脳波：歴史、機能、波 - 神経心理学 - 2025

脳波（EEG）が記録し、脳の生体電気活性を評価するために使用されるテストです。電位は患者の頭皮にある電極を通して得られます。

記録はEEGを介して動く紙に印刷するか、モニターで見ることができます。脳の電気的活動は、安静、覚醒、または睡眠の基本条件の下で測定できます。

子供の脳波の応用

脳波は、他の多くの用途の中で、てんかん、睡眠障害、脳症、昏睡、脳死の診断に使用されます。研究にも使用できます。

以前は、腫瘍や脳卒中などの局所脳障害の検出に使用されていました。今日、磁気共鳴画像法（MRI）とコンピューター断層撮影（CT）が使用されています。

脳波の簡単な歴史

脳波の歴史は、プロイセン軍の医師であるFristschとHitzigが兵士の脳で調査した1870年に始まります。これらはセダンの戦いで発見されました。彼らはすぐにいくつかの脳領域をガルバニック電流で刺激することにより、身体に動きが生成されることを理解しました。

リチャード・バーミック・ケイトン

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しかし、医師のリチャード・バーミック・ケイトンが脳が電流を生成していることを確認したのは1875年のことでした。これにより、神経科医フェリエは「ファラディック電流」を実験し、脳の運動機能を特定することができました。

ウラジミール・プラヴディッチ＝ネミンスキー

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1913年、ウラジミールプラディッチネミンスキーは、犬の神経系を調べて、「脳波図」と呼ばれるものを最初に実行しました。その瞬間まで、すべての観察は発見された脳で行われました。頭蓋骨の内部に到達する拡大手順はなかったからです。

ハンス・バーガー

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1920年、ハンスバーガーは人間の実験を始め、9年後、脳の電気的活動を測定する方法を考案しました。彼は脳の電気的変動の記録を特徴付けるために「脳波」という用語を作り出した。

このドイツの神経科医は、「バーガーリズム」を発見した人です。つまり、現在の「アルファ波」は、視床の同期した電気的活動から生じる電磁振動で構成されています。

バーガーは、彼の素晴らしい発見にもかかわらず、彼の技術的な知識が限られているため、この方法を進めることができません。

1934年、エイドリアンとマシューズは、生理学会（ケンブリッジ）でのデモンストレーションで、「バーガーリズム」を検証することができました。これらの著者は、より優れた技術で進歩し、毎秒10ポイントの規則的で広いリズムは、脳全体からではなく、関連する視覚領域から生じることを示しました。

フレデリックゴラ

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後に、フレデリックゴラは、特定の疾患では脳活動の律動性の振動に変化があったことを確認しました。これはてんかんの研究に大きな進歩をもたらし、この問題の難しさと包括的な方法で脳を研究する必要性に気づきました。1934年にフィッシャーとレーベンバックはてんかん様ピークを決定することができました。

最後に、ロボット工学に熟練したアメリカの神経科医であるウィリアムグレイウォルターは、独自のバージョンの脳波を開発し、改善を加えました。そのおかげで、アルファ波からデルタ波まで、さまざまな種類の脳波を検出することが可能になりました。

脳波はどのように機能しますか？

標準的なEEGは、導電性ゲルを使用して電極を頭皮に取り付けることによって実行される、痛みのない非侵襲的なスキャンです。2つの電極間の電圧差を測定する記録チャネルがあります。通常、16〜24本のリード線が使用されます。

電極のペアが組み合わされて、いわゆる「マウント」が作成されます。これは、双極（横および縦）および単極（参照）にすることができます。双極モンタージュは、脳活動の領域での電圧差を記録するために使用されます。一方、単極は、活動中の脳ゾーンと、活動のないゾーンまたは中立活動の別のゾーンを比較します。

アクティブゾーンとすべてまたは一部のアクティブな電極の平均との差も測定できます。

侵入電子（脳内）を使用して、側頭葉の近心面などの到達困難な領域を詳細に研究できます。

皮質造影

大脳皮質の電気的活動を検出するために、脳の表面近くに電極を挿入する必要がある場合があります。電極は通常、頭蓋骨の切開部を通して硬膜（髄膜の層の1つ）の下に配置されます。

