뇌파검사 Electroencephalography(EEG)

뇌파의 기본지식 사람이 살아 있다 : 뇌세포가 계속해서 전기적 방전 뇌파검사는 객관적, 비침습적, 연속적으로 대뇌기능 평가 뇌파 기록을 해독하여 질병에 대한 진단과 치료 EEG ; cortical nerve cells의 postsynaptic potential (duration 15-200msec 이상) 의 inhibitory(억제) and excitatory(흥분) 활동에 의해 생성되며 이러한 전위는 cortex에서 summate 하고 brain의 두개골을 통과하여 두피로 확장한다. 두피상에서 측정되는 뇌파의 전위변동은 주파수가 약 1 – 60Hz이며 진폭은 5 – 300uV(보통은 20 – 100uV)

腦波의 記錄 HFF 기록 Filtering(여과) LFF Analog, Digital Amplification(증폭) 대뇌피질의 전기활동 LFF Scalp 전극은 주로 underlying cortex의 neurons내의 summated postsynaptic potential changes를 기록하며 이는 기록전극 근처의 넓은 지역에서 생성되는 slow potential changes를 잘 나타낸다. 즉 scalp 전극은 brain의 먼 부분에서 생성되는 전위는 거의 기록하지 않는다.

뇌파의 유래 뇌파검사의 임상적의의 1. Richard Caton은 토끼나 원숭이의 뇌에서 뇌파기록 2. Hans Berger는 인간의 뇌에서 처음 뇌파를 기록 뇌파란; 대뇌피질의 신경세포군에서 발생한 뇌전기 활동의 총화를 체외로 도출하고 이를 증폭해서 두피상에서 기록한 것이 뇌파이다(뇌전위 또는 뇌파는 머리 대뇌피질에서 발생하는 전기적인 전위이며 이것의 근원은 흥분 뉴런의 세포막을 투과해 지나가는 이온들에 의해 발생하는 전류이다). 뇌파검사의 의의; 어떠한 질병을 찾아내는 것이 아니라 뇌의 기능적 변화를 나타내는 것이며, 시시각각 변화하는 뇌 활동의 변동을 공간적, 시간적으로 파악할 수 있는 검사이다. 뇌파검사의 임상적의의 . 뇌파는 뇌의 기능을 다양하게 반영하며 뇌의 기능적 장애를 일으키는 질환은 모두 뇌파 검사의 대상이 될 수 있다.

Electroencephalogram First EEG recorded by Hans Berger, circa 1928.

뇌파에 영향을 주는 인자(요인) 뇌파 검사가 필요한 주요 증상 및 질환 . 뇌파 소견으로는 뇌 작용의 일부를 추측하는 것에 지나지 않으며 각 질환마다 특이적인 뇌파 상이란 없고 뇌의 기능에 따라서 출현하는 뇌파 패턴으로부터 추정하여 진단에 도움을 준다. 뇌파에 영향을 주는 인자(요인) 뇌파는 각성-수면(의식 상태의 변화), 안정-긴장(정신활동), 사고(지각자극), 개인차, 개안, 광자극, 과호흡, 나이등과 뇌의 허혈, 부종, 전해질, 호르몬, 효소, 혈당, 호흡 대사 등의 인자에 영향을 받는다. 뇌파 검사가 필요한 주요 증상 및 질환 1. 지속적 증상 : 두통, 구토, 의식장애, 현기증, 발육장애등 2. 발작적(돌발성) 증상 : 실신, 무반응, 전신 또는 국소 부위의 경련, 이상행동, 복통, 수면발작, 히스테리등

