Riassunto esame Tecniche elettro neurofisiopatologiche 1, Prof. No Name, libro consigliato Manuale teorico pratico di Elettroencefalografia , Mecarelli

INTRODUZIONE

L’elettroencefalografia, comunemente indicata con la sigla EEG, è una metodica neurofisiologica

che consente di registrare l’attività elettrica del cervello mediante elettrodi applicati sulla superficie

del capo. Si tratta quindi di un esame funzionale, che studia il funzionamento del cervello nel

tempo, a differenza delle metodiche di neuroimmagine come la TAC o la risonanza magnetica, che

forniscono informazioni prevalentemente strutturali.

È importante chiarire fin dall’inizio che l’EEG non registra i pensieri, né l’attività dei singoli neuroni.

Il segnale elettroencefalografico rappresenta invece l’espressione dell’attività elettrica globale di

grandi popolazioni neuronali, in particolare della corteccia cerebrale. Solo quando un numero

elevato di neuroni si attiva in modo sincronizzato, il segnale risultante diventa sufficientemente

ampio da poter essere rilevato dallo scalpo.

Dal punto di vista biologico, l’EEG si basa sul fatto che le cellule nervose utilizzano anche

meccanismi elettrici per comunicare. I neuroni possiedono una membrana cellulare che separa

l’ambiente intra ed extracellulare, creando una differenza di potenziale elettrico. Le variazioni di

questo potenziale, in particolare a livello sinaptico, generano campi elettrici che, se

adeguatamente sommati, possono essere registrati.

L’elettroencefalogramma non registra i potenziali d’azione, che sono fenomeni rapidi e localizzati,

ma registra prevalentemente la sommazione dei potenziali postsinaptici, che sono più lenti e più

facilmente sommabili nello spazio e nel tempo. Questo spiega perché l’EEG rifletta soprattutto

l’attività sinaptica corticale.

Dal punto di vista clinico, l’EEG è una metodica non invasiva, indolore, ripetibile e relativamente

economica, caratteristiche che ne hanno favorito una diffusione molto ampia. Le sue principali

applicazioni riguardano lo studio dell’epilessia, dei disturbi della coscienza, del sonno, delle

encefalopatie e il monitoraggio dei pazienti in terapia intensiva.

Storicamente, l’idea che il cervello producesse attività elettrica nasce nel contesto più ampio degli

studi sull’elettricità biologica tra il XVIII e il XIX secolo. Tuttavia, la vera nascita

dell’elettroencefalografia umana è legata alla figura di Hans Berger, un neuropsichiatra tedesco che

nel 1929 pubblicò il primo lavoro sull’EEG registrato nell’uomo.

Berger osservò la presenza di un’attività ritmica regolare nelle regioni posteriori del cervello in

condizioni di veglia rilassata a occhi chiusi, che chiamò ritmo alfa. Notò inoltre che questa attività si

attenuava con l’apertura degli occhi o con l’attività mentale, lasciando spazio a un’attività più

rapida, che definì ritmo beta. Queste osservazioni costituiscono ancora oggi una base

fondamentale per l’interpretazione dell’EEG.

Inizialmente i risultati di Berger furono accolti con scetticismo, ma negli anni successivi vennero

confermati da altri studiosi, sancendo definitivamente la validità scientifica

dell’elettroencefalografia. Da allora, l’EEG si è evoluto dal punto di vista tecnologico, passando da

registrazioni analogiche su carta a sistemi digitali avanzati, ma ha mantenuto intatto il suo valore

clinico.

In conclusione, l’elettroencefalografia rappresenta una metodica storicamente consolidata e

tuttora indispensabile nello studio del funzionamento cerebrale, soprattutto per la sua elevata

risoluzione temporale e per la capacità di fornire informazioni uniche sull’attività elettrica del

cervello.

Basi neurofisiologiche dell’EEG

Per comprendere davvero l’elettroencefalogramma è necessario entrare nel merito delle basi

neurofisiologiche che stanno all’origine del segnale EEG. L’EEG, infatti, non è un fenomeno astratto

o puramente tecnico, ma è l’espressione diretta del funzionamento biologico delle cellule nervose.

Il sistema nervoso centrale è costituito principalmente da due grandi categorie cellulari: i neuroni e

le cellule gliali. I neuroni sono le cellule deputate alla ricezione, all’elaborazione e alla trasmissione

dell’informazione nervosa, mentre le cellule gliali svolgono funzioni di sostegno, nutrizione,

protezione e regolazione dell’ambiente extracellulare. Sebbene oggi si sappia che la glia ha un

ruolo attivo nella modulazione dell’attività neuronale, l’EEG registra principalmente l’attività

elettrica dei neuroni.