この手順は、皮質造影と呼ばれ、耐性てんかんの治療や調査に使用されます。

10-20システム

「10-20システム」として知られている電極配置のための標準化されたシステムがあります。これは、電極間の距離が前頭（前から後ろ）または横（脳の片側から）の軸に対して10％または20％でなければならないことを意味します。

21個の電極を配置する必要があり、各電極は差動増幅器の1つの入力に接続されます。増幅器は、アクティブ電極と参照電極の間の電圧を1,000〜100,000倍に分散します。

現在、アナログ信号は使用されておらず、デジタル増幅器が使用されています。デジタルEEGには大きな利点があります。たとえば、信号の分析と保存を容易にします。さらに、フィルター、感度、記録時間、モンタージュなどのパラメーターを変更できます。

EEG信号は、OpenBCIなどのオープンソースハードウェアで記録できます。一方、信号はEEGLABやNeurophysiological Biomarker Toolboxなどのフリーソフトウェアで処理できます。

脳波信号は、頭蓋表面の2点間に存在する電位差（ddp）から表されます。各ポイントは電極です。

脳波

私たちの脳は、ニューロンを通過する電気的インパルスを介して機能します。これらのインパルスは、リズミカルである場合とそうでない場合があり、脳波として知られています。リズムは、同じ形態と期間を持ち、独自の周波数を維持する規則的な波で構成されています。

波は、その周波数、つまり1秒あたりの波の繰り返し回数に従って分類され、ヘルツ（Hz）で表されます。周波数には特定の地形分布と反応性があります。頭皮で観察される脳信号のほとんどは、1〜30 Hzの範囲です。

一方、振幅も測定されます。これは、ベースラインと波のピークの間の距離の比較から決定されます。波の形態は、尖った波の複合体および/または鋭い波の遅い波で、鋭く尖っています。

脳波では、アルファ、ベータ、シータ、デルタと呼ばれる4つの主要な帯域幅が見られます。

ベータ波

ベータ波。出典：Hugo Gamboa

それらは、周波数が14〜35 Hzの広い波で構成されています。目覚めているときに、試験や勉強などの激しい精神的努力が必要な活動を行っているときに発生します。

アルファ波

ベータ波。出典：Hugo Gamboa

これらは以前のものよりも振幅が大きく、周波数は8から13 Hzの間で振動します。これらは、精神的な努力をしなくても、リラックスしたときに発生します。また、目を閉じたり、空想をしたり、高度に自動化されたアクティビティを実行したりしたときにも表示されます。

シータ波

ベータ波。出典：Hugo Gamboa

振幅は大きくなりますが、周波数は低くなります（4〜8 Hz）。それらは、睡眠の開始前の、素晴らしいリラクゼーションの状態を反映しています。具体的には、睡眠の初期段階に関連しています。

デルタ波

デルタ波。出典：Hugo Gamboa

これらの波は、周波数が最も低いものです（1〜3 Hz）。これらは睡眠のより深い段階（通常は夢を見ない段階3および4）に関連しています。

処理する

脳波を実行するには、患者は暗い環境で目を閉じてリラックスする必要があります。通常、約30分続きます。

最初に、断続的な光刺激（さまざまな周波数の光刺激を適用する）または過換気（定期的かつ深く3分間口から呼吸する）などの活性化テストが行​​われます。

また、睡眠を誘発したり、逆に患者を覚醒させたりすることもあります。これは、研究者が何を観察または検証するかによって異なります。このビデオは、成人向けのアプリケーションを示しています。

解釈

脳波を解釈するには、患者の年齢や状態に応じて、脳の正常な活動を知る必要があります。誤解を最小限に抑えるために、アーティファクトや起こり得る技術的な問題を調べることも必要です。

てんかん様活動が存在する場合、脳波は異常である可能性があります（てんかんプロセスを示唆）。これは、ローカライズ、一般化、または特定の異常なパターンで発生する可能性があります。

