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EEG

EEG tridimensionale quantitativa non invasiva
by

Marco Ivaldi

on 3 February 2014

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Transcript of EEG

Se il cervello umano fosse abbastanza semplice
da essere capito da noi,
noi saremmo troppo stupidi per capirlo.

Arthur Bloch
ANALISI ELETTROENCEFALOGRAFICA
TRIDIMENSIONALE
QUANTITATIVA
NON INVASIVA
ANCHE DI POTENZIALI EVOCATI
E ATTIVITA’ CINETICA IN CONDIZIONI LIMITE:
EQUILIBRI E ADATTAMENTI.
Encefalo (cervello)
L’oggetto più complesso dell’Universo conosciuto

Un sistema in grado di pensare e definire se stesso

Un organo contenente 85 miliardi di neuroni
( approssimativamente il numero di stelle della via lattea)
Analisi elettroencefalografica: registrazione grafica dei fenomeni elettrici che avvengono nell’encefalo.
Tridimensionale: si ipotizzano mappature 3D elaborate secondo algoritmi di ricostruzione della provenienza
del segnale che individuano i foci da cui è prodotta.
Quantitativa: ovvero che mira a rilevare il metabolismo e la funzione a scapito della struttura, con maggiore precisione sull’andamento temporale rispetto ai dati spaziali.
Non invasiva: si impiegano elettrodi di superficie
che vengono fissati sulla cute
Potenziali evocati: stimoli atti a provocare alterazioni della differenza di potenziale elettrico.
Potenziali evocati visivi

Potenziali evocati acustici

Potenziali evocati somato-sensoriali

Potenziali evocati evento-correlati

Potenziali evocati motori
Condizioni limite:

Ambiente ipobarico: altitudine, aviazione

Ambiente iperbarico: apnea, con autorespiratore

Ambiente termico: caldo, freddo

Ambiente gravitazionale: voli spaziali
Elettro-encefalo-grafia:
1. Registrazione grafica dei fenomeni elettrici
che avvengono nell’encefalo.

2. Rappresentazione grafica della variazione di
potenziale elettrico di due tra i punti dello scalpo
analizzati.

3. Andamento temporale della differenza di potenziale
generata da un punto di riferimento dello scalpo
periferico ed un punto mediano.

4. Rappresentazione dei potenziali post-sinaptici che
si generano a livello corticale per azione dell’attività
sincrona di circa 100 neuroni.

5. L’attività spontanea del cervello,
registrata in modo continuo, presentata sotto
forma di onde di diversa frequenza.
Risoluzione spaziale : un problema
- Risoluzione spaziale

EEG

+ Risoluzione temporale

Attraverso algoritmi di ricostruzione della provenienza del segnale è
possibile individuare i foci da cui è prodotta la corrente.
Anatomia ( cenni )
Anatomia ( cenni )
I neuroni corticali sono organizzati in modo da formare
ammassi colonnari ad orientamento perpendicolare alla
superficie della corteccia cerebrale, di cui costituiscono
le unità funzionali elementari
Definizione risolutiva
L’ EEG è quindi l’espressione dei processi sinaptici ( potenziali elettrici pre e post sinaptici ) di potenziali dendritici e probabilmente anche di potenziali della
néuroglia ( cellule di sostegno ).
QEEG
Vantaggi:
non invasiva
massima risoluzione temporale
poco ingombrante
poco costoso
rilevazione di metabolismo e funzione
attendibile
accurata
funzionale
veloce

Svantaggi:
scarsa risoluzione spaziale
mancanza di rilevazione della struttura
Storia
1929: Hans Berger scoprì che vi era una differenza di potenziale elettrico tra aghi infissi nello scalpo oppure tra due piccoli dischi di metallo quando essi sono posti a contatto sulla cute sgrassata del cuoio capelluto.

1935. Herbert Jasper fu il primo scienziato a praticare esperimenti di EEG codificò il montaggio Jasper che consiste nell’ applicazione di otto elettrodi, che sono una piccola parte di quelli del "sistema 10-20" (cioè: Fp1, Fp2, C3, C4 , T3, T4, O1, 02, più un elettrodo per lo scarico a terra ed un altro di referenza)
Tecnica
Sistema internazionale 10-20

10% o 20% della distanza tra due punti di repere cranici: inion e nasion (30-36 cm)

Vengono collocati 19 elettrodi ed una massa lungo cinque linee:

P1 Longitudinale esterna
P2 Longitudinale interna dx
Centrale
P1 Longitudinale esterna
P2 Longitudinale interna sinistra

