EEG

Neurone: componente elementare del Sistema Nervoso Centrale (SNC).Ne esistono circa 1012 nel cervello umanoDifferenze morfologiche e dimensionali, ma caratteristiche di funzionamento simile.

Tre regioni principali:1.Corpo cellulare (soma) contenente il nucleo2.Dendriti (ramificazioni corte che partono dal soma)3.Assone (prolungamento del soma)

EEGL’assone è un canale di trasmissione del segnale elettrico da un neurone ad un altroLunghezza da pochi mm a circa 1mLarghezza da 1 a 20 µmVelocità di conduzione fino a 100 m/s nelle fibre assoniche più grandiRicoperti di una sostanza isolante (mielina), interrotta ad intervalli regolari (punti di Ranvier)

I dendriti ed il soma sono in contatto con le terminazioni degli assoni di altri neuroni che presentano rigonfiamenti detti bottoni sinaptici

Trasmissione unidirezionale: dall’assone di un neurone al dendrite od al soma di un altro. Può avere carattere eccitatorio o inibitorioOgni neurone può avere fino ad un migliaio di contatti sinaptici e riceverne altrettanti

EEGSegnali elettrici: tensioni variabili nel tempo (‘potenziali’) dovute a d.d.p. tra interno ed esterno delle cellule nervose.

Segnali in ingresso (si propagano passivamente e si attenuano velocemente, ridotti ad 1/3 dopo circa 1mm):

Potenziali recettori: trasformano uno stimolo sensoriale in un segnale elettricoPotenziali sinaptici: segnali elettrici inviati dai neuroni circostanti attraverso i contatti sinaptici.

I potenziali in ingresso convergono verso una zona neuronica in cui vengono algebricamente sommati.Il risultato di tale somma può portare alla generazione, da parte del neurone, di una risposta: il potenziale d’azione.Tale risposta viene propagata attivamente lungo tutto l’assone e raggiunge le terminazioni sinaptiche dove interagisce con altri neuroni.

EEGRappresentazione funzionale del neurone: quattro componenti.

EEGAll’interno ed all’esterno della cellula nervosa si trovano ioni positivi e ioni negativi.Spessore della membrana (insieme di lipidi e proteine) da 8 a 10 nm.All’interno soprattutto K+ e altri anioni organici, all’esterno soprattutto Cl- e Na+.In condizioni di riposo la differenza di potenziale tra esterno ed interno è di circa 60mV con l’interno negativo rispetto all’esterno.Diffusione passiva per gradiente di concentrazione e meccanismo attivo, pompa sodio-potassio, mantengono l’equilibrio.

EEGNella membrana esistono proteine (canali ionici) capaci di lasciare passare solo un particolare ione.I canali sodio, in condizioni di riposo, sono praticamente chiusi (bassa permeabilità della membrana).Se ‘stimolata’ la membrana può aprire i canali del sodio à gli ioni Na+entrano à il potenziale interno viene perturbato à passa da negativo a positivo à cambia permeabilità al potassio à gli ioni K+ escono à il potenziale tende a ritornare alle condizioni di riposo.Tutto ciò avvieneall’inizio dell’assone, poichéil corpo cellularenon ha canali sodiocontrollati dal potenziale.

EEGChi fornisce la stimolo?

Tutte le connessioni sinaptichedei dendriti causano piccole variazioni del potenziale elettrico all’interno della membrana.

Se le quantità di eccitazioni sinaptiche sono sufficienti da far sì che il potenziale interno raggiunga un valore di soglia si aprono i canali sodio à si genera il potenziale d’azione.

Comportamento ON-OFF del neurone.

EEGCome avviene la propagazione lungo l’assone?

EEGSinapsi: Insieme di membrana pre-sinaptica (bottone sinaptico), membrana post-sinaptica (punto di contatto con il soma o i dendriti), spazio sinaptico.Può essere di due tipi: chimica o elettrica. Nei mammiferi maggioranza di chimica.Vescicole sinaptiche contenenti trasmettitore chimico per comunicazione (acetilcolina o acido gamma-ammino burritico GABA)

EEGSinapsi attiva à le vescicole liberano il loro contenuto nello spazio sinapticoà il neuro-trasmettitore si fissa su molecole recettrici su esterno membrana post-sinapticaà apertura di canale ionico.

Effetto eccitatorio:apertura dei canali sodio

Effetto inibitorio:apertura dei canali cloro

Depolarizzazione della membranadendriticaà cambiamento dipotenziale locale à generazionedi corrente all’interno della cellulaà se somma correnti sufficientià generazione potenziale d’azione.

