אלקטרואנצפלוגרם

אֶלֶקְטְרוֹאֶנְצֶפָלוֹגְרָם (רִשמת מוח חשמלית – רֶמַ"ח^[1], באנגלית: Electroencephalogram; בראשי תיבות EEG, אא"ג) הוא מכשיר המשמש לרישום הפעילות החשמלית במוח. הרישום נעשה באמצעות מכשיר אלקטרואנצפלוגרף הכולל אלקטרודות המוצמדות לקרקפת הנבדק,^[2] כך שהמדידה מתבצעת, בדרך כלל, באופן חיצוני שאינו פולשני.^[3] לעיתים משתמשים ב EEG בשיטה פולשנית, החדרת אלקטרודה לתא עצב בודד וזו נקראת "intracranial EEG" הדפוסים המתקבלים מכונים גלי מוח, והם משקפים מאפיינים של פעילות רשתות תאי העצב במוח.

בשנת 1875, הרופא הבריטי ריצ'רד קייטון (Caton) גילה לראשונה את התכונות החשמליות במוח. במהלך המחקר הוא השתמש בגלוונומטר, מכשיר המיועד למדידת זרם חשמלי, וגילה שבעלי חיים רבים, כמו הקוף והארנב, משדרים פוטנציאל חשמלי בר מדידה ממוחם. בשנת 1912 התקבלה תמונת ה־EEG הראשונה מהחוקר האוקראיני וולודימיר פרבדיץ'־נמינסקי (Володимир Правдич-Немінський). נמינסקי תיאר לראשונה את גלי המוח של כלב ואת הפעילות החשמלית של הכלב בעת פרכוס.^[4]

מספר שנים לאחר מכן, הפסיכיאטר הנס ברגר (Berger), המכונה "האב של האלקטרואנצפלוגרם", פיתח לראשונה את המכשיר שדומה ל־EEG המודרני. לאחר אירוע טראומטי, ברגר החל להאמין ביכולות הטלפתיות של בני אדם, והקדיש את חייו לחקר הפעילות החשמלית של המוח. ברגר האמין שהיכולת הטלפתית של האדם מתבטאת בשחרור אנרגיה מטבולית בצורה של חום ממוקד וגלים אלקטרומגנטיים ורצה להוכיח זאת.^[5]

בשנת 1929 ברגר פרסם את הערך הראשון בנושא ה־EEG, בו תיאר לראשונה את גלי האלפא ובטא שמאפיינים בדיקות EEG כיום. הוא גילה לראשונה את היעדרות גלי האלפא בזמן פקיחת העיניים לאחר מצמוץ ושוני בפעילות החשמלית המוחית בעת שינה ובעת מחלה. המחקר של ברגר אמנם היה גולמי אך התבסס על תכנון מדויק והכיל קבוצות ביקורת רבות. למרות אמון עולם המדע במחקר ברגר נותר במצב נפשי לא יציב והתאבד בשנת 1941. הערך שיצר הניח תשתית למחקרים עתידיים רבים בנושא ה־EEG ושימושיו.^[6]

בשנת 1935, מכשיר ה־EEG החל להיחקר גם בהיבט הקליני. פרדריק גיבס (Frederic Gibbs), ויליאם לנוקס (William Lennox) והלואוול דייביס (Hallowell Davis), חוקרים מאוניברסיטת הרווארד, הצליחו לתאר לראשונה את תוצאות ה־EEG בעת התקף אפילפטי בבני אדם ובעת השפעת סמים משני תודעה. גיבס ולנוקס היו הראשונים להמליץ על כריתה מוחית בעקבות פרכוס אפילפטי המבוסס על תוצאות בדיקת ה־EEG.^[7] בשנת 1947, נעשה הניתוח הראשון בעקבות בדיקת ה־EEG, במהלכו הוסר חלק מהמוח, זאת בעקבות אפילפסיה לא מיוצבת. גיבס ולנוקס קיבלו פרס לסקר שהציג אותם כחלוצים באבחון וטיפול באפילפסיה.

