Elektroenzephalogramm des Gehirns – Wirkprinzip und Anwendungsmethoden

Wenn eine Person, die sich in einem Zustand geistiger und körperlicher Ruhe befindet, Elektroden am Kopf anbringt und diese über einen Verstärker mit einem Aufnahmegerät verbindet, kann man fangen elektrische Schwingungen… Diese Schwingungen haben ihren Ursprung in der Großhirnrinde und sind mit einer besonderen Nervenaktivität verbunden. Sie werden auch direkt aus dem Gehirn aufgezeichnet, wenn der Schädel während einer Operation geöffnet wird.

Das Vorhandensein rhythmischer, spontan auftretender elektrischer Schwingungen im Gehirn wurde 1875 vom russischen Physiologen V. Ya. Danilevsky und dem englischen Wissenschaftler Richard Cato unabhängig voneinander durch Experimente an Tieren mit offenem Schädel festgestellt.

Anschließend wurde gezeigt, dass es möglich war, elektrische Ströme des Gehirns durch die Haut und Knochen des intakten Schädels aufzuzeichnen. Dies diente als Grundlage für den Übergang zur Untersuchung dieser Phänomene beim Menschen.

Das Interessanteste an den elektrischen Schwingungen des menschlichen Gehirns ist ihr charakteristischer, nahezu regelmäßiger Rhythmus mit einer Frequenz von etwa 10 Hz – das sind die sogenannten Alphawellen.In ihrem Hintergrund sind häufigere Schwingungen sichtbar – Betawellen bei 13 – 30 Hz und Gammawellen bei 60 – 150 Hz und höher. Es werden auch langsamere Schwingungen beobachtet – Wellen von 1 – 3 – 7 Hz.

Die elektrische Wellenform des Gehirns wird Elektroenzephalogramm genannt, und der Zweig der Elektrophysiologie, der die Muster der elektrischen Aktivität im Gehirn untersucht, heißt Elektroenzephalographie (EEG). Elektroenzephalogramme eignen sich für die mathematische Fourier-Analyse.

Die Elektroenzephalographie ist für theoretische Untersuchungen der Gehirnaktivität sowie für praktische Zwecke der Diagnose von Gehirnerkrankungen von großer Bedeutung.

Um das Objekt vor äußeren elektromagnetischen Feldern zu schützen, wird es in einem abgeschirmten Raum platziert. Fehlerquellen bei der Elektroenzephalogramm-Erfassung: Haut- und Muskelpotential, Elektrokardiogramm, arterielle Pulsation, Elektrodenbewegung, Augenlid- und Augenbewegung sowie Verstärkerrauschen.

Das beste Elektroenzephalogramm wird von einer Person in völliger Ruhe erstellt: Eine Person sitzt oder liegt besser (schläft aber nicht) in einem abgeschirmten, schallisolierten, dunklen Raum in einer bequemen Position, isoliert von äußeren Reizen und in völliger Ruhe.

Dieser Umstand ist sehr wichtig. Bei Menschen, die zum ersten Mal zur Studie kommen, ist es aufgrund ihrer Wachsamkeit und Angst vor einer ungewöhnlichen Umgebung oft schwierig, ein Elektroenzephalogramm zu registrieren.

Menschen unterscheiden sich voneinander in ihren inhärenten EEG-Merkmalen. Bei einigen ist es sehr einfach, den richtigen Rhythmus der Alphawellen zu erkennen, bei anderen wird er überhaupt nicht aufgezeichnet.

Elektroenzephalogramme unterscheiden sich auch in Form, Amplitude, Dauer, Regelmäßigkeit der Alphawellen sowie in der Lage, Anzahl und Intensität anderer Wellen – Beta, Delta und Gamma.

Es ist interessant, die überraschende Konstanz der Grundmerkmale des menschlichen Elektroenzephalogramms festzustellen, die durch wiederholte Studien über viele Monate hinweg festgestellt wurde.

Normalerweise ist es möglich, im Voraus zu wissen, wie schnell ein reguläres Elektroenzephalogramm bei einem gut untersuchten Probanden erstellt wird und welche charakteristischen Merkmale er aufweist. Allerdings gibt es neben der großen Konstanz der Besonderheiten des individuellen Elektroenzephalogramms eines gesunden Menschen auch eine große physiologische Variabilität, selbst im Laufe desselben Tages.

Eine unabdingbare Voraussetzung für die Erstellung eines regelmäßigen Elektroenzephalogramms einer Person ist die außergewöhnliche Ruhe des wachen Gehirns. Es ist verständlich, wie schwierig es sein kann, dies in einem energiegeladenen Zustand zu erreichen und die Gehirnaktivität auszuschalten.

Wenn man stundenlang, Tag für Tag, die elektrischen Schwingungen beobachtet, die in der Großhirnrinde einer Person auftreten, kann man erkennen, dass das Gehirn oft wie ein Spiegel ist, der widerspiegelt, was man gerade tut.

Manchmal verschwinden die regelmäßigen Rhythmen des Gehirns plötzlich von selbst, es treten hochfrequente Schwingungen auf oder es treten spezielle Muskelströme auf. Es bedeutet, dass die Person über etwas nachgedacht, eine Bewegung gemacht oder sich etwas vorgestellt hat. Die Variabilität des Elektroenzephalogramms spiegelt Schwankungen in der Erregbarkeit des Zentralnervensystems wider.

