinleşir; teta ve delta dalgaları görülür; yaşam belirtileri azalır; rüya görme geneldir.

– Evre 4 – EEG desenlerinde delta dalgaları baskın hale gelir; iskelet kasları dinlenir; uyandırma zordur.

Uyku çeşitleri ve basamakları: REM

• REM uykusunun karakteristikleri – EEG desenleri NREM uykusunun 1.

basamağındaki gibi olur.– Yaşam belirtileri artar– İskelet kasları (oküler kaslar hariç)

inhibe olur.– Rüya görmenin çoğu bu evrede olur.

Uyku Desenleri

• Değişen uyku ve uyanıklık dalgaları doğal bir sirkadyen ritme işaret eder.

• Uykuda RAS aktivitesi düşmesine rağmen, uyku RAS’ ı kapatmaktan daha fazlasıdır.

• Beyin aktif olarak uykuya rehberlik eder.

• NREM ve REM arasında uyku desenleri değişiklik gösterir.

Uykunun Önemi

• Yavaş dalga uykusunun yenilenme uykusu olduğu kabul edilir.

• REM uykusundan yoksun kalanlar depresif olurlar.

• REM uykusu ters öğrenme süreci olabilir. Yapay bilgiler beyinden temizlenir.

• Yaşla beraber uyku ihtiyacı azalır.

EEG

• Kafatası üzerindeki iki nokta arasındaki potansiyel farkının kaydı – Farklı bilinç durumları – Postsinaptik dereceli potansiyeller

• İki değişken: frekans & amplitüd– 1-30 Hz & 0,5-100 V– Frekans uykuda azalır

• Talamusta ritim jeneratörleri ???

Patolojik EEG• Tümörler • Kan pıhtısı – hemoraji • Ölü doku alanları • Yüksek ya da düşük kan glikoz

düzeyi • EPİLEPSİ

– Çok yüksek amplitüdlü (1000 V) “spike” dalgalar

Uyanıklık

• Tüm MSS nöronları aktif

– Özellikle retiküler aktive edici sistem

(RAS)

• Alfa EEG ritmi (8-13 Hz)

– Gözler kapalı, gevşemiş, mutlu

• Beta EEG ritmi; amplitüd ↓ - frekans

↑

– Dikkat

Uyku

• Uzun süre uyanıklık nöronları yorar– Yorgunluk, sinirlilik, bezginlik, dikkat kaybı

• Günlük psikolojik problemler çözülür – Gerginlikten kurtulma, durum

değerlendirmesi

• EEG değişir – Alfa amplitüd ve frekansı uyuklarken ↓– Uyuyunca frekans ↓ amplitüd ↑

• NonREM – REM dönemleri

NREM (yavaş dalgalı uyku)

• Uykunun başlangıç fazı – EEG’de frekans giderek ↓, amplitüd

giderek ↑ – Kaslar giderek iyice gevşer

• Evre 1; hafif uyku, kolay uyanma • Evre 2; önemli önemsiz ayırımı • Evre 3; solunum ve kalp hızı ↓• Evre 4; en derin NREM dönemi

– Horlama, altını ıslatma, anlamsız konuşma

REM (rapid eye movement)

• Uykunun en derin evresi • PARADOKS UYKU

– Uyku derin, EEG uyanık dikkatli kişi gibi – Uyandırmak zor, spontan uyanma kolay

• Rüya görme • Başlangıçta 10 dk kadar

– Her döngüde giderek artar

• Bir gecede toplam 4-5 döngü

Fizyolojik değişiklikler

• NREM

– Kan basıncı, kalp hızı, solunumu sayısı

↓

– Büyüme hormonu ve gonadotropin

salgısı ↑

– Dinlenme ve metabolik yenilenme

• REM – Kan basıncı, kalp hızı, solunumu sayısı ↑

• Düzensiz

– Beyin oksijen tüketimi ↑

– En sık kalp krizi dönemi

– Gevşemeye rağmen kas seyirmeleri

– Problem çözme ???

– Öğrenme ve bellek fonksiyonları ???

Uyku borcu

• Hafta içi eksik uyku

• Hafta sonu 7,5-8 saate

tamamlama

• Gerek var mı, yok mu ???