Mikä on elektroenkefalogrammi, EEG?

EEG on ikkuna, joka paljastaa aivotoiminnan neurofysiologisen ja mentaalisen tilan. 

EEG-mittaus paljastaa aivotoiminnan neurofysiologisen tilan nopeasti ja tarkasti. Mittaus on täysin kivuton, eikä mitenkään vaikuta aivojen luonnolliseen toimintaan. Aivojen sähköisen toiminnan vaihteluita kuvaava mittaustallenne antaa yksityiskohtaista informaatiota solujen ja kudosten toiminnasta, aivojen fysiologisista, kognitiivisista ja mentaalisista toiminnoista sekä käytettävissä olevista voimavaroista – kaikista erilaisista tiloista ja toimintavoista, joita aivoissa voi ilmetä. Siten EEG toisaalta heijastaa aivojen toiminnallista tilaa, joka käsittää sen dynaamiset prosessit, ja toisaalta tieto toimintatavasta antaa mahdollisuuden muuttaa aivokuoren toimintoja, mikä puolestaan vaikuttaa sekä aivojen että koko kehon toimintaan.

Digitaalinen EEG tallentaa aivojen sähköistä toimintaa digitaalisessa muodossa. Sen mittaamiseksi päänahkaan kiinnitetään sähköä johtavan geelin avulla elektrodeja (mittausantureita) tietyn kansainvälisen 10-20 systeemin mukaisesti. Pään eri puolille sijoitetut elektrodit mittaavat ja tallentavat tiedon sähköisen kentän voimakkuuden vaihteluista kussakin kohdassa. Ajan myötä muuttuva kenttä liittyy miljoonien aivosolujen eli neuronien toimintaan. Yksittäinen neuroni synnyttää pienen sähköisen jännitteen, jotka yhdessä muodostavat kentän. Jokainen EEG-lukema on siten monien yksinkertaisten signaalien superpositio.

Kvantitatiivinen EEG (QEEG) perustuu tilastollisten analysointimenetelmien käyttöön. Niiden avulla aivojen sähköfysiologinen aktiivisuus voidaan määrittää tarkasti ja objektiivisesti. Tietotekniikan kehittymisen myötä aivojen sähköisestä toiminnasta saadaan nyt paljon sellaista tietoa, mitä aikaisemmin käytössä ollut EEG-signaalin silmämääräinen tutkimus ei voinut tavoittaa. QEEG antaa käsityksen siitä, millä tavoin kunkin henkilön fysiologiset, kognitiiviset ja mentaaliset toiminnot ovat järjestäytyneet ja kuinka hänen aivonsa käyttävät voimavarojaan esimerkiksi stressin ja sairauksien käsittelyssä ja kompensoinnissa.

Lukuisat tieteelliset tutkimukset ovat toistuvasti vahvistaneet tiettyjen QEEG parametrien stabiilisuuden ja spesifisyyden (so. niiden vakauden ja selkeän ominaislaadun). Nämä parametrit on määritetty mittaamalla suuri joukko eri-ikäisiä ja eri kansallisuuksia edustavia terveitä yksilöitä. Parametrien spesifisyys kaikkien eri EEG taajuuskaistojen (delta, theta, alfa ja beta) osalta on vahvistettu lukuisissa tutkimuksissa. Todennäköisyyden sille, että terveeltä, normaalisti toimivalta yksilöltä löytyy standardijakautumasta poikkeava arvo, on moneen kertaan osoitettu olevan satunnaisjakautuman rajoissa, ja testauksen luotettavuus on vahvistettu suurella määrällä uudelleenmittauksia. Standardijakautuma on laajennettu käsittämään ikäjakautuma yhdestä 95 vuoteen kaikille kansainvälisen 10-20 systeemin EEG-elektrodille, ja siihen on sisällytetty myös monia vain QEEG:n tavoittamia parametreja. Kun mittauksessa saatujen signaalien erityispiirteet eivät riipu kulttuurisista tai etnisistä tekijöistä, aivojen tila ja niiden toimintatapa voidaan määrittää luotettavasti kaikilta. Tutkimusten myötä on käynyt selväksi, että tilastollisesti merkittävä QEEG arvon poikkeama standarditasosta viittaa aina joihinkin neurologisiin, kehityksellisiin tai psykiatrisiin toimintahäiriöihin tai poikkeavuuksiin.

EEG on ainutlaatuinen väline ihmisen neurokognitiivisten prosessien tutkimisessa. Nopean aikaresoluutionsa ansiosta EEG mittaa kognitiivista tapahtumista reaaliaikaisesti. Toisin kuin muissa aivojen kuvantamiseen käytetyissä tekniikoissa, kuten MRI tai PET, mittaustuloksen suhde fysiologisiin tapahtumiin tunnetaan tarkasti. EEG mittaa aivojen neuraalista sähkömagneettista aktiivisuutta suoraan, kun taas MRI ja PET mittaavat aivojen tapahtumista epäsuorasti, ilman että syvemmin ymmärrettäisiin, miten mittaustulokset liittyvät kognitiivisiin prosesseihin.