3. 뇌파검사만으로 질환을 확정하기 어려워 임상소견이나 다른 검사와 종합하여 진단 내리는 경우 : . 간질 : 대발작, 결신발작, 웨스트 증후군, 레녹스 증후군, 측두엽 간질, 잭슨 간질, 자율신경 발작 등 . 뇌 내 공간 점유 병변의 국재성 및 그것에 따른 허혈이나 부종의 정도와 범위의 판단 : 뇌종양, 뇌농양, 뇌내출혈, 뇌혈전, 동정맥기형 등 . 뇌대사이상 : 간성 뇌증, 요독증, 당뇨병성 뇌증, 뇌하수체기능 이상 저상소혈증, 약물중독, 기타 뇌장애 정도나 예후 판정 . 감염증성 뇌질환 : 뇌수막염, 각종 급성 및 아급성 뇌염 등 . 두부외상 : 뇌좌상, 뇌진탕, 두개내 출혈, 두개골절, 외상성 간질 등 . 선천성 기형 : 소두증, 수두증, 투명중격강낭포, 결절성경화증 등 . 수면이상 : 발작성 수면(narcolepsy), 불면증, 수면무호흡증

신경의 구조 및 기능 뉴런(neuron) 신경계 조직의 기본 구성 단위인 신경세포 1. 세포체부(Cell body) : 핵을 가지고 있고 신경의 생존을 위한 효소나 기타 물질을 합성하는 생화학적 공장이며, 세포체부 또한 다른 뉴런과의 시냅스 연접을 통하여 정보를 받아 들인다. 2.축색돌기(Axon) : 세포체부에서 말단 부위로 보낸 정보를 다른 신경세포나 근육에 전달한다. 일명 신경섬유라고도 한다. 축색의 기능은 두 가지이다. 첫째로 정보를 활동전위의 형태로 뉴런의 세포체에서 시냅스로 전도하는 것이며 둘째로는 화학물질을 세포체에서 시냅스로 시냅스에서 세포체로 수송하는 일이다. 정보의 전달속도는 축색이 굵을수록 속도가 빠르다.

유수신경과 무수신경 : 슈반세포(Schwann Cell), 수초(마이엘린 껍질『(myelin sheath): 말초부위를 제외하고는 단백질과 지방의 복합체로 구성된 것으로서 절연체의 역할을 하고있고 그 안쪽의 막이 축색질(axoplasm)과 경계를 이룬다. 이는 축색 전부를 덮지 않고 1-3mm 마다 규칙적으로 함몰되어 있는 부분이 있는데 이 부위를 랑비에 결절(Ranvier,s node)이라 한다. 』, 축색돌기(Axon)로 구성되어 있다. 흥분속도는 같은 굵기의 무수신경섬유의 전도속도 보다 일반적으로 빠르다. 즉, 무수신경섬유의 흥분전도는 표면을 규칙적으로 전도하는데 유수신경섬유는 도약전도(Saltatory conduction : 랑비에 마디를 뛰어넘어서 흥분이 전도된다.)를 하기 때문이다.

3. 수상돌기(Dendrite) : 다른 신경세포로부터의 정보를 받아들이는 기능을 한다 3. 수상돌기(Dendrite) : 다른 신경세포로부터의 정보를 받아들이는 기능을 한다. 뉴런의 형태를 결정하는 수상돌기는 세포체의 일부이며 온통 시냅스로 뒤덮혀 있어 뉴런의 수용표면적을 넓히고 다른 뉴런으로부터 정보를 받아들이는 작용을 한다. 대부분의 뉴런은 다수의 수상돌기를 가지고 있으며 비교적 짧고, 세포체 근처에 위치한다. 수상돌기의 주간은 Nissle 소체와 라이보좀 마이토콘드리아와 신경원섬유들을 그 길이에 따라 가장 가는 분지까지도 가지고 있으며, 단백질의 수송이나 세포체에서 수상돌기의 말단부 및 축삭돌기까지도 신경 전달물질을 운반하기 위한 신경 미세소관이 있다. 시냅스(synaps) 한 뉴런의 축색돌기 말단과 다음 뉴런의 수상돌기 사이의 연접부위를 말한다. 신경섬유의 말단은 가지가 나누어지고 그 끝은 주머니 모양으로 부풀어 다른 뉴런의 세포체 또는 수상돌기와 접촉하여 시냅스를 만들고 있다.

