Elementi di elettroencefalografia

Dott.ssa Elisabetta Groppo

The first human EEG recording obtained by Hans Berger in 1924. The upper tracing is EEG, and the lower is a 10 Hz timing signal.

EEGTecnica di Indagine Neurofisiologica Funzionale che consente una esplorazione funzionale, dinamica, in tempo reale, del Cervello.

E' la registrazione grafica continua nel tempo, secondo una precisa distribuzione spaziale dell’attività elettrica del cervello, ottenuta dallo scalpo.

L’attività dei neuroni della corteccia cerebrale è coordinata in modo tale da indurre variazioni del campo elettrico registrabili dal capo. Questa osservazione di Berger (1924) è all’origine dell’EEG.Gli elettrodi posizionati opportunamente sullo scalpo registrano eventi di natura elettrica che si verificano nella corteccia sottostante.

L'elettroencefalografia consiste nella registrazione dell'attività elettrica cerebrale derivata da elettrodi disposti sulla superficie del capo, utilizzando un'apparecchiatura amplificante, l'elettroencefalografo.

Cosa registra l’EEG? L’attività elettrica della corteccia cerebrale generatasoprattutto dai neuroni corticali.� La somma dei potenziali post-sinaptici sincronizzatidei dendriti dei neuroni corticali (EPSP, IPSP).

� Tale attività deriva da oscillazioni sincronizzate di EPSP e IPSP alternanti, generate da attività corticali e proiezioni talamo-corticaliPer questo, è importante la disposizione dei neuroni piramidali, orientati perpendicolarmente alla superficie.

EEG è la somma delle attività unitarie che si svolgono in seno a una grande popolazione di neuroni sottostanti l’elettrodo

Generazione del segnale EEG

Gli eventi elementari devono interessare un numero sufficientemente ampio di cellule con attività coordinata. La geometria dei campi elettrici generati è complessa.I neuroni piramidali si comportano come un dipolo: il polo negativo e positivo sono rappresentati dal diverso grado di polarizzazione della membrana dei dendriti e del soma.

La depolarizzazione della membrana dei dendriti apicali rende questo segmento elettronegativo rispetto al corpo cellulare ed ai dendriti basali che divengono elettropositivi. Ciò crea una corrente ionica (indicata dalla freccia) che scorre attraverso il mezzo extracellulare.

Schema generale dell'organizzazione di una colonna corticale. Neuroni piramidali:- Corpi cellulari a forma piramidale.- Proiettano lunghi assoni ad altre regioni corticali o al midollo.- I loro dendriti attraversano vari strati della corteccia e permettono una buona integrazione dei segnali afferenti.- Sono orientati parallelamente e perpendicolari rispetto la superficie della corteccia

Neuroni non-piramidali:- Corpi cellulari a forma ovale.- Proiettano corti assoni ad altri neuroni locali.- Non hanno un orientamento preferenziale rispetto la superficie della corteccia.

I neuroni piramidali sono disposti parallelamente e i loro campi elettromagnetici si possono sommare se attivati simultaneamente.Un gruppo di neuroni piramidali attivi simultaneamente genera campi "aperti".

EEG: significato

E’ un bioritmo influenzato dall’ambiente esterno ed interno del soggetto, che varia nel corso del ciclo nictemerale e si modifica in funzione dell’età.Si correla, in modo preciso e diretto, con lo stato funzionale dell’encefalo e, quindi, con il comportamento e le modificazioni dello stato di coscienza dell’individuo.

E’ impossibile determinare se una attività EEG è normale o patologica se non si conosce età, condizione fisiologica e grado di vigilanza del soggetto.

Particolari forme d'onda infatti possono essere buoni indicatori di patologie o lesioni o semplicemente dello stato di rilassamento del soggetto. L'assenza di attività spontanea è un indice di morte cerebrale ossia di una irreversibile compromissione dei tessuti e dei circuiti neurali.

L’aspetto dell’attività EEG è dato da onde continue, ritmiche o aritmiche oscillanti, che variano per aspetto, frequenza e ampiezza.