בעקבות הצגתו של גירוי מובחן, המוח מפיק תגובה חשמלית בת כמה מיליוניות וולט אשר קשורה לעיבוד האירוע הרלוונטי.^[3] אותם פוטנציאלים מעוררים נוצרים בעקבות שפעול של תאי עצב בקליפת המוח, אשר גורם ליצירה של שדות אלקטרומגנטיים. לרוב עיקר השינויים במתח נגרמים בעקבות מעבר יונים בסינפסות, בתהליך הנקרא יצירת פוטנציאל פוסט־סינפטי, ולא בעקבות פוטנציאל הפעולה המתפתח בתא העצב הפוסט־סינפטי.^[8]

קליטת המידע ב־EEG נעשית באמצעות שימוש באלקטרודות חשמליות, אשר קולטות את השינויים בפוטנציאלים החשמליים על פני הקרקפת. האלקטרודות מורכבות מדיסק מתכתי (לרוב עשוי מכסף עטוף במעטפת דקה של כסף כלוריד), המחובר אל הקרקפת באמצעות ג'ל מוליך.

יש חשיבות רבה לקבלת מידע נקי ככל היותר במהלך הבדיקה. הסיבה היא שככל שהמידע יהיה נקי יותר, כך יהיה צורך בפחות מדידות ובפחות נבדקים, וכן מכיוון שלא ניתן לבצע ניקוי של הקלטות EEG אשר מכילות רעשים. רוב רעשי הרקע במדידות EEG נובעים מהמכשיר עצמו, אך מגיעים רעשים גם מגורמים נוספים כמו פוטנציאלים בעור או בסביבה.

ב־EEG משתמשים בשלוש אלקטרודות לקליטת מידע מאתר מסוים בקרקפת:

1. פעילה (active)
2. ייחוס (reference)
3. קרקע (ground)

נמדד המתח בין הפוטנציאל באלקטרודה הפעילה לבין הפוטנציאל באלקטרודת הקרקע. אלקטרודת הקרקע מחוברת ל"מעגל קרקע", המדמה את אדמת כדור הארץ, כלומר בעלת פוטנציאל אפס.

המעגל יוצר בעצמו רעש רקע, וכדי לנטרל אותו, נעשה שימוש גם באלקטרודת הייחוס: מודדים את המתח בין האלקטרודה הפעילה לאלקטרודת הקרקע (A-G) וכן בין אלקטרודת הייחוס לאלקטרודת הקרקע (R-G) ואז מחסרים את שתי התוצאות זו מזו וכך מבטלים את רעש הרקע, כיוון שהוא זהה בשני המתחים: (R-G)-(A-G). התוצאה המתקבלת היא: (A-R), שזהו המתח בין האלקטרודה הפעילה לבין אלקטרודת הייחוס, אשר נקרא מונטאז' (montage).^[10] מונטאז' הוא ערוץ מסוים בין אלקטרודות על הראש, המייצגות מספר אתרים במוח, שמציג את הפעילות המוחית באזור זה. תוצאת החיסור (A-R) מעידה על פעילות חשמלית מוחית בשני האתרים בהם נמצאות האלקטרודות, ולא רק על זו המתקיימת באלקטרודה הפעילה, מכיוון שאין אזור במוח שהוא נייטרלי מבחינת פעילות חשמלית. בנוסף, ה־R מייצג ממוצע משוקלל של שאר שטח הקרקפת ולא של אתר מסוים.