EEG mittaa myös sellaisia kognitiivis –affektiivisia (so. tunteisiin liittyviä) prosesseja joihin ei liity selkeästi havaittavaa käyttäytymisvastetta. Esimerkiksi hyvin pienet sähköiset aktivaatiomuutokset, joiden tiedetään liittyvän torjuntaan, luovuuteen tai meditaatiotiloihin, ovat sillä erotettavissa.   

EEG-mittaus on täysin ulkoinen ja harmiton toimenpide, kun taas muissa aivokuvantamisen tekniikoissa kohteeseen lievästi vaikutetaan, ja ne saatetaan toimenpiteinä kokea stressaaviksi.

Lähdeaineistoa 

• Basar E. Brain function and oscillations: I. Brain oscillations, principles and approaches. Berlin: Springer; 1998

• Fingelkurts Al.A., Fingelkurts An.A. Short-term EEG spectral pattern as a single event in EEG phenomenology. The Open Neuroimaging Journal, 2010;4:130-156

• Fingelkurts Al.A., Fingelkurts An.A., Ermolaev V.A., Kaplan A.Ya. Stability, reliability and consistency of the compositions of brain oscillations. International Journal of Psychophysiology, 2006;59(2):116-126

• Fingelkurts An.A., Fingelkurts Al.A. Alpha rhythm Operational Architectonics in the continuum of normal and pathological brain states: Current state of research. International Journal of Psychophysiology, 2010;76(2):93-106

• Fingelkurts An.A., Fingelkurts Al.A. Brain-mind Operational Architectonics imaging: technical and methodological aspects. The Open Neuroimaging Journal, 2008;2:73-93

• Fingelkurts An.A., Fingelkurts Al.A. Making complexity simpler: Multivariability and metastability in the brain. International Journal of Neuroscience, 2004;114(7):843-862

• Fingelkurts An.A., Fingelkurts Al.A. Timing in cognition and EEG brain dynamics: discreteness versus continuity. Cognitive Processing, 2006;7(3):135-162

• Gevins A. Electrophysiological Imaging of Brain Function. P. 175–188. In: Brain mapping. The methods. Toga AW, Mazzoitta JC (eds). 2 edition. Elsevier Science (USA), 2002; pp. 877.

• Gevins A. The future of electroencephalography in assessing neurocognitive functioning. Electroencephalogr. Clinical Neurophysiology, 1998;106:165–172

• Hughes J.R., John E.R. Conventional and Quantitative Electroencephalography in Psychiatry. The Journal of Neuropsychiatry and Clinical Neurosciences, 1999;11:190-208

• Inui K., Motomura E., Okushima R., et al: Electroencephalographic findings in patients with DSM-IV mood disorder, schizophrenia, and other psychotic disorders. Biological Psychiatry, 1998;43:69–75

• John E.R., Karmel B.Z., Corning W.C., Easton P., Brown D., Ahn H., John M., Harmony T., Prichep L., Toro A., Gerson I., Bartlett F., Thatcher R., Kaye H., Valdes P., Schwartz E. Neurometrics: Numerical taxonomy identifies different profiles of brain functions within groups of behaviourally similar people. 1977;196(4297):1393-1410

• John E.R., Prichep L.S., Winterer G., Herrmann W.M., diMichele F., Halper J., Bolwig T.G., Cancro R. Electrophysiological subtypes of psychotic states. Acta Psychiatr Scand 2007;116:17–35

• Johnstone J, Gunkelman J, Lunt J. Clinical database development: characterization of EEG phenotypes. Clinical EEG and Neuroscience, 2005;36(2):99-107

• Kanda P.A.dM., Anghinah R., Smidth M.T., Silva J.M. The clinical use of quantitative EEG in cognitive disorders. Dementia & Neuropsychologia, 2009 ;3(3):195-203

• Knyazev G.G., Savostyanov A.N., Levin E.A. Uncertainty, anxiety, and brain oscillations. Neuroscience Letters, 2005;387:121–125

• Nunez P.L. Physiological Foundations of Quantitative EEG Analysis. In: Shanbao Tong and Nitish V. Thakor, editors. Quantitative EEG Analysis Methods and Clinical Applications. ARTECH HOUSE, 2009, p.1-22

• Prichep L.S., John E.R., Ferris S.H., Rausch L., Fang Z., Cancro R., Torossian C., Reisberg B. Prediction of longitudinal cognitive decline in normal elderly with subjective complaints using electrophysiological imaging. Neurobiology of Aging, 2006;27:471–481

• Sanei S., Chambers J.A. EEG signal processing. John Wiley & Sons Ltd, 2007, pp.289

• Schutter D.J.L.G., Leitner C., Kenemans J.L., van Honk J. Electrophysiological correlates of cortico-subcortical interaction: A cross-frequency spectral EEG analysis. Clinical Neurophysiology, 2006;117:381–387

• Shelley B.P., Trimble M.R., Boutros N.N. Electroencephalographic cerebral dysrhythmic abnormalities in the trinity of nonepileptic general population, neuropsychiatric, and neurobehavioral Disorders. The Journal of Neuropsychiatry and Clinical Neurosciences, 2008;20:7–22

• Thatcher R.W., Lubar J.F. History of the scientific standards of QEEG normative databases. Introduction to QEEG and Neurofeedback: Advanced Theory and Applications” Thomas Budzinsky, H. Budzinski, J. Evans and A. Abarbanel editors, Academic Press, San Diego, Calif (2008)