L’osservazione di “ritmi” e di “figure” fisiologiche nell’EEG dimostra che l’attività dei neuroni non è anarchica ma che essi sono sottoposti a meccanismi che ne assicurano la sincronizzazione

Come si registra l’EEG?

Sistema internazionale di registrazione 10-20 (punti di repere: nasion, inion, trago)

� F: frontale� P: parietale� T: temporale� O: occipitale� C: centrale� Z: mediana� Pari: dx� Dispari: sx

Il metodo di esplorazione è standardizzato (sistema internazionale 10-20)

l’ordine di grandezza degli eventi registrati è 10-100 microvolt; l’EEG ha richiesto lo sviluppo di sistemi di amplificazione

da 20 a 30 elettrodi sono posti simmetricamente sulle due metà del capo

un sistema di commutatori permette di selezionare diverse combinazioni di derivazioni tra gli elettrodi (montaggi)

nella modalità di registrazione abituale, bipolare, gli elettrodi sono posti in serie lineari: trasversali (anteriore, media, posteriore) e longitudinali (superiore e inferiore)

nella modalità monopolare ogni elettrodo è collegato a un elettrodo di riferimento comune

Come si registra l’EEG?

Nella descrizione dell’attività EEG devono essere considerati :

frequenza, morfologia, ampiezza, quantità e persistenza, modalità di comparsa, distribuzione topografica, simmetria e reattività.

Attività: ogni onda EEG o una qualsiasi sequenza di onde. L’attività di fondo rappresenta la base da cui si differenzia un certo quadro normale o patologico.L’attività si può presentare in maniera continua ed allora diventa un ritmo, in maniera occasionale e sporadica cioè a intervalli di tempo incostanti, oppure ad intervalli approssimativamente regolari (attività periodiche) o anche in maniera parossistica.

I parossismi sono una serie di onde che appaiono e spariscono improvvisamente, nettamente distinte dall’attività di fondo.

Ritmo: un’attività consistente in onde con una certa costanza di periodo e di forma (il periodo è l’intervallo di tempo in millisecondi tra l’inizio e la fine di un’onda; se l’onda è componente di un ritmo, il periodo è il reciproco della frequenza)

Complesso: gruppo di due o più onde, chiaramente distinguibili dall’attività di fondo, che può apparire anche in maniera ricorrenteI complessi sono: complessi punta-onda, polipunta-onda, complessi K (combinazione di punte al vertice e di attività sigma che appare in genere nel sonno come risposta a stimoli improvvisi)

Esempio:

I complessi K sono grafoelementi (formazioni) elettroencefalografici di alto voltaggio costituiti da un andamento dell'onda EEG caratterizzato da una fase rapida negativa con fronte di risalita altrettanto rapido, seguito da una fase positiva con declino più lento. Tale onda assume la forma della lettera K ed è indicativa di stadio 2 del sonno

Nell’ EEG si osservano variazioni periodiche dei potenziali registrati, dette ritmi, meglio caratterizzati dalla frequenza che dall’ampiezza

8-14 Hz posteriore veglia, normale

>/= 14 Hz anteriore veglia, normale

4-7 Hz normale in sonno leggero

< 4 Hz normale sonno profondo

Frequenze alfa

� Regioni cerebrali posteriori� È attività di fondo della veglia tranquilla

Esempio di EEG: normale, adulto, α-rhythm. Attenuazione all’apertura degli occhi.

E' interrotto tipicamente dall’apertura degli occhi (“reazione d’arresto”) in modo sincrono e simmetrico sulle derivazioni dei due lati

Frequenze betaRegioni cerebrali anteriori e centrali; basso voltaggioÈ aumentata da farmaci come bdz e barbiturici

Frequenze betaRegioni cerebrali anteriori e centraliBasso voltaggioÈ aumentata da farmaci come bdz e barbiturici

Frequenze theta

� Normale in bambini e durante sonnolenza� Altrimenti è espressione di un disturbo lieve - moderato della funzione cerebrale

Frequenze delta

� Neonati e durante sonno profondo� Altrimenti riflette disturbo moderato-grave della funzione cerebrale

MORFOLOGIALe singole figure elementari possono essere definite come una qualunque transitoria differenza di potenziale registrabile all’EEG

Ciascun elemento ha una propria morfologia, in base alla quale viene definito.

