elektroansefalografİnİn (eeg) bİyofİzİk temellerİ
DESCRIPTION
ELEKTROANSEFALOGRAFİNİN (EEG) BİYOFİZİK TEMELLERİ. Prof. Dr. Süleyman Daşdağ D.Ü. Tıp Fakültesi Biyofizik Anabilim Dalı 21280 Diyarbakır. http://www.dicle.edu.tr/~dasdag. Bu sunum, değişik kitap, yayın ve internet kaynaklarından yararlanılarak hazırlanmıştır. Süleyman Daşdağ. BEYİN. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
ELEKTROANSEFALOGRAFİNİN (EEG) BİYOFİZİK TEMELLERİ
Prof. Dr. Süleyman DaşdağD.Ü. Tıp Fakültesi Biyofizik Anabilim Dalı
21280 Diyarbakır
http://www.dicle.edu.tr/~dasdag
Bu sunum,değişik kitap, yayın ve internet kaynaklarından yararlanılarak hazırlanmıştır.
Süleyman Daşdağ
BEYİN
Merkezi kontrol organı
Bütün organların işlevlerini denetler ve yönetir
Beynin işlevleri sırasında elektriksel olaylar gelişir
Süleyman Daşdağ
Beynin faaliyeti sırasında
Kendiliğinden oluşan, sürekli
Ritmik elektrikselpotansiyeller
Reseptör faaliyetlerine bağlı olarak, uyarılmış (evoked) durumda iken biraz daha farklı olan, elektriksel potansiyeller
Bu elektriksel potansiyel değişimlerinin yazdırılması yöntemi
EEG ( Elektroansefalografi) olarak adlandırılır
Süleyman Daşdağ
EEG, kafatası çevresine yerleştirilen elektrotlar yardımı ile elde edilir.
EEG dalgaları fiziksel anlamda tam periyodik değil ancak ritmik dalgalardır.
Beynin aktivite durumuna göre, gözlenen potansiyel dalgalanmaların
Frekansları: 0,5-70 Hz
Genlikleri : 5 - 400 µV
aralığında değişir.
Süleyman Daşdağ
İnsan veya hayvanın canlılığı sürdükçe,
EEG sinyalleri her koşul altında gözlenir.
EEG eğrilerinin biçimi, beynin fizyolojik ve psikolojik koşullarına bağlı olduğu gibi
kayıtlama biçimine de bağlıdır.
Süleyman Daşdağ
Çeşitli biyolojik reseptörler tarafından
vücudun iç ve dış ortamı hakkında
derlenen bilgiler
sinirsel yollarla
(MSS de çıkan veya duyusal yollarla)
Omurilikten beynedoğru
taşınır
Süleyman Daşdağ
Beynin değişik
kesimlerinden kaynaklanan
bilgiler
sinirsel yollarla
(MSS de inen veya motor yollar)
Omuriliğin ön boynuzundaki
motonöronlarda sonlanır
Süleyman Daşdağ
Bilgiler beyne frekans modülasyonlu (FM) sinir uyartıları sağanağı şeklinde iletilir.
Bilgilerin ulaştığı bölgelerdeki nöronlar aktive olur
Dış uyaranlara karşı alınan motor eylem kararı
Beynin çeşitli alanlarındaki nöronların aktiviteleri olarak kendini gösterir
Beyindeki nöronların her tür aktivitelerinin, hacim iletkeninde oluşturduğu potansiyel değişmeleri, EEG olarak kaydedilir.
Eylemin cinsine göre
Süleyman Daşdağ
Bütün duyusal informasyonlar, sonunda beyin kabuğuna ulaşır.
Hacim iletkenliği özelliklerinden dolayı, kaydedilen bir EEG deseni beynin geniş bölgelerinin elektriksel
aktivitelerinin bir tür toplamına (summation) karşılıktır.
Canlılık sürdükçe, biçimi değişse de, her koşul altında EEG sinyalleri alınır.
Süleyman Daşdağ
EEG dalgalarının ortalama frekanslarının genel olarak düşük olmasının nedeni, EEG desenlerinin ortaya çıkışında,
nöronal iletimden çok, postsinaptik potansiyel (PSP) dalgalanmaların daha önemli olmasıdır.
EEG dalgalarına, piramidal hücrelerde oluşan, toplanabilir özellikteki PSP'lerin katkıları egemen olmaktadır.
Süleyman Daşdağ
Beynin elektriksel etkinliğine bağlı EEG sinyalleri, ossiloskop tipi bir gözlem aracı ile gözlenebilir veya kayıtçı (recorder) tipi bir araçla kağıda çizdirebilir.
Kaynak empedansının yüksek olması yüzünden ve genellikle küçük elektrotlar kullanılması gerektiğinden,
EEG aracının giriş empedansı da yüksek olmalıdır.
