EEG ง่ายนิดเดียว-แนะนำความรู้พื้นฐาน EEG ตอนที่ 1

EEG ง่ายนิดเดียว-แนะนำความรู้พื้นฐาน EEG

การบันทึกทางระบบประสาทของสัตว์ครั้งแรกที่ทราบกันถูกดำเนินการโดย Richard Caton ในปี 1875 การบันทึกกิจกรรมทางไฟฟ้าของมนุษย์เกิดขึ้นครึ่งศตวรรษต่อมา โดย Hans Berger จิตแพทย์ชาวเยอรมัน ได้พัฒนา EEG ในมนุษย์ในปี 1924 EEG เป็นเทคนิคการบันทึกทางไฟฟ้าที่บันทึกกิจกรรมทางไฟฟ้าจากสมองมนุษย์ ด้วยความละเอียดที่ยอดเยี่ยมด้านเวลา การใช้งานหลักของ EEG คือการประเมินการทำงานของสมองแบบไดนามิก EEG มีประโยชน์อย่างยิ่งในการประเมินผู้ป่วยที่สงสัยว่าเป็นโรคลมชักและอาการผิดปกติอื่นๆ โดยทั่วไปแล้ว ผู้ป่วยโรคลมชักเกือบทุกคนจะแสดงการเปลี่ยนแปลงของ EEG ที่เป็นลักษณะเฉพาะในระหว่างการชัก (ictal recordings) และผู้ป่วยส่วนใหญ่จะแสดงการปลดปล่อยคลื่นไฟฟ้าแบบ epileptiform ที่ระหว่างการชัก (interictal discharges) ซึ่งมีชื่อเรียกต่างๆ เช่น spike, spike and wave หรือ sharp-wave discharges

EEG ยังถูกนำมาใช้ในวัตถุประสงค์ทางคลินิกอื่นๆ เช่น การตรวจสอบความลึกของการวางยาสลบระหว่างการผ่าตัด เนื่องจาก EEG มีความไวสูงในการแสดงการเปลี่ยนแปลงของการทำงานของสมองแม้จะเป็นช่วงแรกๆ จึงมีประโยชน์ในการเฝ้าระวังภาวะแทรกซ้อนที่อาจเกิดขึ้น เช่น การขาดเลือดหรือเนื้อตาย นอกจากนี้ คลื่น EEG ยังสามารถนำมาทำค่าเฉลี่ยเพื่อสร้างศักยภาพที่เกิดขึ้น (evoked potentials, EPs) และศักยภาพที่เกิดจากเหตุการณ์ (event-related potentials, ERPs) ซึ่งใช้ในการวิเคราะห์การทำงานของการมองเห็น การได้ยิน การรับรู้สัมผัส และการทำงานของสมองขั้นสูง

EEG มักถูกสร้างขึ้นโดยเซลล์ประสาทปิรามิดในชั้นสมองที่ตั้งฉากกับผิวสมอง กิจกรรมทางประสาทที่สามารถตรวจจับได้ด้วย EEG เป็นผลรวมของศักยภาพโพสต์ซินแนปติกที่กระตุ้นและยับยั้งจากกลุ่มเซลล์ประสาทที่ยิงพร้อมกัน การบันทึก EEG จากหนังศีรษะหรือผิวสมองไม่สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้าในระดับท้องถิ่นที่เกิดจากศักยภาพของการทำงานของเซลล์ประสาทได้ ดูรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับหลักการทางระบบประสาทที่อยู่เบื้องหลัง EEG

รูปที่ 1 : ตัวอย่างการบันทึก EEG ขณะตื่นตัวในผู้หญิงอายุ 24 ปี เป็นช่วงเวลานาน 10 วินาที ช่องแรกทั้งสี่ช่อง เรียกว่าเชนแรก แสดงกิจกรรมทางสมองที่บันทึกจากบริเวณกลางศีรษะ จัดเรียงจากด้านหน้าไปด้านหลัง ช่องถัดไปสี่ช่อง เชนที่สอง แสดงกิจกรรมบริเวณศีรษะซ้าย parasagittal ช่องกลางสี่ช่อง เชนที่สาม แสดงบริเวณศีรษะขวา parasagittal ส่วนสองชุดช่องล่างสุดหรือเชนแต่ละชุด แสดงบริเวณศีรษะด้านข้างซ้ายและขวาตามลำดับ แต่ละส่วนแสดงเวลาบันทึก 1 วินาที