מיקום האלקטרודות מוגדר על ידי מערכת 10–20 הבינלאומית, המבטיחה כי מיקומן של האלקטרודות יהיה עקבי בכל המעבדות. השלב הראשון בשיטה זו היא מציאת "קווי המשווה" של הראש: הראשון הוא הקו החוצה את הראש במישור המדיאני (מאזור השקע בין שתי העיניים – nasion המסומן Nz, ועד לבליטה הכי גבוהה בחלק האחורי של הראש – inion המסומנת Iz), והשני מאונך לראשון, ומחבר בין שתי האוזניים. שני הקווים המתקבלים מחולקים ל־10 חלקים שווים, שם ממוקמות האלקטרודות. שאר האלקטרודות מודבקות על גבי שטח הקרקפת במרחקים שווים מ"קווי המשווה". שמות האלקטרודות מתחילות באות באנגלית המציינת את האזור בקרקפת (למשל F – frontal) ומסתיימות בספרה המסמלת את המרחק מהקו האנכי, כך שמספר אי זוגי נמצא משמאלו וזוגי מימינו (למשל 1 משמאל או 2 מימין יהיו האלקטרודות הכי קרובות לקו האנכי).

ב־EEG משתמשים במספר אמצעים על מנת לזקק את הפעילות המוחית הנבדקת:

מגברים מגדילים את עוצמת האות החשמלי הנכנס (input), שכן הפוטנציאלים החשמליים במערכות ביולוגיות הם קטנים מאוד. מסננים (או פילטרים) משנים את הרכב התדרים הנקלטים ב־EEG, כך שניתן יהיה להתמקד יותר בקלות בתדרים בעלי העניין (בין 0.5 ל־70 הרץ). קיימים שלושה סוגי מסננים: מסנני תדרים גבוהים, מסנני תדרים נמוכים, ומסנני 60 הרץ (שילוב של השניים הראשונים, אשר מתמקד בסינון של תדר של 60 הרץ). התדרים המסוננים מייצגים פעילויות חשמליות שאינן מוחיות באופן "בלעדי", למשל כאלה הנובעות מפעילות לבבית, נשימתית או מהפעלת השרירים, תנועות הלשון או העיניים ועוד. השינוי בפוטנציאל החשמלי שנוצר במוח עובר אל הקרקפת, נקלט בדיסקים של האלקטרודות, ויוצר זרם אשר מגיע בסופו של דבר אל המגבר בתור קלט (input) ואל המסננים. המידע הזה מומר על ידי ממיר אנלוגי־דיגיטלי לרישום גרפי, כאשר ציר ה־y הוא המתח הנמדד, וציר ה־x הוא הזמן.

הזמן הקצר ביותר עבור בדיקת EEG הוא 20 דקות, וכאשר מדובר בבדיקה לצורך אבחנה מסוימת הבדיקה עשויה להימשך בין 30 ל־60 דקות, ולעיתים אף יותר.^[12]

גרף ה־EEG שנפלט מחולק לשורות. כל שורה מייצגת מונטאז' כלשהו לפי בחירה. ישנם מספר סוגי מונטאז':^[11]

1. מונטאז' דו־קוטבי – מתאר את המידע המתקבל בין 2 אלקטרודות סמוכות.
2. מונטאז' ייחוסי (referential) – מתאר את המידע המתקבל בין אלקטרודות באופן יחוסי. למשל, אלקטרודה הנמצאת בצד הפרונטלי השמאלי, הנמדדת באופן יחסי לאלקטרודה במרכז הקרקפת. מונטאז' מסוג זה מחולק למספר תתי־סוגים, שכן ניתן להעמיד כל אלקטרודה במעמד המייחס.

הגרף מחולק לאזורי מדידה לפי הנחת האלקטרודות והמונטאז'. קריאת הגרף המתקבל תלויה בכיוון הראש. בדרך כלל הגרף מתייחס לראש הפונה ימינה. כלומר, שורות 1–4, הראשונות, תתייחסנה לאזור השמאלי החיצוני של הראש. 4 השורות הבאות תתייחסנה לקו השמאלי בין הקו החיצוני לקו המרכזי. 2 שורות בלבד תתייחסנה לקו המרכזי בשל נוכחות 3 אלקטרודות, וכך הלאה עד ל־4 השורות האחרונות המתייחסות לקו הימני החיצוני. השורה הראשונה בכל קבוצה מתייחסת לאזור הפרונטלי של הראש ואילו השורה האחרונה מתייחסת לאזור הפוסטריורי (האחורי) של הראש.