P3 Linea trasversa T4-C4-CZ-C3-T3
Elettrodi fronto-polari: 10% distanza I-N (3-4 cm)
frontali +20%
centrali +20%
parietali +20%
occipitali +20% (10% dall’Inion)


Fp = frontoparietale
F= frontale
C= centrale
P= parietale
T= temporale
O= occipitale

Numeri pari= dx
Numeri dispari= sx
Z= linea mediana
Il segnale
L’EEG normale è una miscela di tutti i ritmi:
Beta e Alfa predominano ( 90-95%)
Theta (3-4%) Delta ( 0,5/1%)
Usi Clinici
. Epilessia idipatica
. Disturbi convulsivi
. Coma
. Morte Cerebrale (attività elettrica inferiore a 3 mv per 30 minuti)
. Studi sul sonno: apnee notturne, epilessia notturna, insonnia,
ipersonnia, narcolessia bruxismo, enuresi notturna,
pavor nocturnus, sonnambulismo.
Macrostruttura del sonno

Durante la veglia l'EEG alterna fondamentalmente tra due pattern. Un pattern chiamato di 'attivazione' (o pattern desincronizzato) caratterizzato da onde di basso voltaggio (10-30 microvolt) ed alta frequenza (16-25 Hz) ed un secondo chiamato 'attività alfa' caratterizzato da onde sinusoidali di 8-12 Hz.
L'attività alfa è tipicamente presente ed abbondante quando il soggetto è rilassato ad occhi chiusi.
Il pattern di attivazione è presente quando il paziente è in stato di attenzione ad occhi aperti.
I movimenti oculari sono presenti e il tono muscolare è medio-alto. Durante lo stadio 1 l'attività alfa diminuisce, il pattern di attivazione scarso, L'EEG è costituito principalmente da onde di basso voltaggio di frequenza mista tra i 3-7 Hz. I movimenti degli occhi sono ancora presenti ma lenti, rotanti e oscillatori (non in opposizione di fase come nella fase REM). L'elettromiogramma mostra una attività tonica persistente benché di intensità inferiore rispetto alla veglia. Nello stadio 2 è presente una attività di fondo di voltaggio relativamente basso, con frequenza variabile ma vicina alle onde theta (3-7 Hz).
Lo stadio 2 è caratterizzato dalla presenza di due componenti estremamente caratteristiche i cosiddetti complessi K ed i fusi del sonno o splinders. Questi ultimi di provenienza talamica, mancano nell'insonnia familiare letale, malattia mortale per la privazione del sonno. I movimenti degli occhi, in questo stadio, sono assenti mentre l'EMG presenta ancora un certo grado di attività tonica Nello stadio 3 il 20% - 40% di ogni epoca (convenzionalmente un periodo di registrazione EEG di 30 sec.) deve contenere attività Delta ovvero onde EEG di grande ampiezza (>75 microvolt) e bassa frequenza (circa 0,5 - 2 Hz).
Il tono muscolare in questo stadio è lievemente ridotto ed i movimenti degli occhi praticamente assenti.
Lo stadio 4 è caratterizzato dalla presenza di onde lente e molto ampie dette onde delta (Frequenza inferiore ai 4 Hz. In questo stadio le onde delta occupano più del 50% di un'epoca.
I fusi e i complessi K, benché presenti, non sono più riconoscibili dal ritmo di fondo. I movimenti degli occhi non sono presenti mentre persiste uno stato di attivazione muscolare tonica molto basso.
In questa fase l'attività metabolica del cervello è ridotta (minor consumo di ossigeno e glucosio).
Se il soggetto si sveglia in questa fase rimane confuso per qualche minuto.
Lo stadio REM è caratterizzato da un EEG a basso voltaggio con frequenze miste.
L'EEG del sonno REM ricorda molto quello dello stadio 1 se non per le caratteristiche scariche di onde con la caratteristica morfologia a 'dente di sega'; i movimenti oculari rapidi (da cui appunto la denominazione dello stadio) ed il basso tono dei muscoli mentonieri. Inoltre questa fase è caratteristica per la paralisi dei muscoli (per evitare di mimare i sogni) e per i sogni.
Il cervello consuma ossigeno e glucosio come se il soggetto fosse sveglio e stesse svolgendo un'attività intellettuale.
Se ci si sveglia in questa fase si è perfettamente orientati.
Le fasi REM e NREM si ripetono ciclicamente nel corso della notte per
circa 5 volte.
Ogni ciclo dura approssimativamente 90 minuti e
comprende entrambe la fasi del sonno (NREM-REM)
Erps: potenziali evento relati
Modificazioni dell’attività elettrica cerebrale relate ad eventi interno od
esterni all’individuo, come stimolazioni sensoriali, compiti cognitivi
od azioni motorie.
Procedure di rilevazione dell’EEG e degli Erps
Applicazione elettrodi
Controllo impedenze elettriche (< 5 kohm)
Amplificazione ( 20.000 volte) e filtraggio del segnale
Trasformazione in digitale campionamento a 250 Hz( 1 punto ogni 4 millesimi di sec.)
Registrazione
Elaborazione