Wenn Sie eine Person bitten, eine geistige Arbeit zu leisten, beispielsweise ein Problem zu lösen, das eine schwierige Situation darstellt, können Sie das Verschwinden des regelmäßigen Rhythmus der Alphawellen und das Auftreten hochfrequenter Schwingungen beobachten. Bei intensiver geistiger Arbeit werden Alphawellen durch hochfrequente Entladungen von 500–1000 Hz ersetzt, die über die gesamte Dauer der geistigen Aktivität anhalten und nach deren Beendigung die Alphawellen wiederhergestellt werden.

Mit geistiger Aktivität verbundene hochfrequente Schwingungen können lange anhalten. Bei einem Schüler, der normalerweise einen normalen Gehirnrhythmus herstellt, wird es schwierig, ein EEG aufzuzeichnen – es werden nur hochfrequente Schwingungen beobachtet. Es stellte sich heraus, dass er an seinen experimentierfreien Tagen mit der Prüfungsvorbereitung beschäftigt war.

Bei einem anderen Probanden, der überraschend problemlos ein normalerweise regelmäßiges Elektroenzephalogramm aufnahm, wurden nur einmal hochfrequente Schwingungen beobachtet. Es stellte sich heraus, dass er vor dem Experiment zwei Stunden lang gezeichnet hatte.

Im Allgemeinen ist für das menschliche Gehirn in einem ruhigen Zustand ein normaler Rhythmus von Alphawellen charakteristisch, und mit seiner Aktivität sind hochfrequente Schwingungen, Beta- und Gammawellen, verbunden.

Die rhythmische Aktivität des Gehirns beginnt bei einem Menschen zusätzlich zum motorischen Bereich bereits einen Monat nach der Geburt; es entwickelt sich offenbar gleichzeitig mit der kortikalen Aktivität, wenn das Kind beginnt, Objekte zu erkennen und zu greifen.

Da es sich in diesem Alter von dem der Erwachsenen unterscheidet, ändert sich das Elektroenzephalogramm allmählich, erst im Alter von 11 bis 12 Jahren nähert es sich der Norm eines Erwachsenen.Die rhythmische Aktivität des Gehirns setzt sich im Schlaf fort, verändert sich jedoch, wird vereinfacht und es treten sanfte, langsame Vibrationen auf.

Es ist interessant festzustellen, dass der Rhythmus des Gehirns des Schläfers nicht beispielsweise durch den Lärm eines Autos aus dem Nebenzimmer oder das Geräusch einer Hupe von der Straße gestört wird, sondern wenn im Zimmer ein Geräusch zu hören ist, z Zum Beispiel das Rascheln von Papier, verbunden mit der Tatsache, dass sich jemand im Raum befindet. Das Gehirn des Schläfers verändert sich. Dies ist auf das Vorhandensein von „Beobachtungspunkten des Gehirns“ zurückzuführen, die während des Schlafs einer Person wach sind.

Mit Hilfe der elektroenzephalographischen Methode ist es möglich, diese komplexen Veränderungen der Gehirnaktivität, die mit einer bestimmten subjektiven Empfindung einhergehen, objektiv zu beobachten und aufzuzeichnen.

Bei Erkrankungen des Gehirns treten Wellen von besonderer Form und Dauer auf. Bei Hirntumoren treten langsame Wellen mit einer Frequenz von 1-3 Hz auf, die er Deltawellen nennt. Delta-Wellen werden aufgezeichnet, wenn sie von der Stelle am Schädel direkt über dem Tumor aufgenommen werden, während normale Wellen aufgezeichnet werden, wenn sie von anderen Bereichen des Gehirns aufgenommen werden, die nicht vom Tumor erfasst werden. Das Auftreten von Deltawellen in dem vom Tumor betroffenen Teil des Gehirns wird durch die Degeneration der Hirnrinde an dieser Stelle bestimmt.

Auf diese Weise hilft das Elektroenzephalogramm, das Vorhandensein eines Tumors und dessen genaue Lage zu erkennen. Deltawellen im Elektroenzephalogramm finden sich auch bei anderen pathologischen Erkrankungen des Gehirns.

Bei einigen Traumata: Viele Jahre nach einer Kopfverletzung werden im Elektroenzephalogramm pathologische Deltawellen beobachtet.

Die Rhythmen des menschlichen Gehirns ändern sich oder verschwinden ganz mit einem aus verschiedenen Gründen verursachten Bewusstseinsverlust, sie ändern sich mit einem Sauerstoffmangel. So wurde in Experimenten die Wirkung des Einatmens einer Luftmischung mit einem reduzierten Sauerstoffanteil untersucht, die Wenn das Gehirn einen Bewusstseinsverlust verursacht, werden Gruppen von spitzenartigen Wellen mit außergewöhnlicher Spannung aufgezeichnet, als ob das Gehirn eine Art Bremse verloren hätte.

Die gleichen krampfartigen langsamen Wellen wurden bei Menschen beobachtet, die aufgrund einer Gehirnerschütterung unmittelbar nach einer Kopfverletzung bewusstlos waren. Bei einigen Erkrankungen des Gehirns werden hochfrequente Potentiale registriert (z. B. bei Schizophrenie) oder im Wechsel von langsamen Wellen und Wellen (bei Epilepsie).

Die Methode der Elektroenzephalographie ist für die Diagnose und Untersuchung von Hirnerkrankungen unerlässlich. Was die theoretische Bedeutung betrifft, so eröffnet die Elektroenzephalographie, die es ermöglicht, den Erregbarkeitszustand der Großhirnrinde zu registrieren, den Zugang zur direkten Untersuchung der Erregungs- und Hemmprozesse im menschlichen Gehirn, deren Verhältnis als die Hauptmechanismen der Nervenaktivität gilt .