Dal punto di vista morfologico, ogni neurone è costituito da un corpo cellulare, o soma, da cui si

dipartono i dendriti e un prolungamento unico chiamato assone. I dendriti sono deputati alla

ricezione dei segnali provenienti da altri neuroni, mentre l’assone trasmette il segnale verso altre

cellule. Questa organizzazione permette la comunicazione all’interno di reti neuronali

estremamente complesse.

Tutti i neuroni sono rivestiti da una membrana cellulare che separa l’ambiente intracellulare da

quello extracellulare. Questa membrana è elettricamente attiva, poiché presenta una distribuzione

asimmetrica degli ioni, in particolare sodio, potassio, calcio e cloro. La diversa concentrazione di

questi ioni determina una differenza di potenziale elettrico tra l’interno e l’esterno della cellula,

detta potenziale di membrana.

In condizioni di riposo, il neurone presenta un potenziale di membrana negativo all’interno rispetto

all’esterno. Quando il neurone riceve uno stimolo, questo equilibrio ionico può modificarsi, dando

origine a variazioni del potenziale di membrana. Queste variazioni possono essere di tipo rapido,

come il potenziale d’azione, oppure di tipo più lento, come i potenziali postsinaptici.

È fondamentale sottolineare che l’EEG non registra i potenziali d’azione. Il potenziale d’azione è

infatti un fenomeno estremamente rapido, di brevissima durata e confinato a una singola cellula o

a un singolo assone. Al contrario, l’EEG registra prevalentemente i potenziali postsinaptici, che

sono fenomeni più lenti e duraturi e che possono sommarsi tra loro.

I potenziali postsinaptici si generano a livello delle sinapsi, ovvero i punti di contatto funzionale tra

neuroni. Le sinapsi possono essere elettriche o chimiche, ma nel sistema nervoso centrale

prevalgono le sinapsi chimiche, mediate dal rilascio di neurotrasmettitori. A seconda del tipo di

neurotrasmettitore e del recettore coinvolto, il potenziale postsinaptico può essere eccitatorio o

inibitorio.

Il principale neurotrasmettitore eccitatorio del sistema nervoso centrale è il glutammato, che

aumenta la probabilità di attivazione del neurone postsinaptico. Il principale neurotrasmettitore

inibitorio è invece il GABA, che riduce l’eccitabilità neuronale. L’equilibrio tra eccitazione e

inibizione è essenziale per il corretto funzionamento delle reti neuronali e si riflette direttamente

sull’attività EEG.

Dal punto di vista anatomico, l’EEG registra soprattutto l’attività della corteccia cerebrale, che è la

porzione più superficiale del cervello ed è organizzata in sei strati. All’interno della corteccia, un

ruolo centrale nella genesi del segnale EEG è svolto dalle cellule piramidali.

Le cellule piramidali sono particolarmente importanti perché presentano una disposizione

altamente ordinata: sono orientate tutte nello stesso modo, con i dendriti apicali diretti verso la

superficie corticale e l’assone diretto verso la sostanza bianca. Questa disposizione parallela

permette la sommazione dei campi elettrici generati dai potenziali postsinaptici.

Quando un grande numero di cellule piramidali si attiva in modo sincrono, i singoli campi elettrici

prodotti da ciascuna cellula si sommano, generando un campo elettrico sufficientemente ampio da

attraversare la corteccia, il liquor, il cranio e la cute, fino a raggiungere gli elettrodi posti sullo

scalpo. È proprio questa sommazione spaziale e temporale che rende possibile la registrazione

dell’EEG.

In conclusione, le basi neurofisiologiche dell’EEG risiedono nell’attività sinaptica delle cellule

piramidali corticali, nella loro organizzazione geometrica e nella sincronizzazione dell’attività

neuronale. Senza queste condizioni, l’attività elettrica del cervello rimarrebbe confinata a livello

microscopico e non sarebbe registrabile dall’esterno.

Origine del segnale EEG

Dopo aver chiarito quali sono le basi neurofisiologiche dell’elettroencefalogramma, è possibile

comprendere in modo più preciso come nasce concretamente il segnale EEG e perché solo una

parte dell’attività cerebrale risulta registrabile dallo scalpo.