มีการแสดงกิจกรรมจังหวะสั่นเป็นระลอกเร็วที่เห็นได้ชัดเจนที่สุดในชุดช่องสี่ช่องในแต่ละเชนบริเวณท้ายทอยหรือช่องด้านหลัง และมีความสมมาตรค่อนข้างมาก นี่คือ PDR ซึ่งเห็นได้ดีที่สุดเมื่อหลับตาในขณะตื่นอย่างผ่อนคลาย การเบนลงที่กว้างในทิศทางลงในวินาทีที่ 2 ในแต่ละช่องห้าช่องของบริเวณหน้าผากแสดงถึงอาร์ติแฟกต์กระพริบตา เช่นเดียวกับคลื่นในวินาทีที่ 9 ช่อง ECG แสดงที่ด้านล่างสุด ช่วยผู้ตีความในการตรวจจับรอบการเต้นของหัวใจ (ซึ่งเป็นแหล่งที่มาของอาร์ติแฟกต์ที่พบบ่อยในการปนเปื้อนช่อง EEG) และความผิดปกติของจังหวะการเต้นของหัวใจที่เป็นไปได้…..ลิขสิทธิ์ 2013. มูลนิธิ Mayo Foundation for Medical Education and Research. สงวนลิขสิทธิ์. ภาพจาก Erik K. St. Louis, MD.

ปัญหาหนึ่งของ EEG คือกิจกรรมทางสมองอาจถูกขัดขวางโดยกิจกรรมทางไฟฟ้าอื่นๆ ที่เกิดจากร่างกายหรือสิ่งแวดล้อม แรงดันไฟฟ้า EEG ที่เกิดจากสมองต้องผ่านตัวกรองชีวภาพหลายชั้นก่อนถึงจุดบันทึกซึ่งจะลดความแรงของสัญญาณและกระจายกิจกรรม EEG ออกไป กิจกรรมทางไฟฟ้าที่เกิดจากกล้ามเนื้อหนังศีรษะ ดวงตา ลิ้น และแม้แต่หัวใจ อาจสร้างแรงดันไฟฟ้าที่มากจนขัดขวางและบิดเบือนกิจกรรมทางสมอง การหลุดชั่วคราวของอิเล็กโทรดบันทึก (เรียกว่า “electrode pop” artifact) ยังสามารถทำให้ EEG เสียหายหรือเลียนแบบจังหวะสมองและการชัก โชคดีที่อาร์ติแฟกต์มีลักษณะเฉพาะที่สามารถระบุได้โดยผู้สังเกตที่มีการฝึกฝนดีและรอบคอบ ดูตัวอย่างอาร์ติแฟกต์ที่พบบ่อยในระหว่างการบันทึก EEG

รูปที่ 2 ข้อตกลงเรื่องขั้วไฟฟ้าและการหาตำแหน่งใน EEG (EEG MONTAGE)

ในการบันทึก EEG การเบนขึ้นแสดงถึงขั้วลบ และการเบนลงแสดงถึงขั้วบวก ช่องการบันทึกแต่ละช่องประกอบด้วยคู่ขั้วไฟฟ้าสองจุดตามที่แสดงด้านล่าง ซึ่งเป็นวิธีการบันทึกแบบไบโพลาร์ตามแนวยาว (แรงดันไฟฟ้าที่บันทึกที่จุดขั้วไฟฟ้าหนึ่งจะถูกหักลบกับขั้วไฟฟ้าข้างเคียงจากด้านหน้าไปด้านหลังในลำดับที่เชื่อมโยงกัน โดยที่ Grid 1 แทนจุดขั้วไฟฟ้าแรกและ Grid 2 แทนจุดขั้วไฟฟ้าที่สอง) ในตัวอย่างด้านล่างนี้ จะมีคลื่นแหลมสองคลื่นที่มีลักษณะขั้วไฟฟ้าแตกต่างกันเล็กน้อย