Si distinguono:– onde sinusoidali, poichè hanno una forma a tipo sinusoide;– onde aguzze o onde puntute, della durata tra 80 e 200 millisecondi.

Le onde aguzze (punte) al vertice sono associate a stimoli risveglianti.

Le onde puntute che compaiono in regione occipitale, usualmente associate alla visione, sono denominate onde lambda;

- Punte: onde a forma di punta di durata inferiore a 80 msec. Possono essere positive (se si estrinsecano al di sotto della linea isoelettrica di base), o negative (se si estrinsecano al di sopra della linea isoelettrica), oppure difasiche, se lo stesso elemento si estrinseca nei due sensi;– onde trifasiche, costituite da tre deflessioni che compaiono al di sopra e al di sotto della linea di base.

La reattività consiste nella modificazione del tracciato in risposta ad afferenze estero e enterocettive, spontanee o provocate (apertura degli occhi, stimolazione luminosa intermittente, rumori, stimoli tattili, propriocettivi, ecc.)

Manovre di attivazione

il sonno, la privazione di sonno, l’iperpnea (HPN) e la stimolazione luminosa intermittente (SLI) possono provocare la comparsa di figure epilettiformi (assenti nell’EEG a riposo) e vengono chiamate nel loro complesso manovre (prove) di attivazione; nell’ EEG di routine si esegue la prova dell’iperpnea (HPN) e la SLI,

l’iperventilazione, sopratutto nel bambino, tende a produrre ritmi più lenti, più ampi e più regolari

la SLI può interrompere il ritmo alfa e determinare la comparsa di potenziali posteriori, bilaterali simmetrici e sincroni che si ripetono al ritmo della SLI (“trascinamento” fotico posteriore, bilaterale sincrono e simmetrico)

EEG normale

EEG di un soggetto sano, adulto, vigile, in riposo sensoriale, rilassato, con gli occhi chiusi presenta un’ attività di fondo in banda alfa “spazializzata” che occupa i 2/3 posteriori del capo (regione parieto-temporo-occipitale) bilaterale, simmetrica, sincrona e stabile (le asimmetrie di frequenza sono sempre più significative delle asimmetrie di ampiezza, fino al 50%)

i ritmi beta si registrano sulle regioni frontali e centrali (“rolandiche”), i ritmi theta si possono osservare sulle regioni temporali spesso frammisti all’alfa (ritmo theta frammisto bi-temporale simmetrico)

si osserva la “reattività” del ritmo alfa che viene interrotto dall’apertura degli occhi in modo sincrono e asimmetrico sui due emisferi e sostituito bilateralmente da ritmi rapidi

Un EEG normale. Il soggetto è in uno stato di veglia rilassata; i siti di registrazione sono indicati sulla sinistra. I primi secondi di registrazione mostrano una normale attività alfa, che è più accentuata nella regione occipitale. A circa metà della registrazione il soggetto ha aperto gli occhi, sopprimendo il ritmo alfa. L'apertura degli occhi è segnalata dagli ampi artefatti nella traccia superiore (frecce), generati dal battito delle ciglia.

EEG nello sviluppo

la maturazione delle strutture cerebrali si associa a una modificazione progressiva dell’EEG

nel prematuro si registrano ritmi rapidi di bassa ampiezza (non sincronizzati sui due emisferi)

nel neonato a termine l’attività è ampia, lenta, instabile

nei primi 2-3 anni l’ EEG accelera e tende a organizzarsi sottoforma di un ritmo theta a 4-5 Hz

il ritmo alfa compare a 5 anni, in seguito l’evoluzione prosegue fino all’età adulta e avanzata