Una volta generato, l’impulso nervoso percorre tutto l’assone (la velocità può essere diversa)

EEGIl SNC, il cui componente fondamentale è il neurone, può essere suddiviso in:midollo spinale (contenuto nella colonna vertebrale) ed encefalo (contenuto nel cranio).Encefalo:•Tronco cerebrale o tronco encefalico(composto da midollo allungato, ponte e mesencefalo)•Cervello (composto da diencefalo e telencefalo che consta dei due emisferi cerebrali) è avvolto da tre membrane protettive (meningi)•Cervelletto

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Due emisferi cerebrali:ciascuno controlla il lato opposto del corpo.

Sono connessi fra loro da una banda di 300 milioni di fibre nervose.

Ciascun emisfero è composto da più strati.Il più esterno, composto da un denso insieme di cellule nervose appare grigio (materia grigia), è spesso qualche mm, ed è chiamato corteccia cerebrale.

EEGLa corteccia è molto convoluta e consiste di gyri (dorsali) e sulci (solchi). I solchi più profondi sono chiamati fessure.Gli strati profondi degli emisferi consistono di assoni (materia bianca) e corpi cellulari (nuclei)

EEGLa corteccia di ciascun emisfero è divisa in quattro aree (lobi):Lobo frontale (pianificazione, processo decisionale, comportamento intenzionale)Lobo parietale (informazioni sensoriali)Lobo occipitale (in parte dedicato alla visione)Lobo temporale (udito, percezione, memoria, ecc.)

EEGRegistrazione dell’andamento temporale dei potenziali elettrici generati dall’attività cerebrale

•ElettroEncefaloGramma (EEG): registrazione con elettrodi posti sullo scalpo

•ElettroCorticoGramma (ECoG): registrazione con elettrodi posti sulla superficie esposta della corteccia cerebrale

•Registrazione profonda: registrazione con sottili elettrodi ad ago inseriti nel tessuto neurale del cervello

Indipendentemente dal tipo di registrazione rappresentano la sovrapposizione dell’effetto di vari generatori neuronali.

Utilizzi dell’EEG:Valutazione stato neurologico del soggettoIndicazione della profondità dell’anestesia (anello di retroazione)Alternativa a ECG in interventi chirurgici a cuore aperto

EEGAttività elettrica continua ed oscillante: onde cerebrali .Intensità sullo scalpo: fino a 300 µVIntensità sulla corteccia: fino a qualche mVContenuto di frequenza: 0.5 – 100 Hz

Le caratteristiche delle onde cerebrali dipendono dal grado di attività della corteccia à notevole differenza tra sonno e veglia.

Andamento molto irregolare, ma in alcuniMomenti, si evidenziano particolari pattern.Alcuni stati patologici forniscono patternparticolariI normali pattern vengono classificati come:onde alfa, beta, theta, delta.

EEGOnde ALFA

Frequenza: 8-13 HzStato di veglia, ma di riposo assolutoPiù intense in regione occipitale, ma possono apparire in zona parietale e frontaleAmpiezza: 20-200 µVScompaiono completamente durante il sonno

EEGOnde BETA

Frequenza: 13-22 Hz, ma possono arrivare fino a 50 Hz con attività mentale particolarmente intensaPiù intense in regione parietale e frontaleAmpiezza: 20-200 µVSi dividono in:Beta I – comportamento simile alle ALFA, ma frequenza doppiaBeta II – intensa attività cerebrale

EEGOnde THETA

Frequenza: 4-8 HzPiù intense in regione parietale e temporale dei bambini. Nell’adulto per stress, frustrazioni, delusioniAmpiezza: 20-200 µV

EEGOnde DELTA

Frequenza: inferiore a 4 HzDurante il sonno, nell’infanzia, per gravi disturbi organici del cervello

EEGAttività cerebrale registrata dipende da posizione in cui l’elettrodo è posto à necessità di regole standard per il posizionamento degli elettrodi.Sistema standard proposto dalla International Federation of EEG Societies, denominato 10-20.Utilizza precisi riferimenti anatomici.Indipendente dalle dimensioni della scatola cranica.Ciascun elettrodo viene identificato da una sigla che ne specifica la localizzazione.Le posizioni standard vengono identificate con una lettera ed un numeroLe lettere sono:

F = frontaleT = temporaleC = centraleP = parietaleO = occipitaleA = orecchio

I numeri pari si riferiscono all’emisfero destro, i dispari al sinistroZ indica la linea centraleA1 ed A2 sono in corrispondenza dei lobi delle orecchie e sono usati come riferimento.