Süleyman Daşdağ
İyi bir EEG çekimi yapmak için, vücuttan veya dışardan kaynaklanan,gürültü veya istenmedik etkileri azaltacak, önlemler alınmalıdır.
EEG kayıtlarında, kağıt ilerleme hız standardı 30 mm/s dir.
Çoğu EEG araçlarında, gereğinde kullanılmak üzere,
60 mm/s ve 15 mm/s hız seçenekleri de bulunmaktadır.
Süleyman Daşdağ
Gözlenen EEG desenleri kayıt bölgesi ve biçimine önemli ölçüde bağlıdır.
EEG araçları, beynin farklı yörelerinin aktivitelerini aynı anda kaydedebilmek için, genellikle 8 veya 16 kanallı olarak yapılmaktadır.
Süleyman Daşdağ
The international 10-20 system seen from (A) left and (B) above the head. A = Ear lobe, C = central, Pg = nasopharyngeal, P = parietal, F = frontal, Fp = frontal polar, O = occipital. (C) Location and nomenclature of the intermediate 10% electrodes, as standardized by the American Electroencephalographic Society. (Redrawn from Sharbrough, 1991.).
Elektrot bağlantı şekli
Unipolar Bipolar
Seçilen bir elektrot Bölgesinin, MSS den bağıl olarak uzak bir referans noktasına
göre, potansiyel değişimleri kaydedilir.
Yakın iki yöre arasındaki potansiyel farkı gözlenir.
Süleyman Daşdağ
(A) Bipolar and (B) unipolar measurements. Note that the waveform of the EEG depends on the measurement location.
Bir elektrot potansiyelinin, beyin içindeki bir kaynağa duyarlığı, kaynak-elektrot uzaklığı ile yaklaşık ters orantılı bulunmaktadır.
Unipolar kayıt, elektrot altındaki yerel aktiviteye ek olarak zayıf da olsa uzak bölgelerin aktivitelerini de içerir.
Bipolar bağlantı duyarlığı, kabaca kaynak uzaklığının karesi ile ters orantılı olduğundan ötürü, yerel aktivite hakkında, unipolar kayıttan daha iyi bilgi vermektedir.
Süleyman Daşdağ
Beyin kabuğuna elektrot dokundurularak veya mikroelektrotlarla beynin derinliklerine girilerek sinyalleri 3-4 kat büyük genliklerde kaydetmek
mümkündür. Bu şekilde kayıt biçimine elektrokortiyografi (ECoG) adı verilir.
Süleyman Daşdağ
Beynin aktivite düzeyi yükseldikçe, EEG dalgaları frekansı yükselir, genlikleri (amplitude) ise azalır.
Süleyman Daşdağ
Egemen frekanslar yaşla yükselmektedir. Yeni doğanlarda: 3-4 Hz
2-3 yaş aralığındakilerde: 6-7 Hz arasına, Yetişkinlerde:8-12 Hz
Süleyman Daşdağ
EEG dalgalarının EKG de olduğu gibi özel biçimleri yoktur ve rastgele potansiyel değişimlerini andırırlar.
EEG dalgalarının değerlendirilmesindeki en önemli parametre frekans, ikinci derecede önemli bir diğer parametre ise genliktir.
Süleyman Daşdağ
EEG spektrumu, dalgaların içerdikleri başat frekansa göre özel adlarla anılan bantlara ayrılmıştır.
Delta () dalgaları Frekansları: 0.5-4 Hz Genlikleri: 20-400 V
Derin uyku, genel anestezi gibi beynin çok düşük aktivite gösterdiği durumlarda karşılaşılmaktadır.
Süleyman Daşdağ
Teta () dalgaları
Frekansları: 4-8 Hz, genlikleri: 5-100 V
Normal bireylerde; rüyalı uyku
orta derinlikte anestezi, stres
gibi beynin düşük aktivite gösterdiği durumlarda karşılaşılmaktadır.
Süleyman Daşdağ
Alfa () dalgaları Frekansları: 8-13 Hz, Genlikleri: 2-10V
Uyanık bireylerin; fiziksel ve zihinsel olarak tam dinlenimde bulunduğu,dış uyaranların olmadığı, gözlerin kapalı olduğu durumlarda görülürler.
Occipital bölgeden alınan kayıtlarda en belirgin biçimde gözlenirler.
Süleyman Daşdağ
Beta () dalgaları;
Frekansları: 13 Hz den yüksek Genlikleri: 1-5 V .
Odaklanmış dikkat, zihinsel işDuyusal informasyon işleme uykunun hızlı göz hareketleri evrelerinde karşılaşılmaktadır.
Beta () dalgaları beynin en yüksek aktivite düzeyine karşılıktır.