לקריאה נוחה של הגרף ניתן להגדיר רגישות למגבר. הרגישות המקובלת היא 7.5 מיקרו־וולט. ככל שהמתח חשמלי נמוך יותר, כך הרגישות גבוהה יותר, כלומר, ניתן לראות את הגלים יותר בבירור. ניתן להגדיר ערך שונה של רגישות כתלות במטרת הבדיקה: בבדיקות פתולוגיות של מוח ללא חיים, למשל, ניתן להגדיר רגישות נמוכה יותר, כ־2 מיקרו־וולט.

את הפלט ניתן לערוך במספר מסננים, כדי שיהיה נוח ורלוונטי לקריאה:

1. מסנן לתדירות גבוהה, כמו פעילות לבבית, פעילות שרירית, פעילות חשמלית חיצונית – 70 הרץ.
2. מסנן לתדירות נמוכה – 1 הרץ.
3. מסנן חריץ (Notch filter) – מסנן השפעות ממכשירים חשמליים הנמצאים בקרבת מקום – Notch סביב 50 הרץ (התדר של רשת החשמל בישראל). בארצות הברית – סביב 60 הרץ.
4. מסנן מבוסס זמן הגדרת מחזור הזמנים ברישום. בדרך כלל נשתמש ב־30 מ"מ לשנייה.

את הגלים המתחלקים ניתן למדוד בעזרת הגדרות הלקוחות מעולם הפיזיקה:

• תדירות – מספר הגלים לשנייה (מספר המחזורים ליחידת זמן). נמדדת בהרץ (Hz).
• אורך גל – המרחק שאותו מתקדם הגל במחזור אחד. נמדד במילי־שניות או בשניות.
• משרעת – ההפרש בין גובה השיא של הגל לבין הנקודה הנמוכה ביותר. גובה המשרעת הוא עד 200 מילי־וולט.

בעזרת ההגדרות הללו ניתן לסווג ולאפיין את סוגי הגלים:

• גלים בעלי תדירות רגילה – מונח המתאר את גלי ה־EEG הנעים בזה אחר זה במשך זמן קבוע. הגלים לא צריכים להיות זהים אחד לשני אלא דומים.
• א־ריתמית – גלי EEG הנעים בתדירות לא סדירה. כלומר, משך הגל אינו קבוע.
• דיס־ריתמית – גלי EEG, או מגמות בגלים, שמופיעים בקבוצות אוכלוסייה כמו אנשים החולים במחלה מסוימת, ובהם בלבד.

פענוח גלי ה־EEG מושג באמצעות ניתוח תדירויות הגלים והבנת המעברים ביניהם, זאת באמצעות המושגים הבאים:

1. תדירות הגלים
2. ארגון הפעילות – סיווג לפעילות בהמיספרה ימין או בהמיספירה שמאל, בחלק האנטריורי (קדמי) או בחלק הפוסטריורי (אחורי) של הקרקפת; א־סימטריה וסינכרון אינטר־המיספרי
3. מצב הנבדק – שינה או עירות, לחץ או רוגע וכיוצא בזה.
4. הפעלת בדיקות נוספות בנוסף לבדיקת ה־EEG, למשל בדיקת ECK^{[דרושה הבהרה]}.

ה־EEG התקין בכל הגילאים הוא בדרך כלל סימטרי, שאינו מסונכרן בין שתי ההמיספרות, אך תדירות הגלים ודפוסי הגלים הנוספים תלויים בגיל הנבדק.

