EEG: was tut sich im Gehirn?

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Wie aktiv das Gehirn gerade ist, verrät die Elektroenzephalographie (EEG), ein wertvolles Untersuchungsverfahren in der Neurologie, das vor allem der Diagnostik von Epilepsien und Schlafstörungen dient. Und das schmerz- und (nahezu) gefahrlos.

Die elektrischen Aktivitäten des Gehirns sind nicht immer gleich. Wie sie aussehen, hängt davon ab, in welcher Hirnregion sie entstehen, wie alt man ist, ob man wach ist oder schläft. Und nicht zuletzt auch davon, ob Funktionsstörungen des Gehirns vorliegen. Mehrere an der Schädeloberfläche angebrachte Elektroden, die die durch die Aktivität der Nervenzellen der Hirnrinde bedingten Spannungsschwankungen (Hirnströme) ableiten, ergeben ein sogenanntes Elektroenzephalogramm (EEG; griech.: encephalon = Gehirn), das dem Neurologen verrät, ob Störungen der normalen Erregungsabläufe im Gehirn vorhanden sind oder nicht. Damit steht ihm ein wichtiges Instrument zur Diagnostik epileptischer Erkrankungen und Schlafstörungen zur Verfügung. Die 1929 vom deutschen Neurologen und Psychiater Hans Berger entwickelte Enzephalographie dient aber auch noch weiteren Zwecken.

Was misst wie ein EEG?

Das Gehirn besitzt Milliarden von Nervenzellen, verbunden über zahlreiche Synapsen (Kontaktstellen), an denen ein Reiz, d.h. eine Information, von einer Zelle auf eine andere übertragen wird. Die bei einer einzigen solchen Aktion auftretenden sehr geringen elektrischen Schwankungen, genannt Synapsenpotential, kann man zwar nicht über Hautelektroden erfassen, wohl aber das Summenpotential, das bei einer gleichzeitigen Anregung tausender Synapsen entsteht. Damit diese Spannungen mit ihren 10 bis 100 Mikrovolt aber tatsächlich gemessen werden können, ist ein enger Kontakt zwischen den (meist 21) ableitenden, kleinen, in der Regel in einer Art Haube eingearbeiteten Metallelektroden und der Kopfhaut (ideal: frisch gewaschenes, trockenes, nicht mit Haarspray oder -gel behandeltes Haar) des Patienten vonnöten. Der wird erreicht durch das Einstreichen der Elektroden mit einem speziellen Gel oder Spray.

Zwecks Darstellung der Potentialunterschiede einzelner Hirnregionen werden die Elektroden miteinander verschaltet, dann die Hirnströme verstärkt, und – meist digital, nur noch selten auf Papier – aufgezeichnet. Die computergestützte Speicherung und Auswertung erlaubt die Beurteilung eines jeden gerade interessierenden EEG-Abschnitts in jeder beliebigen Verschaltung und verbessert somit die Aussagekraft der Untersuchung. Die Anordnung der Positionen der Elektroden nach einem international festgelegten Schema gestattet ein Vergleichen unterschiedlicher EEGs miteinander.

Eine Elektroenzephalographie erfolgt am möglichst bewegungslos verharrenden und nicht sprechenden Patienten im Sitzen oder Liegen, der vorher keine koffeinhaltigen Getränke zu sich genommen hat. Am besten in einem ruhigen und abgedunkelten Raum. Zwecks Entspannung und Vermeidung von Ablenkungen hält er die Augen geschlossen. Das EEG wird fachlich angeleitet (Anweisungen wie z.B. kurz die Augen zu öffnen oder eine einfache Rechenaufgabe zu lösen) und dauert üblicherweise zwischen 15 und 30 Minuten. Die Untersuchung birgt keine Risiken. Der EEG-Befund kann jedoch durch starkes Schwitzen (Elektroden verlieren den Kontakt zur Kopfhaut), Muskelzuckungen oder -bewegungen (z.B. das Öffnen oder Schließen der Augen) verzerrt und damit unverwertbar werden.