Süleyman DaşdağSüleyman Daşdağ
Gözlerin açılmasıyla EEG deki alfa dalgasının beta ile yer değişimi
Gözler kapalı
Gözler kapalı
Gözler kapalı
Gözler açık
Süleyman Daşdağ
EEG dalgalarının iki önemli parametresinden biri olan frekansı basitçe belirleyebilmek için, belirli bir zaman aralığında
eğrilerdeki tepeler sayılır ve zamana oranlanarak ortalama bir frekans belirlenebilir.
Süleyman Daşdağ
Ortalama frekansı belirleyebilmek için bir diğer yöntem sıfırdan geçme analizi olarak adlandırılır. Örnek; • Her bir 10 s lik dönem içinde, eğrinin ardışık sıfırdan geçmeleri arasındaki süreler ölçülür.
• Bu ölçümlerden her biri yarım periyot kabul edilerek, ortalama alınarak, karşılığı olan periyot ve frekans (f = l/T) belirlenir.
• Bulunan bu frekansların geleneksel EEG bantlarından hangisi içine düştüğü saptanır.
Süleyman Daşdağ
Frekans analizi daha ayrıntılı ve doğru olarak, bilgisayar teknikleri kullanılarak Fourier Analizi yöntemi ile yapılır.
Süleyman Daşdağ
Ortalama genlikler de basitçe belirlenebilir; Örnek;• 10 s lik bir süre içinde, tüm tepeden tepeye (peak to peak) genlikler cetvelle veya milimetrik kağıda çizili ise bölmeler sayılarak ölçülür.
• Ortalamaları alınır ve bu değer [V/bölme] cinsinden ölçek duyarlığı ile çarpılarak V cinsinden ortalama genlik belirlenmiş olur.
Süleyman Daşdağ
Beynin işlevlerinin lokalize edilmesinde
kullanılabilecek yöntemler
Beynin bir bölgesinin cerrahi olarak ayrılması
(ablasyon)
Özgün bir duyusal yolun uyarılması sonrasında,
EEG desenlerinde uyarılmış yanıtların,
hangi bölgelerortaya çıktığı saptanır.
Süleyman Daşdağ
Duyusal uyarılmış potansiyeller (Sensory Evoked Potential)
Olaya ilişkin potansiyeller (Event Related Potential)
(birey uyarandan haberdar ise)
Duyusal uyaranların yokluğunda doğal fon
(background) şeklindeki normal EEG aktivitesi üzerine, ışık veya ses
gibi uyaranlar etkisiyle ortaya çıkan uyarılmış
(evoked) aktiviteler eklenir.
Uyarılma sonucu, beyinde ilgili özel
merkezlerin yanıtları olan bu uyarılmış aktiviteler, doğal fon aktivitesinden 50 kez daha küçük
olduklarından doğal fon içinde
kaybolurlar.
Uyarılmış aktiviteyi doğal fondan
ayırabilmek için " sinyal ortalaması alma"
teknikleri kullanılır.
UYARILMIŞ POTANSİYELLER
Süleyman Daşdağ
EEG TEKNİKLERİNİN UYGULAMALARI
Normal ve uyarılmış EEG sinyallerinin analizi MSS sistemi işlevlerinin incelenmesinde önemli rol oynamış ve oynamaya devam etmektedir.
Beyin kabuğunda duyusal ve motor alanların saptanmasında EEG analizlerinin önemli payı olmuştur.
Süleyman Daşdağ
Klinikte, yaralanma ve tümör gibi nedenlerle ortaya çıkan beyin hasarlarının yerini belirlemede EEG den yararlanılmaktadır. Bu tür hasarlı bölgelerde ya sessiz, yani sinyal vermeyen alanlarla, ya da beklenmeyen tipte dalgalarla karşılaşılmaktadır.
Süleyman Daşdağ
EEG TEKNİKLERİNİN UYGULAMALARI
Epileptik tiplerin ve odaklarının belirlenmesinde de EEG den yararlanılmaktadır.
Epilepsinin tipine göre, EEG sinyalleri içinde diken dalga gibi adlarla anılan özel desenler ortaya çıkmaktadır.
Süleyman Daşdağ
EEG TEKNİKLERİNİN UYGULAMALARI
UYKU ve EEG
Uykunun değişik evrelerinde EEG dalga desenlerinin değiştiği saptanmıştır. Normal bireylerde görülen desenlerle karşılaştırılarak, uyku bozuklukları tespit edilebilmekte, nedenleri araştırılmaktadır.
Süleyman Daşdağ
Tipik bir gece uykusunun başlangıcındaki geçici evre, uyku ile uyanıklık durumları arasında dalgalanmakta, 5 dakika kadar sürmektedir.
UYKU ve EEG
Süleyman Daşdağ
Daha sonra EEG desenlerinde iğ biçimli desenlerin ortaya çıktığı ikinci evreye geçilmektedir.