1. Spike – גל חד שמשכו 25–70 מילי־שניות
2. Sharp Wave – גל חד שמשכו 70–200 מילי־שניות
3. Slow Wave – גלי תטא או דלתא
4. Sharply Contoured Slow Wave – גל חד שמשכו מעל 200 מילי־שניות
5. Epileptiform Discharge – גלים מחזוריים שחורגים מהתבנית ומעלים חשד לנוכחות התקפים אפילפטיים

ארטיפקטים (artifacts) הם אותות חשמליים שמקורם אינו מהמוח, שבאים לידי ביטוי כהפרעות בסימטריה בין הגלים, חוסר סנכרון בין שתי ההמיספרות ושינוי בתדירות.

1. ארטיפקטים ביולוגיים – מצמוצים ותזוזות עיניים, פעילות שרירית, פעילות לבבית, פעילות לשונית, זיעה וכיוצא בכך.
2. ארטיפקטים סביבתיים – תזוזות של הנבדק.^[11]

טווח הגלים הנפוץ ביותר שנצפה ב־EEG בקורטקס נמצא בטווח של 1–20 הרץ (פעילות מתחת לטווח זה ומעליה, תהיה ככל הנראה מלאכותית, כשמדובר בטכניקות הקלטה קליניות סטנדרטיות). הגלים מחולקים על פי צורתם לרוחבי פס שונים, המכונים אלפא, בטא, גמא, תטא ודלתא. כל אחד מטווחי גלים אלו מייצג מצב אחר של ערנות ופעילות ומופיע במיקום שונה במוח.

גלי דלתא הם גלים שתדירותם היא עד 4 Hz.^[11] גלים אלו הם בעלי המשרעת הגדולה ביותר והם גם הגלים האיטיים ביותר. הם מופיעים בדרך כלל במוח הקדמי אצל מבוגרים ובמוח האחורי אצל ילדים. באופן נורמלי, הם מופיעים במבוגרים בשינה עמוקה, ואצל תינוקות. לפעמים נראים גם בפעילויות שדורשות תשומת לב מתמשכת. באופן פתולוגי, הם מופיעים בעת פגיעות סאב־קורטיקליות, פגיעות דיפוזיות או פגיעות בקו האמצע של המוח; במחלות מוח מטבוליות, בהידרוצפלוס (מיימת המוח) ובמצב של תרדמת (comma).

גלי תטא הם גלים בטווח התדרים 4–7.9 Hz.^[11] באופן נורמלי טווח זה מופיע בעיקר בנמנום אצל ילדים. הוא עשוי גם להופיע בנמנום או התעוררות אצל מבוגרים. גלים אלו קשורים לעיכוב של תגובות מעוררות (מצאו כי טווח זה מופיע באופן בולט במצבים בהם אדם מנסה באופן פעיל להדחיק תגובה או פעולה). בנוסף, טווח זה נקשר לדיווחים על מצבים רגועים, מדיטטיביים ויצירתיים.^[13] עודף בהימצאות טווח זה במוח האחורי אצל מבוגרים ערניים, או אם הוא מופיע בצורה מוקדית. באופן פתולוגי, הוא מופיע בעיקר באנצפלופתיה עדינה אצל ילדים. הוא מופיע בעת פגיעות סאב־קורטיקליות, פגיעות דיפוזיות או פגיעות בקו האמצע של המוח; ובמקרים מסוימים של הידרוצפלוס.

גלי אלפא הם גלים בטווח התדרים 7–13 Hz.^[11] אלו הגלים הראשונים בהם צפה הנס ברגר ולכן קרא להם "גלי אלפא". גלים אלו מופיעים באזורים האחוריים של הראש בשני צדדיו, במשרעת גבוהה יותר בצד הדומיננטי. במנוחה הם נצפים באזורים המרכזיים (c3-c4). באופן נורמלי, טווח זה מופיע בסגירת העיניים ובהרפיה, ומתמעט עם פתיחת העיניים או בעת מאמץ נפשי. התדירות הבסיסית בחלק האחורי נמוכה יותר מ־8 Hz אצל ילדים קטנים (לכן טכנית הגלים האלו נמצאים בתחום גלי התטא). בעת קומה (תרדמת), ניתן לראות EEG של גלי אלפא בעלי מופע אקראי.