Wann ein EEG zum Einsatz kommt

Ein EEG trifft im Wesentlichen Aussagen zu epilepsietypischen Veränderungen, örtlich begrenzten Hirnaktivitäten und der elektrischen Grundaktivität des Gehirns, sodass sie zur Anwendung kommt

• bei Verdacht auf Krampfanfälle (Epilepsie) und zur Kontrolle des Erfolgs einer Epilepsietherapie.
• zur Schlafdiagnostik.
• zum Nachweis lokaler Störungen im Bereich der Hirnrinde infolge von Tumoren, Gefäßschäden oder Verletzungen, wenngleich sich daraus keine Rückschlüsse auf die Art der Schädigung ziehen lassen.
• bei unklaren Bewusstseinstrübungen und Hirnerkrankungen wie Gehirnentzündung, Hirndruckerhöhung, Hirnatrophie etc. sowie zum Nachweis einer Narkolepsie (Schlafsucht).
• zur Feststellung von Veränderungen der Hirnaktivität im Rahmen von Vergiftungen, schweren Leber- oder Nierenerkrankungen oder psychischen Erkrankungen.
• zur Überwachung von Patienten auf Intensivstationen (z.B. Komapatienten).
• zur Überwachung von Patienten während bestimmter chirurgischer Eingriffe.
• zum Nachweis von altersabhängigen Hirnreifungsstörungen.
• zur Bestätigung des Hirntods mittels Nulllinien-EEG (keine Hirnstromwellen nachweisbar), was eine Voraussetzung für die Entnahme von Organspenden zu Transplantationszwecken ist.
• zwecks Studiums von Aufmerksamkeitsprozessen und Reizverarbeitungsabläufen in der (kognitiven) Psychologie.

Welche Informationen ein EEG liefert

Das Ergebnis einer Elektroenzephalographie ist ein Elektroenzephalogramm, das aus mehreren parallel laufenden graphischen Darstellungen der Spannungsschwankungen (Spuren) besteht, von denen jede eine Verschaltung zwischen bestimmten Elektroden darstellt und deswegen einer bestimmten Hirnrindenregion zugeordnet werden kann. Die gemessenen Schwankungen in diesen EEG-Spuren, die charakteristische Wellenmuster erkennen lassen, werden hinsichtlich der Frequenz, Höhe (Amplitude) und Form (Steilheit) mithilfe eines Computerprogramms vom Arzt analysiert. Auch die Wellenmuster, ihre Lokalisation und Ausbreitung, allfällige Veränderungen oder auch deren untypisches Auftreten werden bewertet. Wobei allein schon bei Gesunden mit “normalen“ EEGs eine große Breite an möglichen Variationen vorkommt. Auch differieren kindliche EEGs (langsame und eher unregelmäßige Wellen) von denen Erwachsener.

Unterschieden werden die wichtigsten Wellenmuster (Rhythmen, Frequenzbänder, EEG-Bänder, Graphoelemente) anhand ihrer Frequenz (Schwingungsanzahl pro Sekunde, gemessen in Hertz) und mit griechischen Buchstaben bezeichnet:

• Alpha-Wellen: Diesen “Alpha-Grundrhythmus“ mit einer Frequenz von 8 bis 13 Hertz findet man bei den meisten entspannten Menschen.
• Beta-Wellen: Diese schnellen Wellen mit einer Frequenz von 13 bis 30 Hertz kennzeichnen den Wachzustand von Erwachsenen mit offenen Augen, die Sinneseindrücke wahrnehmen oder geistig aktiv sind, z.B. über etwas nachdenken. Der Rhythmus kann auch durch Medikamente oder fehlende Entspannung verursacht werden. Öffnet ein Patient beim EEG die Augen oder konzentriert sich auf eine Aufgabe, wechselt der Alpha- zum Beta-Rhythmus, was man Berger-Effekt oder Arousal-Reaktion nennt.
• Theta-Wellen: Diese langsamen Wellen mit einer Frequenz von 4 bis 8 Hertz sind bei Kindern und Jugendlichen normal und stellen sich bei Erwachsenen bei starker Ermüdung bzw. in frühen Schlafstadien ein.
• Delta-Wellen: Dieses sehr langsame Wellenmuster mit einer Frequenz von 0,5 bis 3 Hertz sowie Subdelta-Wellen (unter 0,5 Hertz) entwickeln sich bei gesunden Personen im Tiefschlaf. Treten sie im Wachzustand durchgängig auf, weist das auf eine krankhafte Veränderung hin, etwa eine Schädigung des Gehirns, eine Stoffwechselerkrankung oder Entzündung.