Derivazioni standard
Bipolare: entrambi gli elettrodi su siti attivi.
Monopolare: un elettrodo su un sito attivo, l’altro su un sito neutro.

Insieme delle derivazioni registrate: montaggio

Step
Spiegazione procedure e compiti da svolgere
Visione del consenso informato
Preparazione del soggetto, vestizione cuffia e controllo conduzione del segnale
Entrata in camera di registrazione ( camera silente faradizzata)
Registrazione per 5’ dell’EEG per calibrazione e controllo qualità segnale.
Inizio del compito cognitivo-sensoriale-motorio specifico
Registrazione della posizione degli elettrodi e dei 4 punti di riferimento craniometrici
attraverso marker digitali

ERPs
Potenziali Evocati Visivi (PEV): visione di immagini, tempo di esecuzione 30’

Potenziali Evocati Acustici ( PEA – BEARS): ascolto di toni puri, simultaneamente
o controlateralmente, esecuzione 40’

Potenziali Evocati Somato-Sensoriali ( PESS): stimolazioni elettriche del tronco nervoso
radiale o ulnare, esecuzione 60’

Potenziali Evocati Evento-Correlati (P300) : stimolazione visiva od uditiva con specifiche
di riconoscimento a livello emozionale,
esecuzione 45’

Potenziali Evocati Motori (PEM):analisi riferita a compiti motori e/o cognitivi.
Sensistivo
Motorio
Panfield - Rasmussen 1957
Obiettivi della ricerca
1. Comparazione del tracciato EEG di soggetti impegnati in diversi compiti
motori richiedenti abilità motorie di destrezza fine, con discreto coinvolgimento
cognitivo.

2. Comparazione dei tracciati ottenuti con la risultante del tracciato
degli stessi soggetti impegnati negli stessi compiti ma in condizioni fisiologiche
limite ( ipotermia, iperbaria).
Domande
L’attività elettrica encefalica muta al modificarsi dello stato omeostatico del soggetto?

Eventuali feedback afferenti sono in grado di mutare la risposta dell’attività cerebrale?

Come si modifica il segnale in caso di ricerca di omeostasi ?

Stimoli esogeni in grado di alterare l’equilibrio fisiologico possono essere intercettati
ed elaborati per ottenere una risposta efferente?

Come avviene questa risposta?
Strumenti
L’elettroencefalografo digitale:
- computer
- testa con amplificatori differenziali,
convertitore analogico-digitale
- elettrodi in cuffia o singoli
- software con analisi 3D
Dettaglio
Elettroencefalografo a 32-64 canali
Scheda di acquisizione a 64 canali
Software di acquisizione e analisi dei dati neurofisiologici (es. Scan 4.3)
Amplificatore a 32-64 canali
Software di elaborazione
Filtro notch
Software di analisi dei potenziali evocati e mappatura 3d,
analisi sorgenti e rappresentazione dei dipoli
Focus
Studio delle caratteristiche di modulazione dell’attività elettrica corticale
indotta dall’esecuzione di compiti motori specifici che richiedano l’intervento
di risorse muscolari in capacità adattative e coordinative,
in particolare oculo manuali, ma anche di risorse cognitive nella
soluzione di compiti ( ancorché motori) sui quali è stata indotta una
modificazione dell’omeostasi fisiologica tale da arrecare disturbo nel suo
normale svolgimento ed un conseguente adattamento fisiologico.
Step
Saper analizzare ed interpretare il segnale EEG, riconoscendo gli artefatti
Avere padronanza delle metodologie applicate
Avere approfondita conoscenza anatomo-fisiologica
Avere un sufficiente bagaglio esperienziale sull’analisi del segnale
Approfondire la panoramica sugli studi internazionali correlati e sulle discipline convergenti
Evidenziare ed impostare applicazioni pratiche
Definire l’effettività o meno delle alterazioni del segnale elettroencefalografico
su soggetti in condizioni fisiologiche estreme, analisi di causalità effettiva.
qEEG e Movimento +
potenziali evocati
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