EEGPosizionamento antero-posteriore:partendo dal vertice si misura distanza tra nasion e inion e si calcolano le distanze come percentuale della totale

Posizionamento nel piano coronale:Distanza tra i punti pre-auricolari destro e sinistro

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EEGEsistono tre tipi di connessione: unipolare, bipolare, riferita alla media.

Unipolare: un elettrodo è preso come riferimento comune per tutti gli altri.Potenziale variabile à elettrodo lontano à lobo di un orecchio o unione dei dueLa traccia assume la sigla dell’elettrodo da cui ha origine

EEGRiferita alla media: tutti gli elettrodi vengono collegati tra loro con una rete resistiva. L’uscita della rete è presa come riferimento.La traccia assume la sigla dell’elettrodo da cui ha origine

EEGBipolare: non si usa alcun riferimento. Si utilizzano le differenze di tensione tra coppie di elettrodi.Localizzazione più precisa delle zone di attività.La traccia assume la sigla dei due elettrodi su cui viene effettuata la differenza

EEGSchema a blocchi encefalografo

EEGPre-amplificatore: amplificare il segnale il più vicino possibile alla sorgente serve per limitare azione di rumori esterni ulteriori. Sono già eventualmente presenti artefatti (per esempio attività muscolare del collo e del viso: f = 0.5-100Hz).

Alta impedenza di ingresso (2-10 MΩ)Protezione al paziente con circuito di isolamentoLimitazione della banda allo stretto necessario (S/N)Guadagno complessivo molto elevato (1000 e più)Ingresso differenziale con alto CMRRCalibrazione del segnale (confronto con segnale noto)Uscita con le caratteristiche necessarie a pilotare uno strumento di registrazione.

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Elettrodi utilizzati:solitamente Ag-AgCl(buona stabilità e basso rumore: 5-50 µV)

Necessità di bassa impedenza di contatto (<5-10 kΩ)

EEGRegistratori a carta

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EEGStati di sonno

EEGStati patologici

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EEGMappe di potenzialiImportante la disposizione spaziale degli elettrodi oltre che l’andamento temporale dei segnali.

Difficile confronto visivotra tracce di andamentitemporali.

Passaggio a rappresentazionetopografica

EEGRappresentazione a linee equipotenziali

Sequenza di mappe di misure effettuate in istanti successivi forniscono una visione diretta della dinamica.Costruzione linee di livello à utilizzo di algoritmi distinti in due classi: globali e locali.Algoritmi globali più onerosi, ma garanzia di interpolazioni senza punti angolosi che potrebbero aversi con quelli locali.Dimensione non infinitesima dei punti di registrazione, allargamento area attiva a causa di tessuti interposti tra sorgente ed elettrodi, integrazione spazio-temporale del sistema visivo à sufficiente algoritmo locale

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Rappresentazione a mappe tridimensionali.

La terza dimensione è l’ampiezza del segnale.

Informazione solo qualitativa

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Mappe a colori o a livelli di grigio

Molto efficaci

Presentazione in sequenza (es. 3Hz) à visione chiara e precisa di evoluzione spazio-temporale

MEGMagnetoEncefaloGrafia (MEG):tecnica di registrazione non invasiva dei piccolissimi campi magnetici emessi dal cervello.Emissione associata alle onde alfa approssimativamente 0.1 pT a 5 cm dallo scalpo. Campo magnetico terrestre ~50 µT.

Necessità di:•stanza schermata da pesantissimi schermi ad altissima permeabilità magnetica.•bobine di superconduttori mantenuti a circa 4 °K.

Ciò permette di indurre una corrente nelle bobine che a loro volta inducono un campo magnetico in uno speciale magnetometro: Superconducting Quantum Interference Device (SQUID).

MEGSensibilità di 0.01 pT.

Tecniche particolari consentono l’eliminazione del campo magnetico di fondo (terrestre e ambientale): 10-100 nT.

Il sistema contiene 2 x 37 SQUID (canali di registrazione) che consentono di determinare la distribuzione spaziale della sorgente di campo magnetico

A differenza di TAC e NMR che danno informazioni di tipo anatomico è in grado di fornire informazioni funzionali, come PET e fNMR, con la stessa risoluzione spaziale, ma una superiore definizione temporale (1 ms)

Elevatissimi costo à pochissime unità

Usi: soprattutto ricerca (es.: mappatura della corteccia somatosensoriale e motoria)