EEG steht für Elektroenzephalografie. Das Wort setzt sich aus den griechischen Ausdrücken encephalon für das Gehirn und graphein für das Schreiben zusammen. Dadurch kann auch die Funktion des Gerätes abgeleitet werden:
Das EEG ist ein nicht invasives Verfahren zur Messung elektrischer Hirnaktivität.
EEG Medizin einfach erklärt
Eine Elektroenzephalographie wird durchgeführt, um einige Erkrankungen des Gehirns zu diagnostizieren, wie:
- Epilepsie
- Entzündungen des Gehirns
- Stoffwechselerkrankungen mit Veränderung des Gehirns
- lokale begrenzte Hirnschädigungen durch Tumore oder Verletzungen
- Narkolepsie (Schlafkrankheit)
Bei einigen anderen Krankheiten kann eine Untersuchung sinnvoll sein:
- Fieberkrampf
- Japanische Enzephalitis
EEG – Funktion
Mit einem Elektroenzephalogramm (EEG) wird die Aktivität der Großhirnrinde gemessen, aufgezeichnet und anschließend beurteilt. Deswegen werden EEG-Elektroden an festgelegten Punkten des Kopfes befestigt. Diese werden dann mit Verstärkern und einem Aufnahmesystem verbunden. Somit kann das EEG Spannungsschwankungen zwischen bestimmten Elektrodenpaaren messen. Die Spannungsschwankungen werden dann mittels Mehrkanalschreibern aufgezeichnet.
Ein Mehrkanalschreiber (Polygraf) misst die Intensität mehrerer Variablen über ein Zeitintervall und zeichnet diese gleichzeitig auf.
Ein Signal wird erhalten, wenn eine große Anzahl von Neuronen im Gehirn gleichzeitig die gleichen Veränderungen der Spannungsdifferenz zeigen. Hier kann man auch von einer "Aktivierung der Neuronen" oder vom "Aktionspotenzial" sprechen.
Während der Potenzialänderung wird das Membranpotential kurzfristig positiv. Im Normalzustand ist das Membranpotential negativ. Die Spannungsschwankungen werden vom EEG registriert.
Die Elektroden werden gemäß eines universalen Systems auf dem Kopf des Patienten angebracht. Das sogenannte Ten-Twenty-System (10-20-System) wurde 1957 festgelegt.
Da alle Köpfe unterschiedlich groß sind, nutzt das System relative Abstände zwischen den Elektrodenpositionen.
EEG Untersuchung – Durchführung
Eine EEG-Untersuchung wird angewandt, um bestimmte Erkrankungen im Gehirn zu untersuchen oder festzustellen.
Neurologie
Für Routine-Elektroenzephalografien werden etwa 20 Elektroden eingesetzt. Sie erfassen, verstärken und zeichnen die Hirnstromwellen des Gehirns kontinuierlich auf. Die Elektroden werden nach einem bestimmten Schema - das sogenannte Ten-Twenty-System - auf der Kopfhaut befestigt. Das System wird anschließend über Kabel mit einem Computer verbunden.
Eine EEG-Messung wird von der Patient*in nicht aktiv wahrgenommen. Während der Untersuchung stellt die behandelnde Ärzt*in der Patient*in einfache Aufgaben, wie das Öffnen und Schließen der Augen oder die Lösung einfacher Rechenaufgaben. Die dabei anfallenden Änderungen der Hirnaktivität werden im EEG aufgezeichnet.
Schlafmedizin
Ein Schlaf-EEG wird in einem speziellen Schlaflabor durchgeführt. Die Ärzt*in setzt der Patient*in eine Elektrodenhaube auf. Die Patient*in geht wie gewohnt abends ins Bett. Patient*innen, die untersucht werden, dürfen keine Medikamente oder Alkohol zu sich nehmen, weil diese das Kurvenbild verändern. Die Hirnaktivität wird über die gesamte Schlafdauer gemessen und aufgezeichnet. Meist werden auch Muskelaktivität, Herzfrequenz und Augenbewegung aufgenommen.
Langzeit-EEG
Die Hirnaktivität wird bei einem Langzeit-EEG über 24 bis 48 Stunden gemessen. Die Patient*in erhält einen Rekorder, der am Körper befestigt wird. Die Elektroden werden wie bei anderen Untersuchungen auf die Kopfhaut geklebt. Der Vorteil eines Langzeit-EEG ist, dass die Ärzt*in seltene EEG-Veränderungen oder unklare Ereignisse untersuchen kann. Es ist aber auch angenehmer, da man sich während der "Untersuchung" frei bewegen kann.
