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Elektroenzephalografie
Die Elektroenzephalografie ist eine Methode um elektrische Gehirnströme zu messen. Diese
Gehirnströme werden durch physiologische Vorgänge innerhalb einzelner Gehirnzellen, die
durch ihre elektrischen Zustandsänderungen zur Informationsverarbeitung des Gehirns
beitragen, hervorgerufen und sind an der Kopfoberfläche abgreifbar. Die gemessenen
elektrischen Spannungen werden dann mit einem geeigneten Gerät verstärkt und auf einem
Monitor in Form von Hirnstromwellen angezeigt. Der Arzt kann dann anhand der Frequenzen
und der Amplituden der Hirnstromwellen Aussagen über die Gehirnaktivität und den
Bewusstseinszustand ableiten. Die grafische Darstellung der gemessenen Hirnströme heißt
Elektroenzephalogramm.
Damit Gehirnströme aufzeichnet werden können, werden dem Patienten ca. 30 Elektroden auf
der Kopfhaut angebracht. Ein EEG dauert etwa 30 Minuten, aber es sind auch EEGMessungen bis zu 24 Stunden möglich. Dabei wird dem Patienten ein tragbares EEG-Gerät
angelegt, dass die Hirnströme über festsitzende oder festgeklebte Elektroden aufnimmt und
abspeichert. Sämtliche EEG-Untersuchungen sind ungefährlich, schmerzlos und beliebig oft
wiederholbar.
„Grundsätzlich gibt es zwei Arten der EEG-Technologie. Das konventionelle und das
Computer-EEG. Unter einem konventionellen EEG werden EEG-Geräte verstanden, die mit
direkt schreibenden Registriersystemen arbeiten und eine EEG-Buch erzeugen. Das EEGBuch besteht aus ca. 120 registrierten Papierseiten von EEG-Signalen über die Dauer von ca.
20 Minuten. Dagegen bezeichnet man Systeme, die ein EEG auf elektronische Datenträger
wie Laserplatten („Optical disk“) abspeichern und die registrierten Signale auf einem PCMonitor zur Darstellung bringen als Computer-EEG. Um ein Elektroenzephalogramm
aufzuzeichnen, werden Elektroden, ein Vorverstärker (Differenzverstärker) und ein EEGGerät mit Verstärker und Schreib- oder Speichersystemen benötigt.“1
Abb. E : modernes digitales EEG-System mit 32 Kanälen
1
Quelle: http://www.file-commander.de/projektarbeit.htm
Die Entwicklung der Elektroenzephalografie nahm schon in der Antike mit der primitiven
Hirnforschung ihren Anfang. Viele Gelehrte und Wissenschaftler (z.B. Hippokrates,
Herophilos, Erasistratos und Claudius Galenus) experimentierten dort mit Leichen, um ihre
anatomischen Kenntnisse, auch im Bereich des Gehirns, zu erweitern.
Erst mit der Entdeckung der Nervenzellen um 1677 durch den Holländer Antoni van
Leeuwenhoek, begann man die Komplexität des Gehirns zu erahnen, womit das Interesse der
Wissenschaftler stetig anstieg.
Etwa 250 Jahre später, um 1929, wurde dann das erste menschliche EEG aufgenommen. In
den folgenden 60 Jahren gab es zahlreiche Verbesserungen und Weiterentwicklungen in der
Technologie zur Ableitung, Verstärkung und Analyse des EEG. Weitreichende Fortschritte in
der Aufklärung der elektrophysiologischen Vorgänge, die der Wellenform des EEG zugrunde
liegen, ergaben sich in den letzen 20 Jahren.
