Electroencephalogram

EEG

Student: Ruby

何謂「 EEG 」

•利用儀器 (腦電圖儀、腦波儀 )將腦子表面腦細胞活動時所產生的電流的活動記錄下來而得到的圖譜之。

•腦的活動是以波形來呈現，俗稱腦波。(electroencephalogram, EEG)

腦波

•表現腦部狀態的腦波一般可分 α、 β、 δ、θ等四種腦波，在不同活動時各有強弱，例如睡眠時和清醒時會大不相同，緊張時和放輕鬆時亦相同，睡眠的深淺各時期也大不相同。

•由於腦波的強度僅為數十微伏特，必須放大約一萬倍才能辦認，因此往往容易受外界干擾或雜訊影響而失真。

腦電波的檢查方法 1/2

1. 頭皮腦波檢查 (Scalp EEG) ：最常做，電極以導電黏貼在頭皮表面，大約做半小時，可做清醒腦波及睡眠腦波。

2. 鼻咽電極檢查 (Nasopharyngeal lead, NP lead) ：往往造成患者不適，故非必要時是不使用的。使用時機為懷疑病症在內側顳葉時 (mesial temporal lobe) 。

腦電波的檢查方法 2/2

3. 24 小時影像腦波檢查 (24-hour Video/EEG monitoring)適用於癲癇手術前估或鑑別發作之型態及種類。可以長時間連續 24小時監錄。同時記錄發作時之腦波及發作時之臨床表現。

4. 蝶骨電極檢查 (Sphenoid electrode)使用時機與鼻咽電極檢查相似，多合併 24小時影像腦波檢查於疑有內側顳葉病症之患者。電極線由細針自兩側顳咬合關節處垂直插入 3至 4公分處固定。

5. 深部電極檢查 (Depth electrode)當懷疑大腦深部有病灶時才使用，相當具侵襲性，需將電極條插入腦中，除必要外極少施行。

電極片貼置位置

腦波形狀

(1) 頭頂銳波 (vertex sharp waves) ：徐波（緩慢的波形）頻率範圍內的尖銳負波，通常出現於 NREM Stage 1 的後半。

(2) K-複合波 (K-complex) ：尖銳負波及隨後較慢正波的組合波，出現於 NREM -Stage1 。

(3) 紡錘波 (spindle) ：12-14cps 的短暫性律動波形，振幅通常會顯示漸增漸減的變化，為 NREM Stage 2 的特徵。

(4) 齒波 (saw tooth wave) ：振幅較低且附有刻痕的鋸齒狀波形，為 REM的特徵。

α波

•頻率： 8-14赫茲。• α為優勢腦波時，人的意識清醒，但身體卻是放鬆的。由於在這種狀態下，身心能量耗費最少，相對地腦部所獲得的能量較高，運作就會更加快速、順暢、靈感及直覺敏銳，腦的活動活潑。

•波形 :

α節律 α rhythm

1.頻率為「α波」2. 分佈位置在腦部後方，通常在枕葉 (Occipital lobe) 及頂葉 (parietal lobe) 最強。

3.反應性：張眼時受抑製，閉眼時則增強。4. 睡眠時消失。

β波 •頻率：大於或等於 13Hz 。•在β波為優勢腦波時，人清醒時大部份的腦波狀態。隨著 β波的增加，身體逐漸呈緊張狀態，準備隨時因應外在環境作反應。

•適量的β波，對積極的注意力提升，以及認知行為的發展有著關鍵性的助益。

•波形：

β節律 β rhythm

1.頻率為「β波」2. 分佈位置位於大腦前方，額葉 (frontal lobe) 最強。

3.反應性：在睡眠之淺睡期及第一及第二期時會增加。

4.低振幅。

θ 波 •頻率 :介於 4-7Hz • θ 波為優勢腦波時，人的意識中斷，身體深沉放鬆，這是一種高層次的精神狀態，也就是我們常聽到的「入定態」。

• θ 波與腦部邊緣系統有非常直接的關係，對於觸發深層記憶、強化長期記憶（ LTP）等幫助極大，所以，在科學界稱 Theta波為「通往記憶與學習的閘門」─ The Gateway to Learning and Memory 。