גלי בטא הם גלים בטווח התדרים 13–30 Hz. הם מופיעים בדרך כלל משני צִדי המוח בצורה סימטרית, בעיקר בחלקו הקדמי. גלים אלו הם בעלי משרעת נמוכה. לגלים אלו יש קשר ישיר לפעילות המוחית הקשורה ללמידה וליכולת הקוגניטיבית של המוח ברגע נתון. גלי בטא מייצגים עוררות, קשב ולעיתים אפילו חרדה (במיוחד בקצה העליון של התדירויות). טווח התדרים של גלי הבטא גדול ולכן הוא מחולק בדרך כלל לשני חלקים: בטא נמוך ובטא גבוה. כשהמוח נמצא בתדר בטא (תדר גבוה יחסית), דבר זה מייצג רמת סנכרון נמוכה של רשתות המוח,^[14] כלומר, זהו מצב בו המוח נמצא ברמת אנרגיה גבוהה וצורך הרבה משאבים מטבוליים. באופן פתולוגי, טווח זה מופיע בעת שימוש בבנזודיאזפינים. טווח זה מופיע לעיתים קרובות בעת הפרעות ברישום.

במחקר נמצא כי בתגובה לקול, גלי אלפא-בטא משתנים בין ערות לשינה. החוקרים מייחסים זאת לתהליכים של קשב וציפייה^[15].

גלי גמא הם גלים בטווח התדרים 30–100 Hz.^[16] גלים אלו מופיעים בקליפת המוח הסומטוסנסורית (somatosensory cortex). טווח זה קשור לפעילות מוחית רשתית בקנה מידה גדול, ופעילות קוגניטיבית כמו זיכרון פעיל, תשומת לב וקיבוץ של תפיסות שונות. קשור גם להפעלת מערכת העצבים הסימפתית. טווח זה נקשר להפרעות מצב רוח שונות, כגון אפילפסיה, אלצהיימר וסכיזופרניה.

נוירולוגים ומדעני עצב עושים שימוש ברישומי EEG כדי ללמוד על תפקוד המוח, באמצעות מדידת גלי המוח במהלך פעילות של מתנדבים אנושיים ושל בעלי־חיים בניסויי מעבדה. דפוסי EEG משמשים כלי חשוב בחקר השינה ובאפיון שלבי השינה השונים. בנוסף, נעשה שימוש ברישומי EEG למטרות אבחון רפואי, בין השאר לאיבחון אפילפסיה.

האלקטרואנצפלוגרם משמש גם כאמצעי טכנולוגי פופולרי ונגיש למיפוי מנגנונים נוירולוגיים המעורבים בהפרעות נוירו־התפתחותיות, כמו הפרעת קשב והספקטרום האוטיסטי.^[17]

• מגנטואנצפלוגרפיה (MEG)
• טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים (PET)
• דימות תהודה מגנטית תפקודי (fMRI)
• תהודה מגנטית גרעינית (NMR)
• פוטנציאל קשור־אירוע
• P300 (מדעי המוח)
• EEG עוברי

מיזמי קרן ויקימדיה
ערך מילוני בוויקימילון: אלקטרואנצפלוגרם
תמונות ומדיה בוויקישיתוף: אלקטרואנצפלוגרם

• פרויקט הבונה מכשיר EEG המחובר למשחק מחשב הנשלט על ידי ביו־פידבק
• To Sleep, Perchance to Dream – הסבר על שינה, גלי מוח וחלומות מתוך Crash Course Psychology
• אלקטרואנצפלוגרפיה, דף שער בספרייה הלאומית