EEG patologicoAnomalie diffuse sui due emisferi (“generalizzate sui due emisferi”) sia onde lente sia figure parossistiche (con inizio e fine improvvisi) vanno interpretate tenendo conto di età, vigilanza, condizioni di registrazione (a riposo, in iperpnea, SLI) e quadro clinico.Anomalie lente diffuse (a proiezione bi-emisferica) possono dipendere da un’anomalia non lesionale nel quadro di un’ encefalopatia “diffusa” (metabolica, endocrina, tossica, iatrogena, infettiva), ma anomalie lente diffuse bilaterali più o meno sincrone sui due emisferi possono dipendere da un’ alterazione lesionale delle strutture centrali profonde che controllano normalmente la modulazione dei ritmi corticali. Anomalie epilettiformi diffuse sui due emisferi quando bilaterali sincrone e simmetriche (c.d. “generalizzate”) sono caratteristiche delle Epilessie Generalizzate Idiopatiche

Le anomalie

• Scariche epilettiformi– Punte– Sharp waves (onde

puntute)– Punta-onda

• Onde lente– Theta o delta

• Asimmetria • Attività di

soppressione

• Focali

• Generalizzate

Anomalie localizzate (“focali”) dell’EEG

le Anomalie Localizzate (“Focali”) riflettono un’alterazione cerebrale circoscritta; un’alterazione focale può però dipendere anche da una lesione a distanza che interessa una struttura profonda che proietta su quella regione della corteccia

le anomalie “focali” si caratterizzano per 1) segni EEG deficitari (segni lesionali) come onde lente (delta o delta-theta) o una riduzione di ampiezza localizzata dei ritmi cerebrali oppure 2) segni EEG di iperfunzionecome le figure “epilettiformi” che riflettono una scarica neuronale eccessiva parossistica ipersincrona di una popolazione di neuroni cerebrali (punte, onde puntute, complessi di punta-onda, di polipunta-onda o di onda puntuta –onda lenta).

La semeiologia EEG non è quasi mai specifica di un’eziologia

• Alterazione della coscienza

• Crisi /Epilessia

• Sonno

Principali indicazioni all’EEG

Indicazioni all’uso delle differenti Tecniche in Epilettologia

EEG di routine (anomalie intercritiche,evoluzione, monitoraggio della terapia)

EEG durante il sonno (non anomalie in EEG di routine o anomalie mal definite)

EEG poligrafico (correlazione tra mioclonie e parossismi EEG)

Nuove Tecnologie e Informatica hanno via via trasformato anche i LABORATORI di ELETTROENCEFALOGRAFIA…..

Elettroencefalografo Analogico

VIDEO-EEG

EEG di routine

EEG Dinamico

• Bimba 10 anni, crisi di assenza a scuola.

• EEG: dopo HPN scarica generalizzata a punte-onda 3Hz, con assenza.

• Diagnosi epilessia generalizzata con assenze (piccolo male)

• Donna 28 anni crisi durante il sonno: irrigidimento aass, e “grugnito”, con fase postcritica.

• EEG ictale: scariche di punte e sharp-waves focali (temporali anteriori destre). Poi scarica ad elevata frequenza.

• Epilessia del lobo temporale, con crisi notturne

70 aa, stato di agitazione (“il diavolo mi sta giocando un brutto scherzo”), posture bizzarre, risponde solo si o no. TC e LCR nella norma. EEG: sharp wave continue, generalizzate. Diagnosi di stato di male non convulsivo.

STATO GENERALIZZATO:

FINE DELLA FASE CLONICA E COMPARSA DEL RALLENTAMENTO POST-CRITICO

EEG

Hypsarrhythmia in infantile spasms - Note the chaotic high-amplitude background

Hypsarrhythmia consists of diffuse giant waves (high voltage, >400 microvolts) with a chaotic background of irregular, multifocal spikes and sharp waves and very little synchrony between the cerebral hemispheres.

encefalopatia diffusa

onde aguzze trifasiche diffuse sui due emisferi inscritte su un’attività di fondo globalmente rallentata e scarsamente reagente si osservano spesso nelle encefalopatie “diffuse” (insufficienza epatica, polmonare, renale)

SONNO NON REM o LENTO

E’ suddiviso in 4 fasi che nella loro successione esprimono l’ approfondimento del sonno

SONNO REM

( circa 20% )