•波形：

δ 波

•頻率 :小於或等於 3Hz • δ 波為優勢腦波時，為深度熟睡，無意識狀態，而人的睡眠品質好壞與 δ波有非常直接的關聯 。

•波形 :

λ波

1. 在眼睛受光刺激後 100msec 時，於枕葉所記得之正電波。

2. 在 A1-A2 或 Cz為參考電極之組合範式中，所記錄到 λ波為向下的波形 (正電波 )，形狀像老師改作業之勾。

3. 在雙極組合範式中，所記錄到 λ波為向上的波形 (因枕棄所記得之為正電波 )。

κ波 • 即在額葉 (frontal lobe) 或前顳葉 (anterior temporal lobe) 之電極所記錄到的α波。

1.有人認為這是腦在做計算時之腦波變化。2.腦在作計算時，因眼球快轉動所造成的干擾波(artifact) ，亦即是一種「作態」下的產物。若壓住眼球，可見此波消失。現多以「眼球撲動波」 (eye flutter)

EEG 在睡眠階段的判讀 1/4• 人在睡眠過程中腦波會隨著時間而產生不同的變化，按照腦波頻率的不同可分為 :

1.慢波睡眠 (Slow Wave Sleep, SWS) ，又稱非快速動眼期 (non-rapid eye movement, NREM)

2.快波睡眠 (Rapid Wave Sleep, RWS) ，又稱快速動眼期 (rapid eye movement, REM)

EEG 在睡眠階段的判讀 2/4•整晚的睡眠過程即在 NREM與 REM大約 60~90分鐘的週期中循環交替 4~6 次。

•入睡後睡眠會由淺至深，先進入 NREM (Stage 1~4) ，隨後進入 REM時期，然後再回到 NREM睡眠，如此為一個完整的睡眠週期。

•受測者睡眠時由 P-Series PS2 於 C4/A1位置實際量測取得

EEG 在睡眠階段的判讀 3/41.清醒 (Awake)出現振幅低、快速、且不特定的腦波，但多以 α 波 (8-13cps) 為主。隨著睡意的增加， α 波的寬度會稍寬。

2. NREM-Stage 1開始進入睡眠，腦電圖 α 波降低（ a 波低於 50% ），主要以 θ 波(3-7cps) 為主。在此時期人對於外界的刺激仍有反應，能察覺肢體麻木、肌肉顫動、身體浮沉等感覺，對於片段的清醒亦可以回憶。

3. NREM-Stage 2淺度的睡眠時期，此時開始出現紡錘波 (12-14cps) ，單個紡錘波特徵為至少會持續 0.5秒，另外會出現先負向波再正向波的 K-複合波，波形（振幅大於 75mV）至少持續 0.5秒。

EEG 在睡眠階段的判讀 4/44.NREM-Stage 3

中至深度的睡眠，出現高振幅的 δ波 (2~4cps) ， δ波占 20%~50%，期間偶有紡錘波會出現。

5.NREM-Stage 4深度睡眠，腦電圖出現大量的 δ波 (2~4cps)且振幅大於 75mV ，約占了50%以上。比較圖 9中 NREM-Stage 3 和 Stage 4 的腦電圖波形，可以看出腦波頻率更低。

6. 快速動眼期 (REM)此時期的腦電圖特徵與清醒時相似，會出現快速低幅齒波及 α 波，此一時期睡眠深度較 NREM為深。除了腦波變化外，同時呼吸、心跳、血壓呈不規則的變動，而臉部肌肉完全放鬆、男性勃起以及眼球快速動作。

7. 動作期 (Movement)所謂的動作期是指睡眠時候的身體移動或體位改變造成的訊號雜訊，使得難以判斷為清醒或睡眠。當睡眠資料超過半頁為模糊時，即應該視為動作期。