Un concetto fondamentale da cui partire è che non tutta l’attività elettrica del cervello può essere

vista con l’EEG. Affinché un segnale sia registrabile, devono essere soddisfatte alcune condizioni

precise, che riguardano il tipo di attività neuronale, il numero di neuroni coinvolti, la loro

disposizione geometrica e il grado di sincronizzazione.

Come già accennato, l’EEG non registra i potenziali d’azione, che sono fenomeni rapidi, di

brevissima durata e confinati a singole cellule. Il segnale EEG deriva invece dalla sommazione dei

potenziali postsinaptici eccitatori e inibitori, che sono più lenti e si estendono nel tempo. Proprio

questa lentezza permette ai potenziali postsinaptici di sommarsi tra loro.

Un altro elemento cruciale è la sincronizzazione dell’attività neuronale. Se i neuroni si attivano in

modo casuale e non coordinato, i campi elettrici che producono tendono ad annullarsi

reciprocamente. Al contrario, quando grandi popolazioni neuronali si attivano in modo sincrono, i

campi elettrici si sommano e generano un segnale macroscopico.

In questo contesto assumono un ruolo centrale le cellule piramidali della corteccia cerebrale.

Queste cellule, oltre a essere numerose, sono orientate tutte nello stesso modo e organizzate in

colonne corticali. I loro dendriti apicali sono disposti perpendicolarmente alla superficie corticale,

mentre il corpo cellulare e l’assone sono orientati in profondità. Questa disposizione geometrica

ordinata è essenziale per la genesi del segnale EEG.

Quando su un gruppo di cellule piramidali agisce un potenziale postsinaptico, si crea una

distribuzione asimmetrica di cariche elettriche. In particolare, nelle zone in cui gli ioni positivi

entrano nel neurone si crea una regione di negatività extracellulare, mentre nelle zone circostanti

si ha una relativa positività. Questa separazione di cariche genera un campo elettrico.

La combinazione di una regione negativa e di una regione positiva costituisce un dipolo elettrico.

Nell’EEG si parla quindi di dipoli corticali, che rappresentano l’unità elementare del segnale

registrato. Ogni dipolo ha una sua orientazione e una sua intensità, che dipendono dall’attività

sinaptica sottostante.

Un concetto importante è quello di source e sink. Con il termine sink si indica la zona in cui la

corrente entra nel tessuto, cioè la regione in cui si verifica l’ingresso di cariche positive nel

neurone. Le source sono invece le regioni circostanti da cui la corrente esce. Source e sink insieme

costituiscono il dipolo responsabile del segnale EEG.

L’orientamento del dipolo è determinante per la sua registrabilità. I dipoli orientati in senso radiale,

cioè perpendicolari alla superficie del cranio, proiettano meglio il loro campo elettrico verso lo

scalpo e sono quindi più facilmente registrabili. I dipoli orientati in senso tangenziale, tipici delle

pareti dei solchi corticali, contribuiscono invece meno al segnale EEG di superficie.

Affinché un dipolo sia visibile all’EEG, inoltre, è necessario che l’attività coinvolga un numero molto

elevato di neuroni, dell’ordine di decine o centinaia di migliaia, distribuiti su un’area

sufficientemente ampia di corteccia. Attività troppo piccole, troppo profonde o troppo localizzate

non producono un segnale rilevabile.

Questo spiega perché l’EEG sia una metodica particolarmente sensibile all’attività della corteccia

cerebrale, ma poco sensibile alle strutture profonde come il talamo, l’ippocampo o i nuclei della

base. Il segnale proveniente da queste strutture, infatti, viene fortemente attenuato durante il suo

percorso attraverso il cervello, il liquor, il cranio e la cute.

Durante questo percorso, il segnale EEG subisce una notevole attenuazione e dispersione spaziale.

Per questo motivo l’ampiezza del segnale EEG registrato sullo scalpo è molto bassa, dell’ordine dei

microvolt, e la risoluzione spaziale della metodica è limitata.

Al contrario, l’EEG possiede un’elevatissima risoluzione temporale, poiché è in grado di seguire le

variazioni dell’attività elettrica cerebrale nell’ordine dei millisecondi. Questa caratteristica rende

l’EEG insostituibile nello studio dei fenomeni rapidi, come le crisi epilettiche e le transizioni tra

diversi stati di vigilanza.

In conclusione, il segnale EEG nasce dalla sommazione dei potenziali postsinaptici di grandi

popolazioni di cellule piramidali corticali, organizzate in modo ordinato e attivate in maniera

sincrona. La genesi del segnale dipende dalla formazione di dipoli corticali, dal loro orientamento e

dalla loro estensione spaziale, fattori che spiegano sia le potenzialità sia i limiti

dell’elettroencefalografia.