Meilensteine in der Entstehung der Elektroenzephalografie:
1840:
- Du Bois-Reymond konnte nachweisen, dass die Aktivität peripherer Nerven zu
Spannungsänderungen im Umfeld führen
1875:
- der Liverpooler Arzt Richard Caton entdeckte erstmals diese elektrisch
messbare Spannungen auf dem freiliegenden Kortex2 von Tieren (Affen und
Kaninchen)
- zur Messung dieser Schwingungen benutze er ein ThomsonSpiegelgalvanometer
1888:
- der polnische Wissenschaftler Adolf Beck entdeckte regelmäßige elektrische
Muster im zerebralen Kortex von Kaninchen und Hunden
- Beck studierte unabhängig von Hans Bergers Arbeiten die elektrische Aktivität
des Gehirn bei Tierversuchen und gelang größtenteils zu denselben
Ergebnissen
1911:
- in den Unterlagen des russischen Physiologen Pravdich-Neminski wurde zum
ersten Mal eine illustrierte Aufzeichnung der elektrischen Hirnaktivität
gefunden
- das „Electrocerebrogram“, wie er es nannte, wurde mit Hilfe des
Fadengalvanometers von Einthoven an Hunden vermessen
1929:
- der Jenaer Psychiater Hans Berger publiziert die von ihm 1924 erstmals
durchgeführte Elektroenzephalografie mit Silbernadelelektroden  das erstes
menschliches Elektroenzephalogramm entstand
- dabei registrierte er mit Hilfe von Verstärkern und Messgeräten die
Aktionsstromtätigkeit des Gehirns
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Großhirnrinde, eine vor allem beim Menschen besonders groß entwickelte Struktur, die nochmals
unterteilt werden kann in Bereiche mit unterschiedlicher Funktion, z.B. auditiver Kortex (Hörrinde),
visueller Kortex (Sehrinde) etc.
- bei seinen Messungen benutzte Berger sowohl Lippmanns
Kapillargalvanometer als auch Einthovens Fadengalvanometer und entdeckte
die Alpha3- und Beta4-Wellen
- Bergers verwendete Elektroden waren jedoch so groß, dass detaillierte
Aufnahmen der elektrischen Hirnaktivität, um beispielweise
Tumore oder epileptische Zentren erkennen zu können, unmöglich waren
Abb. A : Das erste von H. Berger aufgenommene Elektroenzephalogramm
Abb. B : Bergers EEG-Aufnahmesystem um 1926
1932:
- Jan Friedrich Tönnies baute das erste direkt schreibende Multikanal-EEGGerät (die gemessenen Hirnströme wurden direkt durch einen Messschreiber
auf Endlospapier geschrieben) und erfand den Differenzverstärker
- durch den Differenzverstärker war es nun möglich, die sehr kleinen
Hirnströme, die über die Kopfhaut abgegriffen wurden, zu verstärken 
Verbesserung der Auswertung von Elektroenzephalogrammen
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Als Alpha-Welle wird ein Signal im Frequenzbereich zwischen 8 und 12 Hat bezeichnet. Ein
verstärkter Anteil von Alpha-Wellen wird mit leichter Entspannung assoziiert.
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Beta-Wellen nehmen einen Frequenzbereich zwischen 14 und 30 Hz ein. Beta-Wellen treten nur
unter der Einwirkung von Sinnesreizen oder bei geistiger Tätigkeit auf.
Abb. D : direkt schreibendes Multikanal-EEG-Gerät
1934:
- B.H.C. Matthew revolutionierte mit der Erfindung des Differentialverstärkers
die Verstärkertechnik zur Gewinnung von bioelektrischen Signalen,
einschließlich der Hirnströme
1935:
- es gelang der Nachweis der Delta5-Wellen
1936:
- das „Massachusetts General Hospital“ richtete das erste EEG-Labor ein
- der britische Wissenschaftler William Gray Walter erkannte, dass mit einer
größeren Anzahl von Elektroden, die zudem noch kleiner als
Bergers waren, viel bessere Messergebnisse erzielt werden können 
Lokalisierung von Tumoren und anderen Krankheiten waren nun aufgrund der
Erkennung von abnormalen Hirnströmen möglich
1943:
- der William Gray Walter entdeckte die Theta6-Wellen
1946:
- erster in Europa industriell hergestellter 4-Kanal-Elektroenzephalograph wird
von der Firma Schwarzer ausgeliefert
1947:
- Gründung der „American EEG Society“
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Als Delta-Wellen werden Hirnwellen mit niedrigen Frequenzen von 0,5 bis 4 Hz bezeichnet. DeltaWellen sind typisch für die traumlose Tiefschlafphase.