Ein Langzeit-EEG wird beispielsweise in der Epilepsie-Diagnostik angewandt. In diesem Krankheitsfeld kann der Verlauf der Hirnstromwellen weitere Auskünfte über das Krankheitsbild geben. Menschen, die an Epilepsie erkrankt sind, zeigen neben Alpha-, Beta-, Gamma- und Deltawellen auch unregelmäßige Strukturen in einem EEG. Dabei erhöht eine Langzeituntersuchung die Wahrscheinlichkeit, einen epileptischen Anfall aufzuzeichnen.
Unregelmäßige Strukturen sind Spitzen oder Zacken.
Allerdings zeigen nicht alle Patienten mit einem Verdacht auf Epilepsie Änderungen der Hirnstromwellen auf. In einem solchen Fall kann der behandelnde Arzt auf die Provokationsmethode zurückgreifen.
Provokations-EEG
Die Provokationsmethode wird von der behandelnden Ärzt*in eingesetzt, wenn ein Verdacht auf Epilepsie besteht. Um einen epileptischen Anfall zu provozieren, werden drei verschiedene Methoden angewandt:
- Hyperventilation (Mehratmung)
- Fotosimulation/ Lichtreiz
- Schlafentzug
Während eines Hyperventilation-Tests bittet die Ärzt*in die Patient*in für 3 bis 5 Minuten möglichst tief ein- und auszuatmen, also zu hyperventilieren. Bei gesunden Menschen würden vermehrt Deltawellen auftreten. Bei Patienten mit Epilepsie sind EEG-Zacken nachweisbar.
Bei der Fotosimulation wird die Patient*in hellen Lichtblitzen in einem bestimmten Rhythmus ausgesetzt. Die Patient*in hat währenddessen ihre Augen geschlossen. Die Frequenz der Lichtblitze wird über den Verlauf der Untersuchung erhöht. Dieser Test dauert nur einige Minuten. Bei Patient*innen mit einer Epilepsieerkrankung sind dadurch Veränderungen der Hirnstromkurven sichtbar. Es sind z. B. Spitzen und Zacken erkennbar.
Um den Schlafentzugs-Test zu machen, muss die Patient*in nachts wach bleiben. Koffeinhaltige Getränke sind nicht erlaubt, um die Ergebnisse der Untersuchung nicht zu verfälschen. Das EEG wird am nächsten Morgen durchgeführt. Der Test beginnt schon in der Wachphase und wird während der Schlafphase fortgesetzt.
EEG – Auswertung
Das EEG wird häufig in Frequenzbänder (EEG-Bänder) eingeteilt. Je nach Literatur sind die Frequenzbänder unterschiedlich. Die historische Einteilung der Bänder stimmt nicht mit der Einteilung der modernen Untersuchung überein.
Die verschiedenen Frequenzbereiche der Hirnstromkurven eines EEGs kann man als EEG-Bänder bezeichnen.
Die Mustererkennung erfolgt durch einen geschulten Auswerter. Für Langzeit- und Schlaf-EEG werden auch Software-Algorithmen zum Assistieren eingesetzt. Einfache definierte EEG-Bänder gelingen dem Algorithmus etwas einfacher als z. B. Graphoelemente.
Graphoelemente sind die Grundelemente eines jeden EEG. Es sind einzelne Wellen, die durch ihre Polarität, Amplitude, Form und Dauer beschrieben werden.
In der folgenden Tabelle findest du eine Übersicht über das Vorkommen, die Frequenz und das Aussehen von verschiedenen Hirnstromwellen, die in einem EEG gemessen werden können. Die einzelnen Wellen sind in ihrer dargestellten Reihenfolge von der kleinsten zur höchsten Frequenz gegliedert.