Herdbefunde bei lokalen Störungen der Hirnrinde (z.B. bei Schlaganfällen, Hämatomen) zeigen sich z.B. als umschriebene Veränderungen der Wellen.

Bei einer Epilepsie liefert das EEG klare Details zur Krankheit bis – besonders im Kindesalter – hin zu bestimmten Anfallstypen und zwar auch in anfallsfreien Phasen. In Form von – anstelle der sonst regelmäßigen Alpha-Wellen auftretenden – steilen (spikes) oder scharfen Wellen (sharp waves) oder typischen Spitzen-Wellen-Mustern (spikes and waves), die auf Krampfpotentiale hinweisen. Durch Provokationsmethoden lässt sich die Krampfschwelle senken und eine nicht eindeutige Epilepsie demaskieren. Allerdings schließt ein unauffälliges EEG keine Epilepsie oder andere sich oft in ihm spiegelnde Erkrankungen aus.

Spezielle EEG-Verfahren

Bei speziellen Fragestellungen kommen EEG-Sonderformen zur Anwendung wie das

• Schlaf-EEG: als Teil der Polysomnographie in der Schlafmedizin wird in einem Schlaflabor die ganze Nacht während des Schlafs neben anderen Parametern wie Augenbewegungen, Muskelaktivität und Herzfrequenz ein EEG abgeleitet, aus dem sich anhand des vorherrschenden Wellenmusters auf die Schlaftiefe schließen lässt bzw. treten in bestimmten Schlafstadien auch besondere Muster (Schlafspindeln, K-Komplexe) auf.
• Langzeit-EEG: Hier wird – etwa zur Diagnostik einer nicht eindeutigen Epilepsie – über 24 oder 48 Stunden über einen tragbaren, am Körper befestigten Rekorder die Hirnaktivität gemessen, währenddessen der Patient alle Vorkommnisse protokolliert. Gleichzeitig kann – im Rahmen eines Klinikaufenthaltes – eine Videoaufzeichnung zur aussagekräftigeren Bewertung der Art der Störung erfolgen (Video-EEG).
• Provokations-EEG: Mithilfe sogenannter Provokationsmaßnahmen zur Anregung der Hirnzellen in spezieller Weise werden bei Verdacht auf eine Epilepsie EEG-Veränderungen mit Krankheitswert verstärkt bzw. besser erkennbar gemacht bzw. – unter ärztlicher Kontrolle versteht sich – ein epileptischer Anfall ausgelöst. Durch eine mehrere Minuten dauernde Hyperventilation (verstärktes Ein- und Ausatmen), Photostimulation per Projektion von Flackerlicht mit unterschiedlichen Frequenzen (Stroboskoplicht) auf die geschlossenen Augen des Patienten oder auch Schlafentzug in der Nacht vor der Untersuchung. Auch kann ein Video-EEG veranlasst werden, um zu beobachten, ob bestimmte Phänomene (z.B. Blinzeln) mit einem Krampfanfall gemeinsam vorkommen.

In Spezialkliniken wird – etwa vor epilepsiechirurgischen Eingriffen – manchmal auch mittels durch natürliche Öffnungen oder künstlich geschaffene Knochenfenster ins Gehirn eingeführte Tiefenelektrodein ein EEG direkt von der Hirnoberfläche abgeleitet, um Hinweise auf den Ort des Ursprungs von Krampfanfällen zu erhalten (Elektrokortikogramm).

Auch ist ein EEG im Rahmen eines Neurofeedbacks (EEG-Biofeedback) nutzbar, um bewusst die elektrische Hirnaktivität zu kontrollieren, die durch computergestützte EEG-Geräte erfasst, in verschiedene Frequenzanteile zerlegt und in audio-visueller Form durch das Gerät zurückgemeldet wird.

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