Identyfikacja i jednoznaczna kwalifikacja określonych wzorów aktywności bioelektrycznej mózgu jako zjawisk o charakterze napadowym jest jednym z głównych problemów w ocenie wyników badania elektroencefalograficznego (EEG). Znajduje to odbicie w zaleceniach dotyczących identyfikacji wzorów zapisu opracowanych przez zespół ekspertów Międzynarodowej Federacji Neurofizjologii Klinicznej, opublikowanych w 1999 r. (1), jak również w zaleceniach Amerykańskiego Towarzystwa Neurofizjologii Klinicznej z 2006 r. (2). W zaleceniach Federacji termin „napad” (ang. paroxysm) dotyczy wzoru zjawiska wyodrębniającego się nagłym początkiem, szybkim dojściem do maksimum i nagłym zakończeniem na tle zapisu spoczynkowego – z zastrzeżeniem, że termin ten jest zwykle używany w odniesieniu do wzorów padaczkopodobnych i wzorów napadu. Ograniczenie to dotyczy zarazem terminów takich jak „wyładowanie”, czy też „fala ostra” lub „iglica”. Sytuację komplikuje fakt, że do grupy fal ostrych – a więc identyfikowanych ze zjawiskami o charakterze padaczkowym – kwalifikowane są wzory wyodrębniające się ostrym kształtem i czasem trwania do 200 milisekund (fala ostra). Przyjęcie takiego kryterium jako jednoznacznego dla identyfikacji zmian napadowych – czyli zmian o charakterze padaczkowym – podczas prób obiektywizacji ocen stanu ośrodkowego układu nerwowego z zastosowaniem metod matematyczno-fizycznych może prowadzić do sformułowania całkowicie błędnych wniosków. Z punktu widzenia interesów osób badanych, z uwagi na częste niejednoznaczne stosowanie terminów „napadowość” i „wyładowanie” w rutynowych opisach badań elektroencefalograficznych utożsamianych ze zmianami o charakterze padaczkowym, sytuacja jest niekorzystna, biorąc pod uwagę możliwe konsekwencje wynikające z niewłaściwych decyzji dotyczących wyboru postępowania terapeutycznego. Konsekwencją tego stanu są zarazem poglądy o niskiej specyficzności i niejednoznaczności ocen wyników badania elektroencefalograficznego. Sytuacji nie ułatwia sposób sformułowania zaleceń Amerykańskiego Towarzystwa Neurofizjologii Klinicznej dotyczących sposobu przedstawienia wyniku badania (2), określający interpretację wyniku jako subiektywne orzeczenie dotyczące prawidłowości lub nieprawidłowości zapisu, jakkolwiek oparte na obiektywnej ocenie wzoru aktywności bioelektrycznej mózgu.

Problemy wynikające z niejednoznacznego stosowania terminologii dotyczącej „napadowości”, „wyładowań” oraz fal ostrych i iglic są konsekwencją wielu czynników, głównie nadal niedostateczną znajomością biologicznego podłoża obserwowanych zjawisk. Inną przyczyną są wieloletnie doświadczenia wynikające ze stosowania metody z użyciem wzmacniaczy analogowych i zapisu atramentowego oraz sposobu rejestracji z preferencją standardu krótkich odprowadzeń dwubiegunowych – uniemożliwiającego niekiedy jednoznaczną ocenę sygnału. Stan ten jest oczywisty z uwagi na trudności metodologiczne związane z uzyskaniem zapisu EEG powodowane wysokim poziomem zakłóceń i – w niedawnej przeszłości – z konstrukcją aparatów elektroencefalograficznych. Jakkolwiek zasadnicze problemy aparaturowe zostały obecnie rozwiązane, problemy związane z trudnością identyfikacji artefaktów oraz z ustaleniem standardu optymalnej rejestracji podstawowego zbioru danych charakteryzujących wartości pola elektrycznego mózgowia są nadal aktualne.

Celem pracy jest przedstawienie możliwości podniesienia standardów ocen wzorów aktywności bioelektrycznej mózgu wynikających z zastosowania techniki cyfrowej rejestracji i różnorodnych metod analizy sygnału EEG. Praca zawiera oryginalne dane, uzyskane w wyniku zastosowania nowej metody – obrazowania czasowo-przestrzennego (3, 4), umożliwiającego większą jednoznaczność oceny wzoru aktywności bioelektrycznej mózgu.