| Wellen | EEG-Signal |
Deltawellen:
- niedrige Frequenz von 0,1 bis <4 Hz
- typisch für traumlose Tiefschlafphase
- bei Säuglingen im Wach-EEG
- bei älteren Kindern in den normalen Grundrhythmus eingelagert
Sollten Deltawellen im Wachzustand entdeckt werden, können diese auf Hirnfunktionsstörung oder Gehirnläsion deuten. | 
Abbildung 4: EEG-Signal von Delta-Wellen von einer Sekunde |
Theta-Wellen: - Frequenz zwischen 4 und <8 Hz
- treten vermehrt bei Schläfrigkeit auf
Im Wachzustand sind Theta-Wellen normal bei Kleinkindern. Bei jungen Erwachsenen liegen diese im niedrigamplitudigen Bereich (<30 μV). Bei Erwachsenen können Theta-Wellen im Wachzustand auf Hirnfunktionsstörung oder Gehirnläsion hindeuten. |  EEG Untersuchung EEG-Signal Delta-Wellen StudySmarter
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Alpha-Wellen:
- Frequenz zwischen 8 und 13 Hz
- treten bei leichter Entspannung oder bei entspannter Wachheit bei geschlossenen Augen auf
Bei geschlossenen Augen sind nur Alpha-Wellen zu erkennen. Wenn man anfängt, mit geschlossenen Augen eine einfache Rechenaufgabe zu lösen, werden die Alpha-Wellen durch Beta-Wellen ersetzt. Man erreicht den sogenannten Berger-Effekt. Der Prozess, in dem der Alpha-Rhythmus unterdrückt wird, bezeichnet man als Berger-Effekt. Wenn die Augen geöffnet werden, wechseln die Alpha-Wellen zu Beta-Wellen (On-Effekt). Wenn die Augen wieder geschlossen werden, liegt der normale Alpha-Rhythmus vor (Off-Effekt). |  Abbildung 6: EEG-Signal von Alpha-Wellen von einer Sekunde
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Beta-Wellen:
- Frequenz zwischen 13 und 30 Hz
Das Auftreten von Beta-Wellen hat verschiedene Ursachen und Bedeutungen:
- kommen bei ∼8 % aller Menschen als normale EEG-Variante vor
- Folge der Einwirkung bestimmte Psycho-Medikamente
- Folge des REM-Schlafs (Schlafphase mit schnellen Augenbewegungen bei geschlossenen Lidern)
- bei konstantem Anspannen eines Muskels
- aktive Konzentration
|  Abbildung 7: EEG-Signal von Beta-Wellen von einer Sekunde
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Gamma-Wellen:
- Frequenz über 30 Hz
- tritt bei Lernprozessen, starker Konzentration und beim Meditieren auf
- sind auf einem EEG-Streifen mit bloßem Auge nicht zu sehen
Bei Mönchen mit langjähriger Meditationserfahrung werden über 30-fach erhöhte Amplituden gemessen. |  Abbildung 8: EEG-Signal von Gamma-Wellen von einer Sekunde
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Steile Wellen (Englisch: Sharp Waves):
- steil ansteigende oder abfallende EEG-Linien
- sogenannt Epilepsie-typische Potenziale (ETPs)
- dauern etwa 80–200 ms an
- sind von anderen Spikes abzugrenzen
Typische EEG-Muster für: - Rolando-Epilepsie
- Creutzfeldt-Jakob-Krankheit
- Martin-Bell-Syndrom
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Sharp-Slow-Wave:
- steile Welle, gefolgt mit einer hoch gespannten langsamen Welle
- Sind meist Deltawellen
- können in Komplexen auftreten (Frequenz < 3 Hz)
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Spitze Wellen (Englisch: Spike-Waves):
- nachfolgende hoch gespannte langsame Welle
- meistens Deltawellen
- Frequenz um 3 Hz
- treten meist in Gruppen oder Serien auf
- treten in REM-Schlafphasen auf
Wenn diese über einen längeren Zeitraum auftreten, spricht man von einem Spike-Waves-Komplex. | |
Langsam veränderliche kortikale Potenzialschwankungen (Englisch: Slow Cortical Potentials):
- Größenordnung von 100 bis 200 μV
- Dauer von wenigen Sekunden
- um ein Vielfaches größer als Delta- bis Gamma-Wellen
- sind in einem Elektroenzephalogramm nicht sichtbar
- werden mit einem Hochpass-Filter herausgefiltert
Ein Hochpass-Filter - auch Tieffrequenzfilter - lässt nur den Durchgang hoher Frequenzen zu. Niedrige Frequenzen können nicht durch den Filter. | |
Schlafspindeln:
- typisch für die Non-REM-Schlafphase 2 (N2)
- können sporadisch in N1 auftreten