시냅스에서의 흥분전달은 신경섬유로부터 세포체 또는 수상돌기 방향으로만 전해지고, 역방향으로는 전달되지 않는다 시냅스에서의 흥분전달은 신경섬유로부터 세포체 또는 수상돌기 방향으로만 전해지고, 역방향으로는 전달되지 않는다. 흥분전달에는 방향성이 없는데도 불구하고, 신경세포의 연결은 전체로서 한 방향으로만 흥분을 전한다. 시냅스에서의 흥분절달은 이와 같이 어떤 화학물질을 매개로 하여 이루어진다. 축색돌기 말단부의 약간 부푼 곳에 작은 시냅스 소포(Sysnaps Vesicle)가 많이 있는데 그 속에는 흥분전달 물질이 들어 있다. 전달물질은 중추신경계에서는 아직 밝혀지지 않았으나 교감신경말단에서는 아드레날린 또는 이와 유사한 물질 부교감신경 말단, 교감신경절, 부교감신경절의 시냅스에서는 아세틸콜린이 분비된다. 또, 척추동물의 근육에 분포하는 운동신경 섬유의 말단에서도 아세틸콜린이 분비된다.

신경세포의 전위 1. 막전위(Membraine pontial) : 신경의 기능을 결정하는 생리적 현상이 막전위의 변화이다. 막전위 형성에 있어서 세포막에 위치하는 고유단백물질 특히, Na-K(Sodium Potassium pump)교환 펌프와 channel이 중요한 기능을 한다. 2. 안정막 : 모든 살아 있는 세포는 안정기 상태에서 세포안이 전기적으로 음극 상태를 유지하고 있으며 이를 안정기 막전위라고 한다. 신경세포의 경우 약 -70mV로 유지된다. 그 이유는 Na-K pump와 항상 열려있는 Patassium-channel 때문이다. 3. 활동전위(Action Potential) : 우리의 신체중에서 흥분할 수 있는 조직은 근육과 신경 뿐인데 흥분할 수 있다는 말은 전기생리학적으로 적당한 자극에 의해 활동전위를 형성한다는 것이다. 활동전위는 전해질에 대한 투과력 변화로 막전위가 급격하게 변화하여 일시적으로 역전되는 것이다. 전기자극을 어느 한계점(Threshold) 이상 강하게 주면 탈분극이 일어나서 일시적으로 세포안은 양극, 밖은 음극으로 되는 전위의 역전을 보이는데 이것을 활동전위라 하고 이것은 일시적으로 시간이 지나면 막전위는 처음상태로 돌아온다.

4. 시낸스후 전위 : 축색의 앞끝은 다른 신경세포의 세포체나 수상돌기에 접해 있고, 이 부분에 작은 틈이 있다 4. 시낸스후 전위 : 축색의 앞끝은 다른 신경세포의 세포체나 수상돌기에 접해 있고, 이 부분에 작은 틈이 있다. 이부분을 시냅스 간격(Synaptic cleft)이라 하며 축색의 앞끝을 시냅스 소두(Synaptic knob)라 부른다. Impulse가 스냅스 소두에 도달하면, acetylcholine 이나 noradrenaline등의 화학적 물질이 방출되고 시냅스의 간격을 사이에 두고 인접한 신경세포의 세포체나 수상돌기에 전위변화를 일으킨다. 이것이 시냅스 후전위(postsynptic potential)이다. 흥분성 시냅스후전위(Excitatory Postsynaptic Potential(EPSP)) 와 억제성 시냅스후전위(Inhibitory Postsynaptic potential(IPSP)) 세포막전위가 영전위(zero potential)에 가깝게 탈분극(deporarization)을 나타내는 것을EPSP라 부르고, 영전위에서 멀어지는 과분극(Hyperpolarization)을 나타내는 것을 IPSP라 한다. 즉 EPSP는 acethycoholin이 분비되어 세포막 전위가 0에 가깝게 되는 것이며, IPSP는 Gamma aminobutyric acid(GABA)의 작용에 의해 세포막전위가 0에서 멀어지는 상태로 되는 것이다. 신경세포에서는 각각의 시냅스 소두 아래에서 EPSP를 일으키는 것과 IPSP를 일으키게 하는 것이 있고, 이것들이 복잡하게 구성되어 있다. 두피상의 뇌파에 나타나는 것은 이상에서 말한 각종 전위의 총화(summation)이나 그중에서도 특히 대뇌피질표층에 가까운 부분의 수상돌기 앞쪽 끝부분의 전위 변화가 큰 영향을 주는 것으로 되어 있다.

