Спайк ЭЭГ

Спайк (англ. Spike, Commissures) — это пароксизмальный (т.е. внезапно появляющийся) электрический разряд, четко отличающийся от фоновой активности, имеющий острый пик и длительностью от 20 до 80 мсек., т.е. приблизительно 1/50 — 1/14 сек. Основная компонента ЭЭГ спайков обычно отрицательна по отношению к другим областям. Амплитуда спайка различна, как правило, превосходит амплитуду фоновой активности и может достигать сотен или даже тысяч микровольт. ЭЭГ спайки могут иметь и меньшие амплитуды, что зависит от размера и глубины залегания источника этих колебаний и ориентации этого источника по отношению к регистрирующим электродам. Спайки имеют поверхностно-негативную фазу, т.е. под электродом, подключенным к отрицательному входу усилителя, источник этого типа потенциалов дает на записи пик с заостренной вершиной, направленной кверху. Спайки на ЭЭГ чаще всего группируются в короткие или более длинные пачки, образуя феномен, носящий название «множественные спайки».

1. ЭЭГ спайки следует отличать от острых волн, т.е. потенциалов, имеющих сходные характеристики, но большей длительности. Тем не менее необходимо иметь в виду, что такое различение является произвольным и служит прежде всего описательным целям. На практике, на чернильных ЭЭГ записях при скорости бумаги 3 см/сек. ширина спайков не превышает 2 мм, а ширина острых волн — от 2 мм и более.

 2. Спайки в ЭЭГ следует отличать от потенциалов действия нейрона при регистрации микроэлектродамиКальциевый спайк — восстановительная деполяризация таламокортикальных клеток, которая следует за сильной гиперполяризацией нейронов. Деполяризация обеспечивается кратковременным низкопороговым Са2+ -током (I1), который инактивируется, когда нейрон деполяризован, и деинактивируется при гиперполяризации.

Анализ ЭЭГ

Основные виды эпилептиформной активности (Зенков Л.Р., 2002)
Основные виды эпилептиформной активности (Зенков Л.Р., 2002)

При визуальном просмотре ЭЭГ аномальные паттерны в основном разделяются на две группы: медленные волны и спайки. В нормальном мозге процессы коркового возбуждения и торможения должны быть сбалансированы. В этом случае кора во время бодрствования генерирует нормальную регулярную электрическую активность, такую как альфа-ритмы, бета-ритмы и среднелобный тета-ритм, которые регистрируются со скальпа благодаря синхронной активации миллионов нейронов. Если баланс «торможение — возбуждение» нарушается так, что процесс возбуждения начинает превалировать над торможением и нейронные сети гиперсинхронизируются, кора начинает генерировать аномальную электрическую активность, названную пароксизмами. Эти отклонения в большинстве случаев могут быть зарегистрированы со скальпа методом обычной ЭЭГ в виде определенных электрографических образцов. Есть несколько типов пароксизмальной активности, наиболее распространенные из которых — спайки, острые волны, комплексы «спайк — медленная волна». В экстремальных случаях корковая гиперсинхронизация в эпилептогенном очаге может привести к судорожному припадку — комплексу стереотипных и неконтролируемых судорожных изменений поведения, таких как подергивания и конвульсии, сопровождающиеся проходящей потерей сознания. Тяжесть припадков может быть разной: некоторые пациенты могут трястись и падать, у других припадок может быть замечен только самыми внимательными членами семейства.

Пространственно-временные характеристики

Есть три характеристики, по которым можно выделить спайк или острую волну в ЭЭГ: пароксизмальный характер, высокая степень заостренности сигнала и короткая длительность (рис. 1).

Временные и амплитудные параметры формы волнового сигнала, используемые для автоматического обнаружения спайка
Рисунок 1. Временные и амплитудные параметры формы волнового сигнала, используемые для автоматического обнаружения спайка

Пароксизмальный характер спайка частично связан с его амплитудой: спайк выделяется из фоновой активности. Амплитуда спайка, в свою очередь, зависит от нескольких факторов: 1) положения фокуса эпилептиформной активности — чем он глубже в мозгу, тем меньше амплитуда спайка; 2) размера эпилептогенного фокуса: спайки с более низкой амплитудой генерируются более мелкими фокусами; 3) ориентации электрического диполя, соответствующего спайку: тангенциальные диполи производят спайки меньших амплитуд по сравнению с радиально ориентированными диполями. Амплитудные параметры, которые мы используем в нормативной HBI базе данных для автоматического обнаружения ЭЭГ спайков, представлены на рис. 1. Степень остроты спайка может быть оценена как вторая производная сигнала ЭЭГ. Вторая производная, вычисленная в максимуме (или минимуме) для спайка, устанавливается больше чем 0,3 мкВ/мс2.