Z podsumowania doświadczeń związanych ze stosowaniem elektroencefalografii w praktyce klinicznej wynika, że zmiany o charakterze napadowym stanowią bardzo rozległą i zróżnicowaną grupę zjawisk bioelektrycznych (5). Jednoznaczną identyfikację utrudnia dodatkowo występowanie wzorów przejściowych – narastania dyspozycji do „napadowości” lub powstawania wyładowań padaczkopodobnych w procesie reorganizacji wzoru aktywności populacji komórek nerwowych w procesie epileptogenezy, informujących o narastającym prawdopodobieństwie pojawienia się napadu padaczkowego.

Wyniki analizy rozkładów pól elektrycznych przedstawione w tej pracy prezentują złożoność wzorów ilustrujących jednoznacznie zjawisko napadowe – wyładowanie zespołów fal ostrych z falą wolną 3-5/s oraz wyładowanie o cechach napadu o charakterze padaczkowym u osoby w stanie padaczkowym niedrgawkowym. Kolejne ilustracje umożliwiają porównanie wyładowania „prawdziwej” iglicy o charakterze padaczkowym z falą o ostrym kształcie spełniającą kryteria fali ostrej, lecz nieutożsamianej z wyładowaniem padaczkowym (fala czołowa).

W pracy przedstawiono wyniki analizy wybranych fragmentów zapisów EEG z obecnością zmian o charakterze napadowym, typowych dla wyładowań o charakterze padaczkowym – napadowych i międzynapadowych oraz fragmentu zapisu z obecnością fal o ostrych kształtach – do różnicowania z wyładowaniem fali ostrej o charakterze padaczkowym. Ilustracje przedstawiają zapisy wyjściowe w standardowych montażach dwubiegunowych w standardowym systemie 10-20 lokalizacji elektrod i w montażach referencyjnych z uwzględnieniem możliwie optymalnych (w tych badaniach) lokalizacji elektrod odniesienia w montażach bazowych: na płatkach usznych lub na brodzie. Rejestracji i analizy dokonano przy pomocy aparatu firmy ELMIKO z częstotliwością próbkowania 250 Hz w przedziale częstotliwości do 70 Hz przy stałej czasu 0,3 s. Zapisy referencyjne były następnie przetwarzane do postaci map przestrzenno-czasowych (3, 4) i map chwilowych rozkładów potencjałów na powierzchni skóry głowy. Celem uzyskania możliwości bardziej precyzyjnej oceny lokalizacji generatorów zjawisk bioelektrycznych stosowano metody rejestracji i analizy określane jako Laplasjany i CSD (ang. current source density analysis).

Rycina 1 przedstawia czterosekundowe, wysokonapięciowe wyładowanie zespołów fal ostrych z falą wolną zarejestrowane u osoby płci męskiej w wieku 16 lat w standardowym montażu krótkich odprowadzeń, określanym jako „podwójny banan”.

W celu ułatwienia interpretacji odprowadzenia lewopółkulowe przedstawiono w kolorze czerwonym, prawopółkulowe w czarnym, a odprowadzenia z linii środkowej w kolorze granatowym. Wyładowanie wydaje się spełnić wszystkie kryteria zjawiska napadowego i pierwotnie uogólnionego – pojawia się nieoczekiwanie i wyodrębnia się wyraźnie, praktycznie we wszystkich odprowadzeniach, jakkolwiek prawdopodobnie z maksimum amplitudy w odprowadzeniach czołowych. Wątpliwości co do rzeczywistego rozkładu może jednak powodować świadomość faktu, że w tym montażu prezentującym rozkłady różnicy potencjałów pomiędzy relatywnie blisko położonymi elektrodami rzeczywisty rozkład przestrzenny wyładowań może być istotnie różny. Przedstawiony wzór aktywności bioelektrycznej pozwala jednak na wiarygodną ocenę częstotliwości pojawiania się wyładowań zespołów fal ostrych z falą wolną przy pomocy szybkiego przekształcenia Fouriera (ang. Fast Fourier Transform – FFT), w tym przypadku około 3-5 Hz. Widać ponadto, że wyładowanie zmienia nieco konfigurację z upływem czasu – początkowo wykazuje tendencję do pojawiania się zespołów z częstością około 5/s i następnie stabilizuje się w przedziale częstotliwości 3-4 Hz.