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Theta-Wellen sind Signale im Frequenzbereich zwischen 3 und 8 Hz. Sie sind typisch für die
Einschlafphase, Wachträumen, Hypnose, aber auch tiefe Entspannung und Meditation.
1957:
- W. G. Walter entwickelte das Toposkop und die dazugehörige Technologie der
Anwendung, die EEG -Topographie
- dieses Gerät bestand aus 22 Kathodenstrahlröhren (CRT), woran wiederum je
ein Elektrodenpaar befestigt war
- sämtliche Elektroden wurden in einer bestimmten geometrischen Anordnung
auf der Kopfhaut des Patienten angebracht, so das nun jede
Kathodenstrahlröhren in der Lage war, die Intensität der elektrischen
Hirnstromwellen einzelner Gehirnbereichen zu ermitteln und diese simultan als
Elektroenzephalogramm auf einem speziellen Bildschirm darzustellen
- dadurch erkannte Walter das sich die Hirnstromwellen in
unterschiedlicher Weise, zu unterschiedlichen Zeiten und in unterschiedlichen
Teilen des Gehirns ändern  aufgrund dieser Erkenntnis konnte er die
Funktionen der Alpha und Beta-Wellen beschreiben
- da Walters Toposkop jedoch sehr kompliziert und kostspielig war, konnte
es sich trotz seiner enormen Vorteile zur Diagnostik nicht durchsetzen
- erst in den 80iger mit der Einführung schnellerer und kompakter Computer
kam es zur Wiedergeburt dieser Technologie und sie ist bis heute in ähnlicher
Form noch weltweit im Einsatz
1988:
- Entwicklung des weltweit ersten digital arbeitenden EEG-Gerätes mit
thermosensitiver Aufzeichnung und Signalübertragung mittels
Lichtwellenleiter
1998:
- erster in Deutschlang gefertigter Elektroenzephalograph für den Einsatz im
Kernspintomographen
heute:
- die Elektroenzephalografie wird heutzutage zu klinische Diagnosen von
schweren Kopfverletzungen, Gehirntumoren, zerebralen Infektionen, Epilepsie
und degenerativen Krankheiten des Nervensystems eingesetzt, findet aber
Anwendung in der modernen Schlafmedizin
- dabei kommt hauptsächlich die Technologie des Computer-EEGs zur
Anwendung
- kommerzielle EEG-Geräte haben bis zu 21 Kanäle; in der Regel genügen
jedoch 8 oder 16 zur EEG-Messung
- da die Erhöhung der Elektrodenanzahl bis zu einem bestimmten Punkt zu
deutlichen Ergebnisverbesserungen führt, wird in vielen Laboren mit bis zu 60
Kanälen gearbeitet
- die obere Grenze der Elektrodenanzahl liegt bei 256; ab dort entspricht der zu
erwartende vergleichsweise geringe Informationsgewinn nicht mehr dem
zusätzlichen methodischen und apparativen Aufwand
- bei Langzeituntersuchungen können heute auch mobile Wireless-EEG-Systeme
zum Einsatz kommen  die gesamte Elektronik ist bspw. in einem Golfcap
integriert
Abb. C : modernes Computer-EEG
Abb. F : Wireless-EEG
Prognose: - Miniaturisierung des EEG- Instrumentarien, so dass sie unauffällig in die
Kleidung integriert werden können  Entwicklung von Schnittstellen
zwischen Gehirn und Computer (Brain Computer Interface) für den
alltäglichen Gebrauch
- dabei nimmt ein Elektroenzephalogramm die Gehirnströme des Menschen auf
und ein lernfähiges Computersystem analysiert diese Signale und generiert
daraus Steuerungssignale für angeschlossene Systeme
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EEG Brain Mapping