睡眠階段腦波特徵

睡眠階段與 EEG 、 EOG 、 EMG 關係表

Stage EEG 特徵 EOG 特徵 EMG 特徵Wakefulnes

s低幅的 α 波 (8-13cps) 、且混

合其他波形快速動眼或無快速動眼、低眼球運動

存在高活動

Movement time

不顯著 不顯著 有非常高的活動

NREM Stage 1

振幅較低，但有相對振幅較高的 θ 波 (3-7cps) 、後期出現

頭頂銳波

低眼球運動 有低幅活動

NREM Stage 2

出現紡錘波 (12-14cps)且至少大於 0.5秒、出現 K-複合

波且須大於 0.5秒

通常接近入睡時會有低眼球運動

有低幅活動

NREM Stage 3

高振幅 (>75μV) 的 δ波 <=cps ， δ波 20%~50%

無，以腦電圖判斷 有低幅活動

NREM Stage 4

大量 (>50%)高振幅低波活動 無，以腦電圖判斷 有低幅活動

Stage REM 相對低幅活動，出現齒波、 θ 波、和 α 波

快速動眼運動 活動受到抑制

人類大腦之意識水準分為五階段

水準 腦波 形狀 意識狀態 注意作用 生理狀態

潛在失誤 error potential

(信賴性 )

0 δ波 無意識失神 零 睡眠腦發作 0

Ⅰ θ 波 下意識 Sub-normal 不注意 疲勞，單調

嗜睡，醉酒 < 0.9

Ⅱ α波 正常 normal 鬆弛 relaxed

心向內 Passive

起居安靜、休憩正常作業時

0.99~0.999999

Ⅲ β波 正常 normal 清醒 clear

注意向前 active 積極活動時 > 0.999999

Ⅳ β波或紡錘波 過度緊張 Hyper-normal

凝集 1點 停止判斷

感情興奮時 緊急防衛反應 < 0.9

大腦生理學經證實有下列事實

1.末梢肌肉知覺中，口腔肌肉運動所傳導之刺激的確能使大腦處於正確處理之狀態，且扮演著重要的角色。

2.腕部肌肉之紡錘肌加以刺激時能促使大腦更活潑的運作。

3.將手指伸直，手指指出對著對象物或人，同時眼睛亦注視著對象，並大聲喊出，所謂的指認呼喚確實能提升大腦的意識水準。

The application in the EEG

Electroencephalographic study of drowsiness in simulated driving with sleep deprivation

• EEG signals were collected from eight locations (Fp1, Fp2, T3, T4, P3, P4, O1, O2).

• In the comparison of road type, EEGα, β, β /α and (α+θ)/β indices of the straight section of the driving task were significantly different from those of the curved section.

• This study also analyzed EEG changes before and after car accidents, showing thatβand (α+θ)/β were related to the mental alertness level.

Frontal midline theta related to learning in a simulated driving task

• The forebrain was analyzed in a simulated traffic situation which the participant had to find the correct way to drive a car through roads.

• The results showed that theta activity increased during leaning and successful behavior produced more theta than unsuccessful behavior.

• The theta activity reflects relaxed concentration after familiar the game.

Rear-view mirror use, driver alertness and road type:An empirical study using EEG measures

• Measuring EEG activity data—and the frequency of rear-view mirror use in a group of drivers, both on highways and normal roads.

• Using (O2–P4 position), as the EEG activity in the alpha range recorded. (the level of automatic control over the driving process)

• The results showed a relationship between alertness level and mirror use in highway driving, but an opposite association while driving on normal roads.

Variability of EEG synchronization during a working memory task in healthy subjects

• Working memory is associated with an increase in EEG theta synchronization and a decrease in lower alpha band synchronization.

• A digital EEG apparatus from Fp2, Fp1, F8, F7, F4, F3, A2, A1, T4, T3, C4, C3, T6, T5, P4, P3, O2, O1, Fz, Cz and Pz with AgyAgCl electrodes.

• During the working memory condition synchronization increased in the 2–6 Hz band, and decreased in the 6–10, 14–18 and 18–22 Hz bands.

Significant changes in synchronization likelihood between resting eyes-closed working memory eyes-closed condition. Solid lines indicates an increase in synchronization during the working memory condition; dotted line indicates a decrease in synchronization during the working memory condition. (a) Theta band (2–6 Hz). (b) Lower alpha band (6–10 Hz). P-0.05 is considered significant.