Bardziej jednoznaczną informację dotyczącą rzeczywistego rozkładu potencjałów wyładowania na powierzchni skóry głowy ilustruje rycina 2. Fragment A przedstawia nałożone na siebie zapisy poszczególnych odprowadzeń uzyskane w montażu referencyjnym – w stosunku do bardziej racjonalnej, dostępnej w tym przypadku elektrody odniesienia utworzonej przez połączenie płatków usznych (A1A2) w jednosekundowym odcinku zapisu ilustrującym wstępne fazy rozwoju wyładowania. Wzór zapisu ilustruje jednoznacznie ewolucję organizacji wzoru aktywności struktur mózgowych uczestniczących w kolejnych wyładowaniach fal ostrych i fal wolnych. Fragmenty B i C ilustrują rozkłady przestrzenne pól elektrycznych w tym fragmencie zapisu: w postaci mapy przestrzenno-czasowej i map chwilowych rozkładów potencjałów (C) ilustrujących chwilowe rozkłady potencjałów na powierzchni skóry głowy w wybranych momentach określonych kursorami 1, 2, 3 i 4 z zastosowaniem metody określanej jako Laplasjan. Mapa przestrzenno-czasowa reprezentuje rozkład potencjałów, których amplituda ilustrowana jest różnymi kolorami, zarejestrowanych przez elektrody umiejscowione w układzie odprowadzeń systemu 10-20. Poszczególne odprowadzenia z lewej i prawej półkuli ułożone są symetrycznie w stosunku do zapisu stanowiącego oś symetrii – którą w tym przypadku stanowi zapis z odprowadzenia centralnego czołowego (elektroda Fz). Pozostałe odprowadzenia z linii środkowej wyodrębnione są wraz z zapisem EKG w dolnym fragmencie mapy (odprowadzenia EKG, Cz i Pz). Widać wyraźnie, że wyładowanie nie jest pierwotnie uogólnione. Pierwsze wyładowanie elektroujemnej fali ostrej rozpoczyna się w odprowadzeniach czołowych i skroniowych lewopółkulowych z szybką projekcją do struktur bieguna płata czołowego prawej półkuli – uwidocznioną wyodrębniającą się iglicą w strukturze tej samej fali ostrej. Transmisję stanów czynnych ilustrują dodatkowo mapy rozkładów chwilowych (ryc. 2C), w momentach określonych kursorami 1 i 2. Konsekwencją wyładowania iglicy jest pojawienie się następczej (późnej) fali wolnej o cechach fali czołowej, pojawiającej się w symetrycznych odprowadzeniach czołowych (kursor 3). Ładunki elektroujemne przedstawione są głównie różnymi stopniami niebieskości podczas gdy ładunki elektrododatnie reprezentowane są głównie kolorem czerwonym.

Kolejne, drugie wyładowanie fali ostrej, jest już bardzo uogólnione. Chwilowy rozkład potencjałów (kursor 4) ilustruje jednak aktywację określonych struktur mózgowia z zachowaniem przewagi aktywacji struktur czołowych. Kolejne wzory wyładowań fal ostrych i fal wolnych ilustrują zaistnienie konfliktu pomiędzy procesami warunkującymi pojawienie się fali ostrej i fali wolnej (czołowej), skutkującego zanikiem fali czołowej w drugim cyklu wyładowania. Konsekwencją tego zjawiska są zmiany częstotliwości pojawiania się wyładowań ostrych – w przedziale częstości 3-5/s.

Rycina 3 ilustruje z kolei wyładowanie międzynapadowe pojedynczej fali ostrej zarejestrowane u tej samej osoby w standardowym systemie odprowadzeń („podwójny banan”) w stanie snu wolnofalowego (NREM). Wyładowania tego typu były jedynym jednoznacznym przejawem padaczkowej reorganizacji funkcji mózgu obserwowanym podczas snu. Nasilona tendencja do pojawiania się kilkusekundowych wyładowań była natomiast obserwowana po przebudzeniu, w badaniu wykonanym po bezsennej nocy.

Rycina 3 przedstawia falę ostrą związaną z pojawieniem się fali wolnej. Lokalizację i strukturę przestrzenną wyładowania przedstawia rycina 4. Pojawienie się fali ostrej wiąże się w tym przypadku z zaistnieniem stanu przejściowego – ze spłyceniem snu wolnofalowego ilustrowanym zmniejszeniem ilości fal wolnych delta i obniżeniem amplitudy zapisu oraz wzrostem ilości fal o wyższych częstotliwościach w rytmie czynności podstawowej. Zarejestrowany zapis EKG i wnioski wynikające z długotrwałego monitorowania zapisu EEG pozwalają na wykluczenie prawdopodobieństwa, że wyładowanie jest w istocie artefaktem sercowym, mięśniowym lub ruchowym.

Rycina 4 ilustruje rozkład potencjałów tworzących wzór fali ostrej, zarejestrowanych w montażu referencyjnym – w stosunku do połączonych płatków usznych – A1A2 (ryc. 4A). Widać wyraźnie, że wyładowanie powierzchniowo ujemnej fali ostrej, a raczej grupy elektroujemnych potencjałów iglicowych o czasie trwania 40-50 milisekund, wiąże się z wystąpieniem fali wolnej. Rozkład przestrzenny generatorów wyładowań (ryc. 4B i C) ilustruje zmienność lokalizacji półkulowych struktur nerwowych uczestniczących w jej utworzeniu – z przewagą i z większą tendencją do uogólniania się nad półkulą prawą.