UYKU ve EEG
Süleyman Daşdağ
Delta uykusu adı verilen üçüncü evrede EEG eğrilerinde daha yavaş ve yüksek genlikli delta dalgaları belirginleşmekte, bu evrede kısa dönemler için ikinci evreye de geçilmektedir.
UYKU ve EEG
Süleyman Daşdağ
UYKU ve EEG
Uykuya geçtikten 90 dakika kadar sonra, hızlı göz hareketlerinin olduğu (REM) rüyalı dönem başlamaktadır.
Bu durumda
beyin aktivitesi birçok bakımdan uyanık duruma benzese de vücut kasları oldukça gevşek kalmaktadır.
Süleyman Daşdağ
Sağlıklı insanlarda, 5-10 dakika süren rüyalı REM döneminden sonra ikinci evreye dönüşlerle tekrar tekrar yeni bir REM dönemine günde ortalama 4 kez geçilebilmektedir.
UYKU ve EEG
Süleyman Daşdağ
Uykunun düzenlenmesinde beyinde tek bir alanın değil, beyin sapı ve hypothalamus dahil, birçok bölgenin rolü olduğu anlaşılmıştır.
UYKU ve EEG
Süleyman Daşdağ
Bilinç düzeyine bağlı EEG aktiviteleri
Uyanık
Hafif uyku
REM uykusu
Derin Uyku
Beyin ölümü
Zaman
Süleyman Daşdağ
EEG TEKNİKLERİNİN UYGULAMALARI
Uyarılmış EEG eğrilerinin incelenmesi ile, duyusal merkezlerdeki muhtemel bozukluklar anlaşılabilmektedir.
Süleyman Daşdağ
Özellikle organ nakilleri açısından beyin ölümü son derece önemlidir
EEG TEKNİKLERİNİN UYGULAMALARI
Süleyman Daşdağ
Normal EEG veya uyarılmış potansiyellerin bilgisayarlar aracılığı ile derlenmesi, görüntülenmesi, depolanması ve analiz edilmesi işlemlerine nicelleştirilmiş EEG (quantified EEG) adı verilmektedir.
EEG TEKNİKLERİNİN UYGULAMALARI
Süleyman Daşdağ
Bilgisayar analiz ve hesaplama yöntemleri, çoklu elektrot sistemi ile kaydedilmiş EEG sinyallerine uygulanarak, beynin elektriksel aktivite haritası çıkarılabilmektedir.
EEG TEKNİKLERİNİN UYGULAMALARI
Süleyman Daşdağ
MAGNETOANSEFALOGRAFİ
Beyindeki elektriksel akımların oluşturduğu magnetik alan değişimlerinin gözlenmesi yöntemine magnetoansefalografi (MEG) adı verilir.
Süleyman Daşdağ
Zaman ölçeğinde çözme güçleri (resolution) bakımından MEG ve EEG nin her ikisi de iyi sayılmaktadır.
Süleyman Daşdağ
MAGNETOANSEFALOGRAFİ
Uzaysal çözme gücü bakımından ise MEG daha üstün görülmektedir.
MAGNETOANSEFALOGRAFİ
Süleyman Daşdağ
Geleneksel EEG de elektrot dokundurulması ile ilgili sorunların MEG de bulunmaması da MEG için bir avantaj olarak kabul edilmektedir.
MAGNETOANSEFALOGRAFİ
Süleyman Daşdağ
Üstünlüklerine rağmen, henüz çok pahalı bir teknik olduğundan, EEG kadar yaygınlaşamamaktadır.
MAGNETOANSEFALOGRAFİ
Süleyman Daşdağ
Figure 2. The 37 magnetometer coils, shown above a brain model at their approximate distance from the brain surface during a routine recording.
MAGNETOANSEFALOGRAFİ
Figure 4. Averaged magnetic fields recorded from the left hemisphere of a subject in response to stimulation of the digits of the right hand
MAGNETOANSEFALOGRAFİ
Beynin elektriksel aktivite haritası,
son yıllarda bulunan, bazı voltaj bağımlı
boyalar aracılığı ile de çıkartılabilmektedir.
Bu boyalar zar potansiyelinden
etkilenerek, soğurma veya fluoresans
özelliklerini değiştirmektedirler.
Süleyman Daşdağ
Bir bireyin, istemli olarak kontrol altına almak amacı ile, iç organları veya iç ortam
özellikleri hakkında, doğrudan veya bir araç yardımı ile bilgi edinmesi yoluna genel
olarak biyolojik geri besleme (biofeedback) adı verilmektedir.
Biyofeedback aracılığıyla beynin aktivitesini kontrol altına almak mümkün olabilmektedir.
Süleyman Daşdağ