遅い波が特定の領域で視覚化された場合、または一般化された非同期が検出された場合も異常です。振幅に異常がある、または正常から逸脱しているラインがある場合もあります。

現在、ビデオ脳波モニタリング、歩行脳波、テレメトリー、脳マッピング、さらには皮質脳波記録法など、より高度な技術が開発されています。

脳波の種類

以下に示すさまざまな種類の脳波があります。

ベースライン脳波

患者が覚醒しているときに行われるものなので、準備は必要ありません。検査に影響を与える可能性のある製品の使用を回避するために、頭皮の良好な洗浄が行われます。

睡眠不足期間における脳波

事前の準備が必要です。患者はそのパフォーマンスの24時間前に起きている必要があります。これは、ベースラインのEEGでは得られない異常を検出するために、睡眠段階の生理学的追跡を行うことができるようにするために行われます。

ビデオ脳波

これは通常の脳波ですが、その特徴的な特徴は、患者がプロセス中にビデオテープに記録されることです。その目的は、危機または疑似危機が発生したかどうかを観察するための視覚的および電気的記録を取得することです。

脳死の脳波

それは大脳皮質の活動やその欠如を観察するために必要な技術です。これは、いわゆる「脳死プロトコル」の最初のステップです。臓器の摘出および/または移植のためのデバイスを起動することが不可欠です。

臨床応用

脳波は、さまざまな臨床および神経心理学的状態で使用されます。以下にその用途の一部を示します。

てんかんを検出する

てんかんの脳波は、心因性危機、失神、運動障害、片頭痛などの他の病理と区別できるため、診断に不可欠です。

また、てんかん症候群を分類し、その進展と治療の有効性を監視します。

脳症を検出する

脳症は脳の損傷または機能不全を伴います。脳波のおかげで、特定の症状が「有機性」の脳の問題に起因するのか、それとも他の精神疾患の結果であるのかを知ることができます。

麻酔管理

脳波は麻酔の深さを制御するのに役立ち、患者が昏睡に入ることや目を覚ますのを防ぎます。

脳機能を監視する

脳波は集中治療室で脳機能を監視するために不可欠です。特に発作、誘発性昏睡状態の患者における鎮静剤と麻酔の効果、および二次的な脳損傷のチェック。たとえば、くも膜下出血で発生する可能性があります。

異常動作検知

脳に影響を与える可能性のある身体の異常な変化を診断するために使用されます。通常、アルツハイマー病、頭部外傷、感染症、腫瘍などの脳疾患を診断または監視するために必要な手順です。

特定の脳波パターンは、いくつかの病状の診断に関心があるかもしれません。たとえば、ヘルペス性脳炎、脳の無酸素症、バルビツール酸中毒、肝性脳症、またはクロイツフェルトヤコブ病。

適切な脳の発達を確認する

新生児では、EEGは脳に関する情報を提供して、寿命に基づいて異常の可能性を識別できます。

昏睡または脳死を特定する

脳波は患者の意識状態を評価するために必要です。それは、脳活動の予後と減速の程度の両方に関するデータを提供するので、より低い頻度は意識レベルの低下を示します。

また、脳活動が連続的か不連続か、てんかん様活動（予後不良を示す）と刺激に対する反応性（昏睡の深さを示す）の存在を観察することもできます。

さらに、それを介して、睡眠パターンの存在を確認できます（昏睡が深い場合はまれです）。

睡眠の病理

脳波は、複数の睡眠病態の診断と治療にとって非常に重要です。睡眠中に患者を診察し、脳波の特徴を観察することができます。

土壌調査で最も広く使用されているテストは睡眠ポリグラフです。これは、脳波を含めることに加えて、同時に患者をビデオに記録します。さらに、筋肉活動、呼吸運動、気流、酸素飽和度などを分析することができます。

調査

脳波は研究、特に神経科学、認知心理学、神経言語学、および精神生理学で使用されます。実際、今日私たちの脳について私たちが知っていることの多くは、EEGで行われた研究によるものです。

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