Występowanie fal tego typu, a w szczególności fal wierzchołkowych nie wiąże się jednoznacznie z występowaniem zmian o charakterze padaczkowym. Znajduje to swoje odbicie w zaleceniach International Federation of Clinical Neurophysiology (1): ang. vertex sharp wave – fala ostra wierzchołkowa. Nazwa niezalecana, gdy opisuje się fizjologiczne potencjały wierzchołkowe. Nazwa zalecana – fala V. Oznacza to jednak, że zespół ekspertów uznaje zarazem możliwość występowania fal wierzchołkowych nie fizjologicznych, tj. fal ostrych wierzchołkowych: „nazwa powinna być używana tylko w przypadku wyładowań padaczkopodobnych”. Wynika stąd niejako formalne potwierdzenie możliwości braku jednoznaczności ocen zapisów elektroencefalograficznych w ocenie klinicznej stanu osób z zaburzeniami funkcji układu nerwowego.

Wydaje się, że ta sytuacja jest również wynikiem faktu, że w niektórych przypadkach fale ostre wierzchołkowe są szczególnie liczne i mogą być prawdopodobnie związane z padaczkową reorganizacją wzoru aktywności bioelektrycznej mózgu. Mogą być np. szczególnie częste u niektórych osób w okresie odstawiania leków przeciwpadaczkowych. Brak jest jednak wiarygodnych danych usprawiedliwiających orzekanie o obecności w zapisie EEG zmian padaczkopodobnych jedynie na podstawie identyfikacji wzorów o typie fal wierzchołkowych lub fal czołowych. Problemy kwalifikacji fali wierzchołkowej stanowią również ilustrację współczesnych trudności jednoznacznej oceny podobnych zjawisk pojawiających się w innych obszarach korowych.

Rycina 7 przedstawia fragment napadu o charakterze padaczkowym, zarejestrowanego w warunkach stanu padaczkowego niedrgawkowego. W krótkich odprowadzeniach dwubiegunowych napad pojawia się nieoczekiwanie na tle zapisu z prawidłowym rytmem fal alfa. Sprawia wrażenie pierwotnie uogólnionego. Może być opisywany jako ciągłe wyładowania fal ostrych i iglic, przerywanych pojawianiem się fal wolnych. Widoczna jest krótkotrwała faza toniczna napadu – rytm fal w przedziale częstotliwości fal alfa 9-12/s (FFT; widmo częstotliwości fal w oznakowanym, 3-sekundowym fragmencie zapisu EEG) z bardzo wyraźną przewagą amplitudy w odprowadzeniach czołowych i centralnych. Ten typ zapisu, tj. incydentu reorganizacji wzoru czynności podstawowej z obecnością mniej lub bardziej jednolitego i pojawiającego się rytmicznie wzoru aktywności bioelektrycznej o dużym stopniu synchronizacji i z bardzo wyraźnym obniżeniem reaktywności jest główną cechą pierwotnego lub wtórnego zaangażowania struktur mózgowych w zjawisku określanym jako napad padaczkowy.

Rycina 8A i B ilustruje fragment ryciny 7 uzyskany w odprowadzeniach referencyjnych przejścia fazy tonicznej do wyładowań fal ostrych z następczą falą wolną – wzór rozkładu potencjałów utworzony w odniesieniu do elektrody umiejscowionej na brodzie. Wzór zapisu ilustruje stopniowy rozpad rytmu fal ostrych z wyodrębniającą się coraz bardziej składową późną o charakterze wyładowania iglicowego. Wyładowania fal ostrych i iglic, jak też fali wolnej, zlokalizowane są głównie w odprowadzeniach czołowych i centralnych z przewagą nad lewą półkulą. Znajduje to potwierdzenie w rozkładzie chwilowych potencjałów zarejestrowanych w odniesieniu do elektrody referencyjnej umieszczonej na karku (ryc. 8C).

Przedstawione wyniki ilustrują współczesne możliwości jednoznacznej oceny wzoru aktywności bioelektrycznej zawartego w zapisie EEG, wynikające z zastosowania cyfrowych metod zapisu i analizy danych elektroencefalograficznych. Konsekwencją wydaje się być możliwość podjęcia próby ustalenia kryteriów bardziej realistycznego niż dotychczas identyfikowania i interpretowania zmian o charakterze napadowym w zapisie EEG w kontekście klinicznej oceny stanu czynnościowego ośrodkowego układu nerwowego.