- treten im Tiefschlaf (N3) auf
- deuten auf eine Hemmung von Wahrnehmungsreizen im Thalamus
Die drei Schlafphasen - N1, N2, N3 -, in denen keine Augenbewegungen stattfinden, bezeichnet man als Non-REM-Schlaf. In dieser Phase gibt es wenige Traumerlebnisse und Körpertemperatur und Blutdruck sinken ab. Während dieser Phase kann sich der Körper am besten erholen. |  Abbildung 11: K-Komplex und Schlafspindel in der NREM-Schlafphase
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K-Komplexe:
- treten in N2 auf
- vereinzelt im Wach-Schlaf-Übergang (N1) nachweisbar
- halten noch im Tiefschlaf (N3) an
Wellenform: - ist biphasisch mit einem steilen Aufstrich bis zum negativen Maximum
- einem etwas langsameren Abfall zur Positivität
- anschließend einer Rückkehr zur Nulllinie
- Amplitude 75 μV, teilweise über 200 μV
- Es kann ein Schlafspindel folgen
- treten spontan auf, oder durch akustische Reize hervorgerufen
Weckreaktionen können durch K-Komplexe eingeleitet werden. Es handelt sich um eine EEG-Aktivierung durch externe oder interne Stimuli, sodass K-Komplexe auch als Form evozierter Potenziale angesehen werden können. | |
Vertex-Wellen:
- charakteristisch für den Wach-Schlaf-Übergang (N1)
- treten im stabilen Leichtschlaf auf
- Dauer weniger als 200 ms
- weitgehend symmetrisch
- zeigen eine scharfe negative Spitze
- Maximum liegt über dem Vertex (Wendepunkt)
- stadienspezifische Subgruppe der K-Komplexe
Bei Jugendlichen sind die Vertex-Wellen am steilsten und am höchsten. Je älter man wird, desto stumpfer werden sie. | |
EEG Untersuchung Nebenwirkungen
Die Untersuchungstechnik bei einem normalen EEG ist sicher und bringt keine Komplikationen mit sich.
Wenn ein Provokations-EEG durchgeführt wird, kann ein epileptischer Anfall ausgelöst werden. Da es in einem geschützten Umfeld unter ärztlicher Überwachung stattfindet, braucht man keine Angst zu haben. Die Ärzt*in achtet darauf, dass die Patient*in nicht stürzt oder sich auf die Zunge beißt und sich verletzt. Sollte der Anfall lange dauern, bekommt die Patient*in ein krampflösendes Medikament.
Was kann man mit einem EEG feststellen?
Ein EEG ist eine Standarduntersuchung der Neurologie. In der Medizin kann eine EEG-Untersuchung wichtige Hinweise auf verschiedene Gehirnerkrankungen geben. Sie wird aber auch außerhalb des medizinischen Bereiches in den Naturwissenschaften angewandt.
In der medizinischen Diagnostik
In der medizinischen Diagnostik kann ein EEG drei Hauptaussagen liefern:
- über Veränderungen typisch für epileptische Patienten*innen
- über begrenzte Hirnaktivitäten
- über die elektrische Grundaktivität des Gehirns
Epilepsie
Ein EEG wird durchgeführt, um Epilepsie zu diagnostizieren und die Verlaufskontrolle zu überprüfen. Während eines Anfalls fallen die hochamplitudige Aktivitäten auf. Im anfallfreien Intervall fallen besonders geformte Graphoelemente auf.
Abbildung 13: EEG zeigt den Beginn eines epileptischen Anfalls bei einem 5-jährigen Mädchen
Bei Epilepsieuntersuchungen ist ein EEG notwendig!
Hirntod
Um eine Person hirntot erklären können, muss eine Ärzt*in überprüfen, dass keine Hirnströme vorhanden sind. Es wird ein EEG durchgeführt, um alle Spannungsschwankungen zu überprüfen.
Wenn ein EEG eines Menschen in einem Koma keine Hirnaktivität mehr zeigt, deutet das auf Hirntod hin.
Koma- und Narkosetief
Mithilfe spezifischer Kriterien, die sich auf Graphoelemente des EEG beziehen, können Koma- und Narkosetiefe bestimmt werden:
- Häufige/kontinuierliche elektroenzephalographische Anfälle mit Mustern eines Krampfanfalls. Die Muster nehmen in Bezug auf Amplitude, Frequenz und räumliche Verteilung ab und zu.
- Häufige/kontinuierliche Spike-Waves bei Patienten ohne Anamnese eines Epilepsiesyndroms.
- Häufige/kontinuierliche Spike-Waves. Diese unterschieden sich in Bezug auf Intensität und Frequenz (schneller) vom vorherigen EEG. Kommt bei Patienten mit Epilespsiesyndrom vor.
