Elektroenzephalographie (EEG): Ein umfassender Überblick über die Gehirnscan-Technologie

Viele Organe des menschlichen Körpers erzeugen elektrische Signale, die durch verschiedene diagnostische Verfahren gemessen werden können. Ein bekanntes Beispiel ist die Elektrokardiographie (EKG), die die elektrischen Ströme des Herzens sichtbar macht. Auch die Nervenzellen im Gehirn erzeugen charakteristische elektrische Ströme. Ähnlich wie beim EKG können diese Ströme mit Elektroden von der Körperoberfläche abgeleitet werden. Diese Messung wird als Elektroenzephalogramm (EEG) bezeichnet.

Einführung in die Elektroenzephalographie (EEG)

Die Elektroenzephalographie (EEG) ist eine nicht-invasive neurologische Untersuchungsmethode, die die elektrische Aktivität des Gehirns aufzeichnet. Durch die Anbringung von Elektroden auf der Kopfhaut können Spannungsschwankungen gemessen und in Form von Gehirnwellen dargestellt werden. Das EEG ist ein wertvolles Instrument zur Diagnose und Überwachung verschiedener neurologischer Erkrankungen und Zustände.

Was ist ein EEG?

Ein EEG, kurz für Elektroenzephalogramm, ist eine Aufzeichnung der elektrischen Aktivität des Gehirns. Diese Aktivität entsteht durch die Kommunikation zwischen den Milliarden von Nervenzellen (Neuronen) im Gehirn. Die Neuronen übertragen Signale durch elektrochemische Prozesse, und diese elektrischen Ströme können mit Elektroden auf der Kopfhaut gemessen werden. Die gemessenen Spannungsschwankungen werden als Gehirnwellen dargestellt, die Informationen über den Zustand und die Funktion des Gehirns liefern.

Wie funktioniert ein EEG?

Beim EEG werden Elektroden an bestimmten Stellen des Kopfes angebracht und über Kabel mit einem EEG-Gerät verbunden. Normalerweise werden für ein Routine-EEG 21 Elektroden verwendet, die oft in einer Haube zum Aufsetzen auf den Kopf integriert sind. Vor der Untersuchung werden die Elektroden mit Kontaktgel bestrichen, um eine gute elektrische Verbindung zur Kopfhaut herzustellen. Eine Rasur ist in der Regel nicht erforderlich, aber die Haare sollten gewaschen und frei von Rückständen von Stylingprodukten sein.

Die Messung erfolgt in entspannter, ruhiger Haltung im Liegen oder Sitzen. Während der Untersuchung gibt eine medizinische Fachkraft Anweisungen, z. B. die Augen zu öffnen oder heftig ein- und auszuatmen. Manchmal werden auch bestimmte Reize wie flackerndes Licht eingesetzt, um die Hirnaktivität anzuregen.

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Das EEG-Gerät verstärkt die schwachen elektrischen Signale des Gehirns und stellt sie als Wellenmuster auf einem Bildschirm oder Papier dar. Diese Wellenmuster geben Aufschluss über die Gehirnaktivität und können von Ärzten interpretiert werden, um verschiedene neurologische Zustände zu diagnostizieren.

Die Geschichte des EEGs

Die Elektroenzephalographie wurde in den 1920er Jahren von dem deutschen Hirnforscher Hans Berger entwickelt. Berger war der erste, der die elektrischen Ströme des menschlichen Gehirns aufzeichnete und entdeckte, dass diese Ströme je nach Aktivitätszustand des Gehirns variieren. Seine Arbeit revolutionierte die Neurologie und legte den Grundstein für die moderne EEG-Technologie.

Anwendungsbereiche des EEGs

Das EEG wird in einer Vielzahl von klinischen und Forschungsbereichen eingesetzt. Zu den wichtigsten Anwendungsbereichen gehören:

