脳波

脳波とは

脳波（Electroencephalogram：EEG）とは、脳の神経細胞活動によって生じる微弱な電気信号を、頭皮上などに設置した電極で記録したものです。この脳波を測定・記録する装置を脳波計と呼び、脳波計を用いた検査を脳波検査と呼びます。脳波検査は、臨床検査として、また医学、生理学、心理学、工学などの研究分野で幅広く活用されています。

脳波の起源

脳波は、個々の神経細胞の活動ではなく、電極近傍の神経細胞集団の電気活動の総和を反映しています。脳波の主な起源としては、視床の電気シナプスにより時間的・空間的に同期した神経細胞群の活動が大脳皮質に投射されたものとする説が有力です。この脳波を測定することで、脳の活動状態を把握することができます。

脳波研究の歴史

脳波研究は、19世紀後半から始まりました。以下にその主な出来事をまとめます。

1875年：イギリスの科学者リチャード・カートンが、動物の脳に電気現象があることを発見。
1929年：ドイツの精神科医ハンス・ベルガーが、ヒトで初めて脳波を記録。
1935年：ケンブリッジ大学のエドガー・エイドリアンと東京大学の山極一三が、詳細な報告を行い、アルファ波を「ベルガーリズム」と命名。
1942年：名古屋帝国大学の勝沼精蔵が、「脳波」という言葉を提唱。
1951年：三栄測器が日本国産初の脳波計を商品化。
1981年：アメリカの物理学者ポール・ヌニェスが、頭皮上計測脳波を場の理論を用いて記述。

脳波の記録方法

脳波を記録する際には、電極の配置位置と電極の組み合わせが重要になります。

電極の配置位置

国際10-20法という方法が一般的で、頭皮を等間隔に区切り、計21個の電極を配置します。

電極の組み合わせ

単極導出：耳朶などを基準電極とし、頭皮上電極との電位差を記録。
双極導出：頭皮上の電極同士の電位差を記録。

電極の種類

頭皮上電極：円盤電極や皿状電極をペーストや帽子で固定、または針電極を皮内に挿入。
脳表電極：開頭手術が必要で、難治性てんかんの術前検査などに用いられる。

電極接触抵抗

電極の接触抵抗は、10kΩ以下が望ましいとされています。

記録速度と感度

標準的な記録速度は30mm/sec、記録感度は50µV/5mmです。

脳波モニター

筋弛緩剤使用時など、持続的に脳波を監視するために、簡易的なモニターが用いられます。二波長指数(BIS)は、麻酔深度の管理に使用される指標です。

脳波の判読

脳波には、基礎律動と突発波があります。

基礎律動

基礎律動とは、脳波の大部分を形成する特定の脳波活動を指し、周波数帯域ごとに以下の名前が付けられています。

α波（8Hz - 13Hz）：安静・閉眼時に後頭部を中心に多く出現。
β波（14Hz以上）：前頭部から中心部に記録されることが多い。
θ波（4Hz - 8Hz）：α波が徐波化したものや、傾眠時に出現。

基礎律動の異常

周波数の異常：徐波化など
電位の異常：低電位、高電位など
分布の異常：局所的な異常など

睡眠時脳波

睡眠段階は、脳波の周波数などに基づいて分類されます。

覚醒段階（stageW）：α波のほか、筋電図、急速眼球運動などが出現。
睡眠第1段階：α波が減少し、θ波が出現。
睡眠第2段階：睡眠紡錘波やK複合波が出現。
睡眠第3段階：2Hz以下のδ波が20％以上50％未満を占める。
睡眠第4段階：2Hz以下のδ波が50％以上を占める。
REM睡眠：低振幅パターン、急速眼球運動、筋緊張低下が特徴。

異常脳波

異常脳波には、非突発性異常と突発性異常があります。

非突発性異常：徐波化、異常速波、局所性の振幅減少、組織化不良など。
突発性異常：棘波、鋭波、棘徐波複合、多棘徐波複合など。

突発波の分類

棘波：持続20msec - 70msec程度の尖った波形。
鋭波：持続70msec - 200msec程度の振幅が大きな尖った波。
棘徐波複合：棘波と徐波が組み合わさった波形。
多棘徐波複合：複数の棘波と徐波が組み合わさった波形。

病的意義の乏しい突発性活動

6＆14Hz陽性棘波
小鋭棘波（SSS･BETS）
6Hz棘徐波複合（ファントム棘徐波）
律動性中側頭部放電（RMTD）
成人潜在性律動性脳波発射（SREDA）
ウィケット棘波
頭頂部鋭波
μ律動
後頭部陽性鋭一過波（POSTs）
ブリーチリズム

脳波の賦活

脳波検査では、異常波を誘発・観察するために以下の賦活法が用いられます。

開閉眼賦活法
過呼吸賦活法
光刺激賦活法
睡眠賦活法
音刺激
痛み刺激

意識障害の脳波

意識障害の程度は、脳波に反映されます。

α昏睡：α波が優位な昏睡。
β昏睡：低振幅速波が特徴の昏睡。
θ昏睡：θ波が主成分の昏睡。
δ昏睡：最もよく見られる昏睡状態。
三相波：陰-陽-陰の三相の波。
PLEDs：片側性に繰り返し現れる波形。

てんかんの脳波

脳波は、てんかんの診断、分類、治療効果判定に不可欠です。

部分発作

単純部分発作：意識が保たれる発作。
複雑部分発作：意識障害を伴う発作。

全般発作

欠神発作：突然始まり、突然終わる発作。
ミオクロニー発作：衝撃様の筋収縮。
強直発作：筋緊張が持続する発作。
強直間代発作：強直と間代痙攣を伴う発作。
脱力発作：筋緊張が突然減弱する発作。

認知症の脳波

アルツハイマー型認知症では、脳波に変化が現れることが知られています。

脳波による診断

脳波検査では、特異度と意義度の高い脳波所見の判読が重要です。

特異度や意義度が高い脳波所見

てんかん性放電
連続性不規則徐波
速波の局所性の振幅低下
三相波
周期性同期性放電
PLEDs
burst suppression
全般性の振幅低下
電気的大脳無活動

非特異的な脳波所見

基礎律動の徐波化
間欠的不規則徐波
びまん性の速波の増高
sleep onset REM

脳の活動と周波数変化

脳波の周波数成分は、感覚入力、運動、覚醒状態、認知活動などによって変化します。

事象関連同期（ERS）：ある周波数成分が刺激などの事象に前後して増加すること。
事象関連脱同期（ERD）：ある周波数成分が刺激などの事象に前後して減少すること。

引き込み

周期的な刺激により特定周波数帯の脳波が増強される現象を引き込み（entrainment）といいます。

加算平均法

加算平均法は、特定の刺激に関連する微弱な電位変化を検出するために用いられます。

意思伝達やBMIへの利用

[脳]]波は、意思伝達や[[ブレイン・マシン・インタフェース]に応用する研究も進められています。

まとめ

脳波は、脳の電気活動を捉えるための重要なツールであり、医療診断や脳研究に広く利用されています。脳波の理解を深めることで、より高度な脳機能の解析や、新たな技術の開発につながることが期待されます。

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