Другой параметр заостренности сигнала — наклон, определяемый как максимальная амплитуда первой временной производной. Этот параметр для спайка устанавливался большим, чем 1 мкВ/мс. По определению, длительность спайка должна быть меньше чем 70 мс, в то время как длительность острой волны — обычно от 70 до 200 мс, длительности некоторых временных параметров спайка представлены на рис. 1. Например, продолжительность интервала между двумя последовательными максимумами или минимумами — меньше 150 мс (но больше 50 мс).

Наш опыт показывает, что выбранные параметры позволяют надежно выявлять большинство спайков, которые могут быть визуально обнаружены опытным электроэнцефалографистом.

Другой тип пароксизмальной активности — комплексы спайк-волна. Это определение относится к спайку, который сопровождается явной волной. Если спайк связан с синхронным возбуждением многих нейронов, следующая за ним волна связана с тормозными постсинаптическими потенциалами, которые следуют за возбуждением. Здесь надо подчеркнуть, что появление волны после спайка не переводит эту пароксизмальную активность в другую категорию. Оба паттерна принадлежат к пароксизмальным образцам и отражают синхронную активность эпилептогенного фокуса.

Пространственное положение эпилептогенного фокуса в коре точно определяет характер припадков. Локализация эпилептогенных фокусов у разных пациентов может быть разной. Эпилептогенные фокусы могут быть лобными (т.е. премоторными, срединными или орбитальными), височными (передними, медиобазальными, задними), теменными, затылочными. В некоторых случаях эпилептогенный фокус располагается в гиппокампе или связанных с ним структурах. В таких случаях поверхностное обнаружение спайков затруднено из-за низкой амплитуды спайков, регистрируемых от скальпа.

Автоматическое обнаружение спайков

Пример автоматического обнаружения спайков представлен на рис. ЭЭГ была зарегистрирована у пациента с эпилепсией в возрасте 7 лет. Так как эти спайки были обнаружены в период между припадками, они называются промежуточными (interictal) спайками. Преимущество автоматического обнаружения спайков состоит в том, что процедура позволяет нам усреднить обнаруженные спайки и получить надежную картину их распределения, пространственного распределение генераторов при помощи sLORETA и локализации эквивалентного диполя в пределах мозга. Результаты усреднения спайков представлены на рис. 2. Как видно на рис. 2, спайки с максимумом амплитуды в отведении F8 имеют отрицательные значения. Эта негативность (отрицательность) — отражение сильной деполяризации, которая имеет место в эпилептогенном фокусе. Однако так как диполь ориентирован тангенциально к поверхности, одновременно может быть обнаружен небольшой положительный пик в отведении Fz.

Автоматическое обнаружение спайков
Рисунок 2. Автоматическое обнаружение спайков

А. Фрагмент электроэнцефалограммы, зарегистрированной у 7-летнего пациента, страдающего эпилепсией. Спайк, отмеченный вертикальной линией и полосой с номером канала максимальной амплитуды (внизу), был обнаружен компьютерным алгоритмом, реализованном в программном обеспечении института мозга человека, на основе амплитудно-временных параметров, представленных на рис. 5.1. Б. Усредненный спайк, его двухмерная топограм-ма, оценка эквивалентного диполя и sLORETA-изображение генераторов спайка. Полосы в основании графиков ВП показывают уровни значимости отклонения потенциала фона от среднего фонового.

Спайки при внутричерепной регистрации
Рисунок 3. Спайки при внутричерепной регистрации

Локальные полевые потенциалы, зарегистрированные в гиппокампе и смежных структурах у пациента, страдающего эпилепсией, которому для диагностических целей были имплантированы электроды. Обратите внимание на два различных типа спайков, произведенных различными структурами. Также обратите внимание, что на записи со скальповых электродов (для сравнения представлен электрод ТЗ) не выявляется никаких значимых спайков.

Интракраниально регистрируемые спайки

Спайки в ЭЭГ
Рисунок 4. Спайки в ЭЭГ 6-летнего пациента без эпилептических припадков

Девочка имела трудности с речью. Слева направо — усредненный спайк (А), двухмерная топограмма (Б), трехмерное sUORETA-изображение генератора спайка (В), оценка эквивалентного диполя (Г). Д. Изображение генератора спайков на срезах мозга (sLORETA).

Необходимо подчеркнуть, что нет прямых отношений между эпилепсией и пароксизмальными образцами. Иногда спайки могут не обнаруживаться при скальповой регистрации и проявляются только на записи с интракраниальных электродов (рис. 3).

Иногда, наоборот, на спонтанной ЭЭГ выявляются спайки, однако эта эпилептиформная активность не выражается в эпилептических припадках, и человек может вообще никогда их не иметь. Последний случай — это ситуация, когда мы должны быть очень осторожны. Дело в том, что наличие эпилептогенного фокуса в коре может не вызывать заметных приступов и припадков, но гиперсинхронизация в фокусе может нарушать нормальный поток информации в коре и может быть связана с мозговыми дисфункциями, специфическими для отдельных локализаций (рис. 4).