• Diagnostik von Epilepsie: Das EEG ist ein wichtiges Instrument zur Diagnose und Klassifizierung von Epilepsie. Epileptische Anfälle gehen oft mit charakteristischen Veränderungen der Gehirnwellen einher, die im EEG sichtbar gemacht werden können.
• Untersuchung von Schlafstörungen: Das EEG wird in Schlaflaboren eingesetzt, um Schlafstörungen wie Insomnie, Narkolepsie und Schlafapnoe zu untersuchen. Durch die Aufzeichnung der Gehirnaktivität während des Schlafs können Schlafstadien identifiziert und Auffälligkeiten erkannt werden.
• Überwachung der Hirnfunktion: Das EEG kann auf Intensivstationen eingesetzt werden, um die Hirnfunktion von Patienten mit schweren Hirnschädigungen zu überwachen. Es kann auch während Operationen verwendet werden, um die Narkose zu überwachen.
• Feststellung des Hirntods: Das EEG kann verwendet werden, um den Hirntod eines Menschen festzustellen. Beim Hirntod ist die elektrische Aktivität des Gehirns vollständig erloschen.
• Diagnostik von Hirnschädigungen: Das EEG kann bei der Diagnose von Hirnschädigungen wie Schlaganfällen, Hirntumoren und Schädel-Hirn-Traumata helfen.
• Migräne: Manchmal ist ein EEG jedoch sinnvoll, zum Beispiel wenn der Arzt mehr über die elektrische Aktivität des Gehirns wissen möchte. Die Mediziner messen die Hirnströme, wodurch eine mögliche erhöhte Erregbarkeit des Nervensystems nachgewiesen werden kann - das ist bei einer Migräne im EEG oft auffällig.

EEG bei der Diagnose von Migräne

Obwohl das EEG nicht zur Basisuntersuchung bei Migräne gehört, kann es in bestimmten Fällen sinnvoll sein. Wenn der Arzt mehr über die elektrische Aktivität des Gehirns erfahren möchte, kann ein EEG durchgeführt werden, um eine mögliche erhöhte Erregbarkeit des Nervensystems nachzuweisen, die bei Migräne häufig vorkommt. Eine Studie konnte mittels EEG-Messung darstellen, dass Migräne-Patienten Probleme besser lösen als gesunde Probanden. In dem Experiment mussten die Teilnehmer eine hilflose Situation bewältigen.

EEG bei anderen neurologischen Erkrankungen

Das EEG kann auch bei der Diagnose und Überwachung anderer neurologischer Erkrankungen wie Demenz, Enzephalitis und Hirnhautentzündung eingesetzt werden.

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Arten von EEG-Untersuchungen

Es gibt verschiedene Arten von EEG-Untersuchungen, die je nach Fragestellung undPatientenzustand eingesetzt werden können:

• Routine-EEG: Dies ist die häufigste Art von EEG-Untersuchung. Sie dauert in der Regel 20-30 Minuten und wird im Wachzustand durchgeführt.
• Schlaf-EEG: Diese Untersuchung wird während des Schlafs durchgeführt und kann helfen, Schlafstörungen und epileptische Anfälle im Schlaf zu erkennen.
• Langzeit-EEG: Diese Untersuchung wird über einen längeren Zeitraum (z. B. 24 Stunden oder mehrere Tage) durchgeführt, um seltene oder unregelmäßige Ereignisse wie epileptische Anfälle zu erfassen.
• Video-EEG-Monitoring: Bei dieser Untersuchung wird das EEG gleichzeitig mit einer Videoaufzeichnung des Patienten durchgeführt. Dies kann helfen, Anfälle zu identifizieren und von anderen Ereignissen zu unterscheiden.
• qEEG (quantitatives EEG): Das QEEG ist eine Erweiterung der Auswertung der Rohdaten. Ein vom Neurologen angefertigtes EEG findet meist Anwendung bei Schlaf-EEGs und dient oft der ersten Abklärung einer Anfallserkrankung, wie z.B. der Epilepsie.

Provokationsmethoden

Um bestimmte Muster im EEG hervorzurufen, können Neurologen sogenannte Provokationsmethoden anwenden. Dazu gehören beispielsweise die Hyperventilation (beschleunigte Atmung) oder die Photostimulation (Stimulation mit flackerndem Licht). Diese Methoden können helfen, epilepsietypische Muster im EEG nachzuweisen.

Interpretation von EEG-Ergebnissen

Ein Elektroenzephalogramm zeigt keine Zackenmuster wie eine Herzkurve beim EKG, sondern mehrere Wellen. Der Verlauf der Wellen hängt vor allem davon ab, wie aktiv das Gehirn gerade ist - also ob man wach ist oder schläft, konzentriert oder müde. Bei jedem Menschen zeigt sich ein für ihn typisches normales EEG-Bild. Das bedeutet, dass „normale“ EEGs sehr unterschiedlich aussehen können. Bei Kindern ist die Spannbreite noch ausgeprägter, zudem verläuft das Wellenmuster bei ihnen viel langsamer und unregelmäßiger als bei Erwachsenen.