- Häufige/kontinuierliche EEG-Auffälligkeiten: Spikes, Sharp-Waves usw. nach akute Hirnschäden
Schlafmedizin
In der Schlafmedizin wird ein Ganznacht-EEG verwendet. Im Schlaflabor, im Vergleich zu anderen Bereichen, werden ganz einfache und wenige Elektroden verwendet. Statt 10–20 Systeme, werden 2–4 Systeme eingesetzt.
Aus dem EEG lassen sich Informationen über die Einschlaflatenz, die Verteilung der Schlafstadien, Weckreaktionen und weitere Prozesse im Schlaf gewinnen.
Außerhalb der medizinischen Diagnostik
Eine EEG-Untersuchung kann auch außerhalb des medizinischen Bereiches verwendet werden. Allerdings ist die Forschung zur Verwendung der Elektroenzephalographie in diesem Bereich noch nicht so fortgeschritten wie im medizinischen Bereich.
Bestimmung des Intelligenzquotienten
In einigen wissenschaftlichen Publikationen wird erwähnt, dass eine EEG-Messung zur Einschätzung des IQs genutzt werden kann. Die Leistungsdichte der Alpha- und Beta-Bänder steht in Wechselbeziehung mit dem IQ. In diesem Fall wurde die EEG-Methode nicht so oft angewandt, um konkrete Ergebnisse zu haben.
Gedankenübertragung
Im Jahr 2014 gelang es indischen Forscher*innen einfache Gedanken mithilfe des EEGs in binäre Signale umzuwandeln.
Binäre Signale sind Signale, die nur in zwei Zuständen existieren können. Ist etwa ein Lichtschalter eingeschaltet, wird die Lampe mit Strom versorgt. Ist er nicht eingeschaltet, wird die Lampe nicht mit Strom versorgt und bleibt dunkel.
Die Signale wurden von Indien nach Frankreich übertragen. Mithilfe transkranieller Magnetstimulation wurde das Signal in das Gehirn eines Teilnehmers überragen. Der Teilnehmer konnte Lichtblitze am Rande seines Blickfeldes wahrnehmen. Dadurch konnte er die Botschaft (in Form von binären Nullen und Einsen) verstehen.
Eine transkranielle Magnetstimulation (kurz TMS) soll mithilfe starker Magnetfelder bestimmte Bereiche des Gehirns stimulieren oder/auch hemmen.
Kommerzielle und therapeutische Anwendung
Seit einigen Jahren wird Elektroenzephalographie in sogenannten Brain-Computer-Interfaces (BCI) eingesetzt. Die Technik ermöglicht schwerst gelähmten eine Kommunikation mit anderen. Durch BCI werden Computern mithilfe von Gehirnwellen gesteuert.
EEG Untersuchung – Das Wichtigste auf einen Blick
- Ein EEG ist nicht invasiv und wird zur Messung der elektrischen Hirnaktivität benutzt.
- Eine Elektroenzephalographie kann für eine Routineuntersuchung eingesetzt werden. Es kann aber auch für die Langzeitforschung, Schlafforschung und Epilepsieforschung verwendet werden.
- Die von einem EEG messbare Spannungsdifferenz kennst du auch als Aktionspotential.
- Eine Auswertung der EEG-Ergebnisse basiert auf die Größe und Frequenz der jeweiligen Kurven. Es gibt fünf "Hauptkurven": Alpha, Beta, Gamma, Delta und Theta.
- Alpha-Wellen sind normal bei wachen und entspannten Personen.
- Beta-Wellen können auf eine Medikamentenwirkung deuten.
- Theta- und Deltawellen sind normal bei Kindern und bei schlafenden Erwachsenen.
- Eine Elektroenzephalographie-Untersuchung dauert normalerweise 20 bis 30 Minuten und stellt keine Gefahr dar.
Nachweise
- Abb. 4: "Eeg delta" (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eeg_delta.svg) von Hugo Gamboa ist lizenziert unter CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en).
- Abb. 5: "Eeg theta" (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eeg_theta.svg) von Hugo Gamboa ist lizenziert unter CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en).
- Abb. 6: "Eeg alpha" (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eeg_alpha.svg) von Hugo Gamboa ist lizenziert unter CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en).
- Abb. 7: "Eeg beta" (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eeg_beta.svg) von Hugo Gamboa ist lizenziert unter CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en).
- Abb. 8: "Eeg gamma" (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eeg_gamma.svg) von Hugo Gamboa ist lizenziert unter CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en).
- Abb. 13: "EEG for Case Study 1" (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK2511/) von Bromfield EB et al der American Epilepsy Society (http://www.aesnet.org/) ist lizenziert durch CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.en).
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