ในวินาทีแรก คลื่นแหลมมีขั้วลบสูงสุดที่ F8–T8 ซึ่งเป็นจุดที่เห็นศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน ช่อง 1 (FP2-F8) แสดงการเบนลงของขั้วบวก เนื่องจากคลื่นแหลมชี้ลง (หมายความว่า Grid 1 [FP2] มีขั้วบวกมากกว่า Grid 2 [F8]) ขณะที่ช่อง 2 (F8-T8) แสดงแรงดันไฟฟ้าค่อนข้างเรียบเนื่องจาก Grid 1 (F8) และ Grid 2 (T8) มีแรงดันไฟฟ้าเกือบเท่ากัน ทำให้เกิดการหักล้างเฟสและแรงดันไฟฟ้าที่เท่ากัน ช่อง 3 (T8-P8) แสดงการเบนขึ้นของคลื่นแหลมแสดงถึงขั้วลบที่มีความแรงมากกว่า Grid 2 (P8) ช่อง 4 (P8-O2) แสดงคลื่นไฟฟ้าขั้วลบเล็กน้อยแสดงถึงการลดลงของแรงดันไฟฟ้าจากคลื่นแหลม การกำหนดแรงดันไฟฟ้าในลักษณะนี้ช่วยให้ผู้ตีความสามารถระบุตำแหน่งขั้วลบสูงสุดที่ช่อง 2 (F8-T8) แสดงว่ามีคลื่นแหลมระหว่างจุดขั้วไฟฟ้าที่สองและสามในเชน

ในคลื่นแหลมที่สอง ซึ่งเกิดขึ้นช่วงปลายวินาทีที่สอง คลื่นแหลมมีขั้วลบสูงสุดที่ขั้วไฟฟ้า F8 การวิเคราะห์หาตำแหน่งคล้ายกับตัวอย่างข้างต้น ในช่อง 1 (FP2-F8) แสดงการเบนลงของขั้วบวก ขณะที่ช่อง 2 (F8-T8) แสดงการเบนขึ้นของขั้วลบ ดังนั้นจึงสามารถสรุปได้ว่าคลื่นแหลมอยู่ที่ F8…..ลิขสิทธิ์ 2013. มูลนิธิ Mayo Foundation for Medical Education and Research. สงวนลิขสิทธิ์. ภาพจาก Erik K. St. Louis, MD.

การแสดงผล EEG ทั่วไปจะกราฟแรงดันไฟฟ้าในแนวตั้งและเวลาในแนวนอน ให้การแสดงผลกิจกรรมสมองที่เกิดขึ้นในเวลาจริง ด้วยการบันทึกและการทบทวนดิจิตอล ผู้ตีความสามารถปรับเปลี่ยนหลายแง่มุมของการแสดงผล EEG เพื่อความสะดวกและความเข้าใจได้ ผู้ตีความสามารถปรับความไว (หรือที่รู้จักว่า “gain”) ของการบันทึก เพื่อเพิ่มหรือลดความสูงของคลื่นสัญญาณ นอกจากนี้ยังสามารถปรับระยะเวลาที่แสดงผลซึ่งบางครั้งเรียกว่า epoch เพื่อดูช่วงสั้นๆ บนหน้าจอคอมพิวเตอร์ ซึ่งมีประโยชน์ในการดูเหตุการณ์ EEG สั้นๆ เช่น spikes แบบ epileptiform ในทางกลับกัน สามารถขยายมาตราส่วนเวลาเพื่อแสดงช่วงเวลา EEG ที่นานขึ้นเพื่อดูการปลดปล่อยคลื่นจังหวะที่พัฒนาอย่างช้าๆ ฟิลเตอร์ดิจิตอลยังสามารถใช้ลดอาร์ติแฟกต์ในบางสถานการณ์ แต่ต้องใช้ด้วยความระมัดระวังอย่างมากเนื่องจากอาจกรองกิจกรรม EEG ที่สนใจและบิดเบือนคลื่นสัญญาณอย่างรุนแรง