Wenn ein EEG zur Diagnose eingesetzt wird, wird darauf geachtet, wie häufig die Wellen auftreten (Frequenz) und wie hoch sie sind (Amplitude). Abweichungen von typischen Wellenmustern können auf eine Erkrankung oder Störung hinweisen. Zum Beispiel fallen epileptische Krampfanfälle durch besonders hohe und steile Wellen (sogenannte Spikewellen) auf.

EEG-Wellen

Die EEG-Wellen werden anhand ihrer Frequenz und Amplitude klassifiziert:

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• Delta-Wellen (0,5-4 Hz): Diese langsamen Wellen treten vor allem im Tiefschlaf auf.
• Theta-Wellen (4-8 Hz): Diese Wellen sind im Dämmerschlaf und bei Entspannung vorhanden.
• Alpha-Wellen (8-12 Hz): Diese Wellen treten im entspannten Wachzustand bei geschlossenen Augen auf.
• Beta-Wellen (12-30 Hz): Diese schnellen Wellen sind im wachen, aufmerksamen Zustand und bei geistiger Aktivität vorhanden.
• Gamma-Wellen (30-100 Hz): Diese sehr schnellen Wellen werden mit höheren kognitiven Funktionen in Verbindung gebracht.

QEEG-Phänotypen und EEG-Biomarker

Abweichungen im QEEG können gezielt Auskunft über bestimmte Symptome geben, welche man gemeinhin als QEEG-Phänotypen oder EEG-Biomarker bezeichnet. Die QEEGs zeigen unterschiedliche Muster, die wir als EEG-Subtypen bezeichnen. Es zeigt sich oft ein Überschuss an frontaler Theta- oder Alpha-Aktivität. Seltener ist ein Alpha-Defizit, manchmal sind hohe Anteile von Alpha über beide Hirnhälften verteilt. Wir sehen auch häufig hohe Beta-Aktivität. Bei exzessiver Alpha- oder Beta-Aktivität ist zum Beispiel Ritalin meist wenig wirksam. In der Frontallappenregion sieht man häufig überschüssiges linksseitiges Alpha, bei Burnout und Posttraumatischer Belastungsstörung zeigen sich in den hinteren Bereichen des Gehirns oftmals übermäßig hohe Beta-Aktivität mit Defizit in Alpha, Theta und Delta erkennbar. Oftmals sind deutliche Abweichungen im Bereich der Schläfenlappen erkennbar. Da häufig auch die Sprache betroffen ist, finden wir in der Nähe der Zentren für Sprachverarbeitung entsprechende Defizite in den neuronalen Netzwerken, die intermodal Signale verarbeiten, wie z.B. Sehen/Motorik/Sprache. Aufmerksamkeitsstörungen sind anhand des QEEGs oft nicht die Ursache für Lernstörungen.

Vorteile und Grenzen des EEGs

Das EEG ist eine wertvolle diagnostische Methode, die jedoch auch ihre Grenzen hat.

Vorteile

• Nicht-invasiv: Das EEG ist eine nicht-invasive Untersuchung, die keine Strahlenbelastung verursacht.
• Hohe zeitliche Auflösung: Das EEG kann Veränderungen der Gehirnaktivität in Echtzeit erfassen.
• Kostengünstig: Das EEG ist im Vergleich zu anderen bildgebenden Verfahren wie MRT oder CT relativ kostengünstig.
• Vielseitig: Das EEG kann in einer Vielzahl von klinischen und Forschungsbereichen eingesetzt werden.

Grenzen

• Geringe räumliche Auflösung: Das EEG hat eine geringe räumliche Auflösung, was bedeutet, dass es schwierig sein kann, die genaue Quelle der Gehirnaktivität zu lokalisieren.
• Anfällig für Artefakte: Das EEG ist anfällig für Artefakte, die durch Muskelbewegungen, Augenbewegungen oder elektrische Störungen verursacht werden können.
• Interpretation erfordert Expertise: Die Interpretation von EEG-Ergebnissen erfordert Expertise und Erfahrung.

