脳波は物理学と神経生物学の驚異であり、人間の脳へのシンプルな窓を開きます。この窓は小さいことが多いですが、 非常に多くのことを明らかにするしかし、何よりも驚くべきは、頭蓋骨を割らなくても何かがわかるという点です。今年は、ドイツの生理学者ハンス・ベルガーが初めて人間の脳波を計測してから 100 年目にあたります。
EEG はどのように発明されたのでしょうか?
バーガーの偉業に先立って、19 世紀後半からヨーロッパ全土で少しずつではあるが重要な進歩が遂げられてきた。1875 年、イギリスの医師リチャード・ケイトンはサルとウサギの脳に電気活動の証拠があると報告した。15 年後、彼の同僚であるポーランド人のアドルフ・ベックは、イヌとウサギの感覚を刺激すると脳に変動的な活動があるという証拠を発見した。
1912 年、ウラジミール プラヴディチ ネミンスキーは、犬の脳の最初の哺乳類 EEG を作成しました。ベルガーは 1924 年に人間の脳波で彼の後を継ぎました。彼はまた、EEG を発明し、それに名前を付け、臨床現場でその有用性を紹介したことでも知られています。
EEGとは何ですか?
EEG は脳波記録法の略です。「Electro-」は電気に関係し、「-encephalo-」は脳を指し、「-graphy」は示す、または表現することを意味する接尾辞です。
脳内のニューロンは、イオンなどの電荷を帯びた粒子を動かすことでさまざまな機能を果たします。これらの粒子の動きによって電気活動が生じ、医療従事者は脳波検査でそれを視覚化することができます。研究者たちはまた、脳波から得たデータを脳活動のさまざまなレベルやモードと関連付け、それを使って正常な状態と異常な状態を確実に区別できるようになりました。
脳波は臨床現場では珍しい診断検査ではありません。他の用途の中でも、脳波は 参照標準 てんかんを診断するには、脳波検査（つまり、利用可能な最良の検査）が不可欠です。脳波検査では、麻酔の影響、睡眠パターン、昏睡中の神経活動、酸素の供給状況も明らかにすることができます。また、脳死はインドで法的に認められている 2 つの死因のうちの 1 つであるので、脳死の確認にも脳波検査が役立ちます。
研究では、科学者は脳波を神経科学、認知心理学、神経言語学、神経マーケティングの研究や脳コンピューターインターフェースの開発に使用しています。
体積伝導とは何ですか?
EEG は、ニューロンによって生成される脳内の電気活動を測定します。EEG テストでは、医療従事者が頭皮に電極を配置します。電極とニューロンの間には、皮膚、体液、骨の多くの層があります。ニューロンが電気活動を生成すると、荷電粒子は電極に到達する前にこれらすべての媒体を通過し、途中で反射、屈折、散乱などが発生します。
体積伝導とは、この 3 次元体積を通る電気活動の移動を指します。また、電気活動は 1 か所で生成されるのに対し、それを検出する検出器はある程度離れた場所に配置されていることも意味します。
電極によって収集された生データは、まず体積伝導の影響について補正する必要があり、次に欠陥のある電極、偶発的な生理学的活動（瞬きや筋肉の活動など）から生じるデータ内のノイズについて補正する必要があります。最終的に臨床医が処理されたデータを解釈します。
EEG テストはどのように機能しますか?
人間の脳を構成するニューロンは、常に周囲と原子、分子、タンパク質などを交換しています。ニューロンは、ニューロン間の空間にイオンを押し出すことがあります。同じ電荷のイオンは互いに反発するため、この「動き」によって他のイオンを押しのけ、さらにそのイオンも押しのけ、といった動作が繰り返されます。
多数のニューロンが同時にこのカスケードを開始すると、（比較的）大きな電気活動の波が脳内を流れます。頭皮の電極は金属でできており、波が通過するときに電圧の変化を追跡し、脳波を作成します。
電極はどこに配置されていますか?
電極はどこにでも配置できますが、科学者と意見を比べたり、臨床基準に従う場合は、国際 10-20 システムに従う必要があります。このシステムでは、隣接する 2 つの電極間の距離は、電極が配置されている頭部の 2 点間の総距離の 10% または 20% になります。
一般的な参照点は 4 つあり、前方から後方に向かってナジオン (鼻梁のすぐ上にある目の間のくぼみ) とイニオン (頭蓋骨の後ろの隆起)、左右に向かって耳珠から耳珠までです。 (耳珠は外耳にある小さなフラップのような突起で、大きな音が聞こえたときに耳をふさぐために押し込みます。)
EEG で何がわかり、何がわからないのでしょうか?
電極で記録された電圧の変化はコンピューターに送信され、電圧を 1 つの軸、経過時間を別の軸にしてグラフに記録されます。医療従事者は通常、グラフ内の 2 種類のデータ、つまり電圧 (100 万分の 1 ボルトで測定) と変動の周波数 (ヘルツで測定) に興味があります。また、検査で記録された電気活動を担うニューロンの位置 (大脳皮質の 2 種類の皮質、たとえば新皮質または異皮質) も考慮に入れます。
EEG は、脳内の比較的高速な電気活動 (ミリ秒単位) を追跡する点では、他の診断装置よりも優れています。欠点としては、皮質の表面近くで生成される電気信号に偏り、特にニューロンの樹状突起で生成される電流に偏り、軸索で生成される電流に偏りが見られることです。脳内のどこで電気活動が発生したかを正確に特定して、電気データを生成するプロセスも、簡単ではありません。
これらの課題やその他の課題を克服するために、研究者はEEGを他の検査と組み合わせて使用してきました。 磁気共鳴画像 (MRI) を開発し、高度なデータ取得、処理、再構成方法を開発しました。
EEG は手頃な価格ですか?
計測および診断能力以外にも、EEG のセットアップは比較的シンプルでコスト効率に優れています。関連する機器は場所を取らず、高エネルギー放射線や音を発せず、患者を狭い空間 (MRI など) に閉じ込めることもなく、非侵襲的で持ち運び可能です (EEG の侵襲バージョンは皮質電気記録法 (ECoG) と呼ばれます)。
同様に、診断上の欠点は別として、EEG テストの準備には時間がかかり、被験者の頭にジェルを塗布し、10-20 システムに従って電極を正確な位置に配置するなど、被験者の髪の毛が少しでも太いと、その測定値が影響を受ける可能性があります。