Elettrodi EEG

Per poter registrare l’attività elettrica cerebrale è necessario un elemento fondamentale di

mediazione tra il cervello e l’apparecchiatura di registrazione, rappresentato dagli elettrodi. Senza

gli elettrodi, infatti, l’elettroencefalogramma non potrebbe esistere, perché non ci sarebbe alcun

modo di captare le variazioni di potenziale presenti sullo scalpo.

Un elettrodo EEG è un dispositivo che viene applicato sulla cute del capo e che ha la funzione di

rilevare le differenze di potenziale elettrico generate dall’attività cerebrale sottostante. È

importante chiarire che l’elettrodo non produce elettricità, ma si comporta come un sensore

passivo, capace di registrare variazioni di potenziale già esistenti.

Un concetto fondamentale dell’EEG è che non viene mai registrato un potenziale assoluto, ma

sempre una differenza di potenziale tra due punti. Questo significa che ogni segnale EEG è il

risultato del confronto tra almeno due elettrodi. Anche quando si parla di un elettrodo “attivo”,

esiste sempre un elettrodo di riferimento con cui il segnale viene confrontato.

Affinché un elettrodo possa funzionare correttamente, è necessario che il contatto tra l’elettrodo e

la cute sia stabile e di buona qualità. La cute, infatti, rappresenta una barriera naturale alla

conduzione elettrica, per cui è indispensabile ridurre al minimo la resistenza di contatto.

Questa resistenza al passaggio della corrente viene indicata con il termine impedenza. In

elettroencefalografia, un’impedenza elevata peggiora la qualità del segnale e aumenta la

probabilità di artefatti. Per questo motivo, prima di iniziare una registrazione EEG, si controlla

sempre che l’impedenza degli elettrodi sia sufficientemente bassa e possibilmente omogenea tra i

vari canali.

Per ridurre l’impedenza di contatto, la cute viene adeguatamente preparata, rimuovendo il sebo e

le cellule superficiali, e si utilizza un mezzo conduttivo, come un gel o una pasta conduttiva. Questo

accorgimento consente di migliorare la trasmissione del segnale elettrico dallo scalpo all’elettrodo.

Dal punto di vista dei materiali, gli elettrodi EEG sono generalmente realizzati in argento clorurato,

indicato come Ag/AgCl. Questo materiale è particolarmente adatto perché garantisce una buona

stabilità elettrica, riduce i fenomeni di polarizzazione e consente una registrazione fedele delle

variazioni di potenziale.

La clorurazione dell’argento è un passaggio importante, perché permette di mantenere costante il

potenziale dell’elettrodo nel tempo. Un elettrodo non adeguatamente clorurato può introdurre

distorsioni del segnale e aumentare il rumore di fondo.

Per quanto riguarda la forma, gli elettrodi EEG di superficie più utilizzati sono quelli a coppetta o a

disco, che vengono applicati sullo scalpo mediante paste o gel conduttivi. In alcuni contesti

particolari possono essere utilizzati elettrodi adesivi monouso, soprattutto per ridurre il rischio

infettivo o per registrazioni in emergenza.

Esistono anche elettrodi ad ago, che penetrano superficialmente nella cute e garantiscono

un’impedenza molto bassa, ma il loro utilizzo è limitato perché sono invasivi, dolorosi e

comportano un rischio infettivo. Per questo motivo non vengono impiegati di routine nell’EEG

standard.

Un altro aspetto importante riguarda il fissaggio degli elettrodi. Poiché la registrazione EEG può

durare diversi minuti o ore, è fondamentale che gli elettrodi siano ben fissati per evitare

movimenti, distacchi e la comparsa di artefatti. A questo scopo si possono utilizzare paste adesive

o, in registrazioni prolungate, sostanze come il collodio.

Dal punto di vista della sicurezza, gli elettrodi EEG sono dispositivi sicuri, poiché non introducono

corrente nel paziente ma si limitano a registrare segnali. Tuttavia, è fondamentale rispettare le

norme igieniche, soprattutto nelle registrazioni ripetute o prolungate, per prevenire irritazioni

cutanee o infezioni.

In conclusione, gli elettrodi rappresentano un elemento cruciale della catena di registrazione EEG.