Brain structure & function 중심구 (rolandic sulcus) 운동영역 체성감각영역

대뇌피질의 기능 1. 체성감각영역 : 대뇌피질 운동영역뒤 중심후회와 중심전 회의 일부이며 브로드만 영역 3, 1, 2이며 통각, 온각, 냉각, 촉각…..등 기능을 관장 2. 운동영역 : 대뇌피질 중심구 앞에 있으며 B4로 운동을 관장 3. 청각영역 : 측두엽에 있으며 B41, 42로 청각 기능을 관장 4. 시각영역 : 후두엽에 있으며 B17로 시각 기능을 관장 뇌간의 구성 및 기능 . 연수(medulla), 교(pons), 중뇌(mid brain) . 호흡, 심장박동, 혈관운동, 구토, 발한, 의식조절, 타액, 위액 분비 등의 많은 중추를 내포하고 있다.

The division of sensory (left) and motor (right) functions in the cerebral cortex. (From Penfield and Rasmussen, 1950.)

간뇌(Diencephalon)의 구성 및 기능 1. 시상과 시상하부로 구성 2. 시상하부는 소화관운동, 체온조절, 혈관운동 조절, 체액량 조절, 신진대사 조절 및 수면과 정상반응등에 영향 3. 시상은 감각에 대한 정보를 대뇌피질에 전달 하는 중계구조로 정보를 강화 또는 감소 시키는 기능 4. 시상은 비특이적 경로를 통해 전체적인 대뇌피질을 활성화(잠, 의식수준). 5. 상행성 뇌간망상체에서 올라온 전위가 시상의 비특이성핵을 거쳐 대뇌피질에 도달, 이 때 두피에서 뇌파기록

뇌간망상체(Reticular formation) 해부학적으로 불분명한 구조이며 기능적으로 감정과 행동의 표현이 복잡하게 얽혀 있다. 특수투사계: 말초에서 자극된 흥분이 체성감각통로 → 척수 → 중뇌의 내측모체 → 시상 → 대뇌피질의 감각영역에 투사하는 경로 비특수투사계: 중뇌 이하의 뇌간부에서 내측모체 → 뇌간 망상체 → 시상 → 대뇌피질의 넓은 영역으로 투사하는 경로로 이를 상행성 시스템 이라 한다. 뇌간망상체부활계 : 대뇌피질 흥분을 조절하며, 이 부분을 절단하면 의식을 잃게 되고 뇌파는 동기화(서파화)되며 전기자극을 주면 수면상태는 각성이 되고 뇌파는 비동기화 된다.

동기화 : 다수의 신경세포가 시간적으로 일치해서 활동하는 경우로 수면상태나 의식이 없는 상태, 즉 뇌세포의 활성이 저하된 상태로, 뇌파의 rhythm은 시상의 보조 조정장치에서 조절(동기성고진폭서파) 비동기화 : 신경세포들이 시간적으로 각각 멋대로 빠르게 활동(비동기성저진폭서파)

주파수(Frequency), 주기(Period) 주파수 : 1초 동안 반복되는 파의 횟수 (Hz, cps) 주기 : - 반복되는 파의 시간적 길이(msec 1mec=1/1000초) - 파의 산과 산을 또는 골과 골을 연결한 그 간격