EEG ใช้หลักการของการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเชิงส่วนต่าง โดยการบันทึกความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างจุดสองจุดที่ใช้คู่ของอิเล็กโทรดที่เปรียบเทียบระหว่างจุดสำรวจที่ใช้งานอยู่กับจุดอ้างอิงที่ใกล้เคียงหรือห่างไกล เฉพาะการวัดความแตกต่างของศักยภาพทางไฟฟ้าเท่านั้นที่สร้างคลื่นสัญญาณ EEG ที่สามารถสังเกตได้ โดยการตั้งค่ามาตรฐาน เมื่ออิเล็กโทรดสำรวจที่ใช้งานอยู่ (เรียกว่า G1) มีแรงดันไฟฟ้าเป็นลบมากกว่าจุดอ้างอิง (G2) คลื่นสัญญาณ EEG จะพุ่งขึ้นเหนือเส้นแนวนอน (คือ คลื่นขึ้น) แต่ถ้าตรงกันข้าม จุดอ้างอิงมีแรงดันไฟฟ้าเป็นลบมากกว่า คลื่นสัญญาณ EEG จะพุ่งลงใต้เส้นแนวนอน (คลื่นลง) ดูตัวเลือกของความเป็นไปได้อื่นๆ ของความเป็นขั้วในรูปที่ 2

รูปที่ 3: ตัวอย่างการใช้งาน MEG ในเด็กผู้หญิงที่มีภาวะ tuberous sclerosis โดยแสดง dipole กระแสไฟฟ้าสมมูล ภูมิภาคที่น่าสนใจถูกแสดงด้วยรหัสสี ซึ่งแสดงถึงการเคลื่อนไหวของมือ (สีแดง), การรับความรู้สึกทางร่างกาย (สีฟ้า) และ dipole แบบ epileptiform (สีฟ้าอ่อน) ภาพตัดขวางแสดงว่า dipole แบบ epileptiform อยู่ใกล้กับก้อนเนื้องอกในสมองและอยู่ห่างจากการทำงานของการเคลื่อนไหวและการรับความรู้สึกทางร่างกาย

ภาพจาก Deepak Madhavan, MD, University of Nebraska, Omaha, Nebraska.

เทคนิคที่เกี่ยวข้องกับ EEG คือ MEG ซึ่งไม่ได้บันทึกกิจกรรมทางไฟฟ้า แต่ใช้เซนเซอร์จับสนามแม่เหล็กที่สร้างโดยสมอง MEG ให้ข้อมูลเสริมแก่ EEG โดยแสดงกิจกรรมของ dipole แม่เหล็กสมอง เนื่องจากสนามแม่เหล็กถูกกรองโดยชีวภาพของศีรษะน้อยกว่ากิจกรรมทางไฟฟ้า MEG dipole อาจให้ตำแหน่งที่แม่นยำกว่าสำหรับแหล่งกำเนิด epileptiform ของสมองมากกว่า EEG บทวิจารณ์โดยละเอียดเกี่ยวกับ MEG นั้นเกินขอบเขตของบทความนี้ ผู้อ่านที่สนใจสามารถดูวรรณกรรมล่าสุดที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับหัวข้อนี้ (1–3) ดูรูปที่ 3 สำหรับตัวอย่างของ MEG

บทความอื่นๆที่เกี่ยวข้อง

อ้างอิงจาก

Britton JW, Frey LC, Hopp JLet al., authors; St. Louis EK, Frey LC, editors.Electroencephalography (EEG): An Introductory Text and Atlas of Normal and Abnormal Findings in Adults, Children, and Infants [Internet]. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK390346/