Quantitative Elektroenzephalographie (QEEG)

Das quantitative EEG (QEEG) ist eine Weiterentwicklung des traditionellen EEGs, bei der die EEG-Daten quantitativ analysiert werden. Dies ermöglicht eine objektivere und detailliertere Bewertung der Gehirnaktivität.

Was ist QEEG?

QEEG beinhaltet die Messung und Analyse von EEG-Daten mithilfe von Computeralgorithmen. Die EEG-Signale werden digitalisiert und in verschiedene Frequenzbänder (Delta, Theta, Alpha, Beta, Gamma) zerlegt. Anschließend werden verschiedene Parameter wie Amplitude, Frequenz und Kohärenz (Zusammenhang zwischen verschiedenen Hirnregionen) berechnet und mit Normwerten verglichen.

Vorteile von QEEG

• Objektivere Bewertung: QEEG ermöglicht eine objektivere Bewertung der Gehirnaktivität im Vergleich zur subjektiven Interpretation des traditionellen EEGs.
• Detailliertere Analyse: QEEG bietet eine detailliertere Analyse der Gehirnaktivität, die subtile Veränderungen aufdecken kann, die im traditionellen EEG möglicherweise übersehen werden.
• Vergleich mit Normwerten: QEEG ermöglicht den Vergleich der Gehirnaktivität eines Patienten mit Normwerten, was bei der Diagnose und Behandlungsplanung helfen kann.
• Neurofeedback-Therapie: QEEG kann zur Steuerung der Neurofeedback-Therapie eingesetzt werden, einer Behandlungsmethode, bei der Patienten lernen, ihre Gehirnaktivität selbst zu regulieren.

Anwendung von QEEG

Das QEEG findet Anwendung in verschiedenen Bereichen, darunter:

• Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS): QEEG kann helfen, Subtypen von ADHS zu identifizieren und die Behandlung zu planen.
• Lernstörungen: QEEG kann bei der Diagnose und Behandlung von Lernstörungen wie Legasthenie und Dyskalkulie helfen.
• Angststörungen und Depressionen: QEEG kann bei der Identifizierung von Mustern der Gehirnaktivität helfen, die mit Angststörungen und Depressionen verbunden sind.
• Traumatische Hirnverletzungen: QEEG kann bei der Bewertung von traumatischen Hirnverletzungen und der Überwachung der Genesung helfen.
• Epilepsie: QEEG kann bei der Identifizierung von epileptogenen Zonen im Gehirn helfen.

Grenzen von QEEG

Obwohl QEEG viele Vorteile bietet, gibt es auch einige Einschränkungen:

• Kosten: QEEG-Untersuchungen können teurer sein als traditionelle EEG-Untersuchungen.
• Expertise erforderlich: Die Interpretation von QEEG-Ergebnissen erfordert spezielle Expertise und Erfahrung.
• Kontroverse: Die Anwendung von QEEG in einigen Bereichen, wie z. B. der Diagnose von ADHS, ist umstritten.

Zukünftige Entwicklungen

Die Elektroenzephalographie ist ein sich ständig weiterentwickelndes Feld. Zukünftige Entwicklungen könnten die Entwicklung von tragbaren EEG-Geräten, die Verbesserung der räumlichen Auflösung des EEGs und die Integration von EEG mit anderen bildgebenden Verfahren umfassen.

EEG und fMRT

Die gleichzeitige Messung von EEG und funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) bietet eine hervorragende Möglichkeit, zeitlich-räumliche Muster der Reiz- und Informationsverarbeitung im Schlaf zu untersuchen. Zu einer genaueren Identifizierung derjenigen Hirnregionen, welche die verschiedenen Schlafphasen regulieren, ist es jedoch sinnvoll, auf die akustische Stimulation als Paradigma der Aktivierung zu verzichten und die verschiedenen Schlafstadien bzw. deren spezifische EEG-Spektraldaten der statistischen Analyse direkt zugrunde zu legen. Im Vergleich zu PET-Untersuchungen können mit einer solchen „stimulationslosen“ EEG/fMRT-Technik aufgrund einer deutlich günstigerer Orts- und Zeitauflösung detailliertere Aussagen zur Topographie der Aktivierungsmuster und damit zur funktionellen Anatomie des Schlafes gewonnen werden.

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