진 폭 A 주기 B (4.5 Hz) 1초 주파수와 주기는 역수의 관계 주파수 1/주기 1초

뇌파의 주파수 영역 영역(Band) 주파수(Hz) 비고 δ (delta) 0.5 – 3 서 파 (slow wave) θ (theta) 4 – 7 α (alpha) 8 – 13 기본 파 β (beta) 14 – 30 속 파 (fast wave) γ (gamma) 30 이상

δ 파(Delta wave) θ 파(Theta wave) 1 sec α 파(Alpha wave) β 파(Beta wave)

주파수에 따른 파의 특징 α 파 (Alpha wave) 1. 주파수는 8-13Hz, 출현 부위는 두정엽(부 parietal), 특히 후두엽(occipital )에서 잘 기록되고 진폭은 약 10-150uV 정도 2. 뇌파의 기본파 이고 기초율동으로 표현 3. 정상 성인의 각성, 안정, 폐안 4. 진폭은 점증 · 점감(waxing & waning)

Alpha wave 1 sec

β 파 (Beta wave) 1. 주파수는 14-30Hz, 전두부(frontal)에서 잘 나타난다. 2. 같은 기록에서 α 파보다 진폭이 작다. 3. 긴장하거나 집중되는 정신 활동 시 뇌 전체에서 광범위하게 4. 약 복용 시에 β파 증가(chloral hydrate, Phenobarbital…..) Drug spindles 1 sec

Beta wave 1 sec

θ 파 (Theta wave) . 주파수는 4-7Hz이며 후두부와 측두부(temporal)에서 기록된다. . 어린이의 경우 각성과 수면 상태에서 나타나며 60세 이상 고령자에서 증가되어 나타난다. . 정상 성인의 각성 상태에서는 거의 출현하지 않고 극히 일부에서 나타난다.

Theta wave 1 sec

δ 파 (Delta wave) . 주파수는 0.5-3Hz로 출현부위는 다양하고 진폭은 100-200uV로 크고 불규칙적인 서파 이다. . 나이에 관계없이 깊은 수면 중에 잘 나타난다.(Ⅲ-Ⅳ) . 각성 상태에서는 간질, 대뇌이상, 뇌종양 등에서 잘 나타난다. . 각성 시 δ파의 출현은 그 자체가 이상으로 판정할 수 있다.

Delta wave 1 sec

파의 특징

진폭(amplitude), 전압(voltage) 산 산 ( - ) 진 폭 기선 ( + ) 계곡 계곡 계곡 주 기 진폭 : 파의 높이(uV). 파의 골과 골을 잇고 그 파의 정점으로부터 기선에 수직선을 그어 정점까지의 높이(uV).

뇌파계의 진폭은 보통 50uV에서 7mm로 되어 있다. 뇌파의 높이가 10mm이고 교정곡선은 50uV에 5mm로 되어 있다면 진폭은? 5mm=50uV xmm 진폭(uV)=50× 5mm

위상 위상은 뇌파간의 위치와 시간적 관계를 의미 뇌파계의 극성은 기선에서 위를 향하면 음성파(negative wave), 아래를 향하면 양성파(positive wave)라 한다. 파형 음성 또는 양성으로만 나타날 경우를 1상성파 또는 단상성파 음성-양성 또는 양성-음성성분이 연속하여 형성되는 경우를 2상성파 음성-양성-음성 또는 양성-음성-양성이 연속하여 형성되는 경우를 3상성파 음성-양성이 많이 혼입되어 있는 경우를 다상성파

위상 관계 2개 이상의 유도에서 파의 산과 산, 계곡과 계곡이 일치할 때는 동기성, 일치하지 않으면 비동기성이라 한다. 쌍방의 파형이 거꾸로 마주 보고 있는 것 처럼 되어 있을 때는 역위상 (병변의 위치결정에 중요한 역할을 한다.)이라 한다. 동기성 위상차 없음 위상차 있음 위상역전

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