La qualità del segnale elettroencefalografico dipende in larga misura dalla corretta scelta del

materiale, dalla preparazione della cute, dal controllo dell’impedenza e dalla stabilità del contatto

elettrodocute. Un EEG di scarsa qualità tecnica, infatti, può compromettere l’interpretazione clinica

anche in presenza di un’attività cerebrale normale.

Posizionamento degli elettrodi e sistema internazionale 10–20

Una volta chiarito che cosa sono gli elettrodi e come funzionano, il passo successivo è capire come

questi vengano posizionati sul capo. Il posizionamento degli elettrodi nell’EEG non è casuale, ma

segue regole precise e standardizzate, perché solo in questo modo è possibile confrontare tracciati

diversi, interpretare correttamente l’attività cerebrale e localizzare eventuali anomalie.

Il sistema di riferimento universalmente utilizzato per il posizionamento degli elettrodi EEG è il

cosiddetto sistema internazionale 10–20. Questo sistema prende il nome dal fatto che le distanze

tra gli elettrodi vengono calcolate come il 10% o il 20% di alcune misure craniche di riferimento. In

questo modo il sistema è adattabile a crani di dimensioni diverse, mantenendo una disposizione

proporzionale degli elettrodi.

Per applicare il sistema 10–20 è necessario individuare alcuni punti anatomici di riferimento sul

cranio. I principali sono il nasion, che si trova alla radice del naso, l’inion, che corrisponde alla

prominenza ossea occipitale, e i due punti preauricolari, situati anteriormente al trago

dell’orecchio. Questi punti permettono di misurare le distanze anteroposteriori e trasversali del

cranio.

Una volta individuati questi punti, la distanza tra nasion e inion viene suddivisa in segmenti

corrispondenti al 10% e al 20% della lunghezza totale, e lo stesso viene fatto per la distanza tra i

due punti preauricolari. I punti ottenuti da queste misurazioni definiscono le posizioni standard

degli elettrodi sullo scalpo.

Gli elettrodi posizionati lungo la linea mediana del capo sono identificati dalla lettera “z”, che sta

per zero. Tra questi troviamo elettrodi come Fz, Cz e Pz, che registrano l’attività proveniente da

regioni centrali e simmetriche dei due emisferi.

Gli altri elettrodi sono identificati da una lettera che indica la regione cerebrale sottostante e da un

numero che indica la lateralità. Le lettere principali sono F per le regioni frontali, C per le regioni

centrali, P per le regioni parietali, T per le regioni temporali e O per le regioni occipitali. Le regioni

frontopolari sono indicate con la sigla Fp.

Per quanto riguarda i numeri, una regola fondamentale è che i numeri dispari indicano l’emisfero

sinistro, mentre i numeri pari indicano l’emisfero destro. Ad esempio, F3 corrisponde a un

elettrodo frontale sinistro, mentre F4 indica il corrispondente frontale destro. Questa convenzione

permette di riconoscere immediatamente la lateralità di un segnale EEG.

Il sistema 10–20 classico prevede l’utilizzo di 19 elettrodi di registrazione, a cui si aggiungono un

elettrodo di riferimento e un elettrodo di massa. Questo numero rappresenta lo standard minimo

per una registrazione EEG clinicamente affidabile.

Uno dei vantaggi principali del sistema 10–20 è la sua standardizzazione. Grazie a questo sistema,

un EEG registrato in un centro può essere interpretato e confrontato con un EEG registrato in un

altro centro, perché la disposizione degli elettrodi segue le stesse regole.

Tuttavia, il sistema 10–20 presenta anche alcuni limiti. In particolare, la risoluzione spaziale è

relativamente grossolana e alcune aree corticali, soprattutto quelle basali o profonde, non vengono

esplorate in modo ottimale. Per questo motivo, in alcuni contesti clinici o di ricerca vengono

utilizzate varianti del sistema 10–20, come il sistema 10–10 o il sistema 10–5, che prevedono un

numero maggiore di elettrodi e una copertura più densa del cranio.

È importante sottolineare che, indipendentemente dal numero di elettrodi utilizzati, l’EEG non

registra mai l’attività di un singolo elettrodo isolato, ma sempre una differenza di potenziale tra due

elettrodi. Questo concetto introduce il tema delle derivazioni e dei montaggi, che rappresentano il

passo successivo nell’interpretazione del tracciato EEG.

In conclusione, il sistema internazionale 10–20 rappresenta la base del posizionamento degli

elettrodi nell’EEG clinico. La sua standardizzazione consente una corretta interpretazione dei

tracciati e una correlazione affidabile tra attivit&