Bij en EEG meet men de hersen-aktiviteit, de elektrische aktiviteit van de hersencellen (aktie-potentialen, zwakke elektrische stroompjes, hooguit 100 µV) – die ze gebruiken om met elkaar te communiceren – via elektroden op de hoofdhuid. Een aktie-potentiaal is een elektrische verandering in de cel die veroorzaakt wordt door het opbouwen van een spanning-verschil tussen de intra- en extra-cellulaire ruimte. Als dit verschil een bepaalde kritieke grens bereikt, vindt een elektrische ontlading plaats en daarna weer een herstel tot rust. De snelheid waarmee deze veranderingen plaatsvinden wordt gemeten in aantal keren per seconde (frequentie in Hz). Men meet een breed spectrum aan hersengolven, van 0 tot 80 Hz. Dit spectrum wordt opgedeeld in een aantal ‘hersen-golven’: Delta (δ), Theta (θ), Alfa (α), SMR, Beta (β) en Gamma (γ).

Delta (0-4 Hz) golven zijn het sterkst aanwezig in diepe slaap en zijn verbonden met de herstel-stadia van de slaap. Theta (4-8 Hz) golven komen voor bij doezelen/dagdromen en vlak voor het wakker worden of in slaap vallen. Alfa (8-12 Hz) golven komen voor in een ontspannen maar bewuste toestand (tv-kijken, muziek beluisteren, meditatie). Ze worden opgedeeld in alfa1 en alfa2. SMR (Senso Motorisch Ritme; 12-16 Hz) golven zijn een indicatie voor fysieke rust en sensomotorisch bewustzijn. Beta (16-30 Hz) golven komen voor in de aktieve, volledig bewuste toestand (concentratie; bij stress en spanning zijn er ook veel beta-golven; inslapen duurt langer bij heel aktieve beta-golven). De beta-golven worden dikwijls onderverdeeld in beta1 (12-16 Hz; dus eigenlijk SMR); beta2 (16-20 Hz) & beta3 (20-30 Hz). Gamma (30-80 Hz) golven komen voor in een verhoogde staat van bewustzijn (sterke mentale aktiviteit, zoals angst).

————————-

Neuropsychiatric Disease and Treatment (Pre-print Januari 2016)

Electroencephalogram characteristics in patients with Chronic Fatigue Syndrome

Tong Wu (1), Xianghua Qi (1), Yuan Su (2), Jing Teng (1), Xiangqing Xu (1)

1 Internal Medicine-Neurology, Shandong Provincial Traditional Chinese Medical Hospital

2 School of Mathematic and Quantitative Economics, Shandong University of Finance and Economics, Jinan, People’s Republic of China

Samenvatting

Doelstelling Het onderzoeken van de elektro-encefalogram (EEG) kenmerken bij patiënten met Chronische Vermoeidheid Syndroom (CVS) gebruikmakend van ‘brain electrical activity mapping’ (BEAM) en EEG niet-lineaire dynamische analyse.

Methodes Er werden 47 patiënten geselekteerd en onderverdeeld in een observatie-groep (n = 24 [voldeden aan de diagnostische criteria voor CVS (CDC 1994); geen depressie of angst-aandoening]) en een controle-groep (n = 23) op basis van beschikbaarheid. Alle patiënten ondergingen een routine EEG [5 min registratie in ontspannen toestand maar wakker (uitgeslapen) en geconcentreerd]. De BEAM en de correlatie-dimensie veranderingen werden geanalyseerd op zoek naar EEG-karakteristieken.

Resultaten 1) De BEAM-resultaten gaven aan dat de energie-waarden van de delta, theta en alfa1 golven significant verhoogd waren in de observatie-groep, vergeleken met de controle-groep (P < 0.05, P < 0.01, respectievelijk); wat suggereert dat de elektrische hersen-aktivitieiten bij CVS-patiënten significant gereduceerd waren en in een inhibitorische toestand bleven; 2) de toename van de delta, theta en alfa1 energie-waarden in de rechter frontale en linker occipitale gebieden was meer significant dan in andere hersen-gebieden bij CVS-patiënten, wat wijst op een hersenregio-specifieke verdeling; 3) de correlatie-dimensie in de observatie-groep was significant lager dan de controle-groep, wat verminderde EEG-complexiteit bij CVS-patiënten suggereert.

Besluit De spontane elektrische hersen-aktivitieiten bij CVS-patiënten waren significant gereduceerd. De abnormale veranderingen qua cerebrale funkties waren gelokaliseerd in de rechter frontale en linker occipitale gebieden bij CVS-patiënten.

Inleiding

[…] Het aantal CVS-patiënten stijgt maar gedetailleerde elektro-encefalogram (EEG) kenmerken bij CVS-patiënten blijven onduidelijk.

‘Brain electrical activity mapping’ (BEAM), ook kwantitatieve EEG of EEG-beeldvorming genoemd, is een diagnostische techniek die wordt gebruikt om de veranderingen in hersen-aktiviteiten te analyseren. Deze techniek gebruikt elektronische berekeningen om gemiddelde energie-waarden of wattage-waarden van elk geregistreerd punt voor te stellen. De wattage-waarden van de geregistreerde punten worden berekend. BEAM geeft de verdeling weer en heeft het voordeel kwantificeerbaar, zichtbaar en herhaalbaar te zijn; het is daarom een ideale methode voor de evaluatie van de hersen-funktie en de diagnose van hersen-ziekten. Het wordt dan ook veel aangewend in de klinische en wetenschappelijke research van neurologische aandoeningen.

[…] Moderne wetenschap postuleert dat EEG-signalen niet-rechtlijnige koppelingen van talrijke neuronale aktiviteiten zijn; daarom hebben EEG-signalen de kenmerken van deterministische chaos [de schijnbare wanorde is toch exact bepaald en komt geordend tot stand volgens bepaalde regels]. De hersenen vormen een complex en zelf-organiserend, niet-rechtlijnig dynamisch systeem; daarom zou een niet-lineaire dynamische analyse (en dus niet een lineaire analyse), moeten worden aangewend om de funktie van het neuraal netwerk te analyseren. De toepassing van niet-lineaire dynamische analyse geeft informatie over de wijzigingen in de funktionele aktiviteit van de hersenen en verbetert de gevoeligheid van het EEG wat het betreft het detekteren van subtiele brein-abnormaliteiten; het betekent dus een doorbraak op het gebied van EEG.

In deze studie analyseerden we de oorspronkelijke EEG-data gebruikmakend van correlatie-dimensie (D₂) als een index. D₂ geeft dimensionele informatie over univariate gegevens [met slechts één variabele], geeft de systeem-densiteit weer in een multi-dimensionele ruimte en weerspiegelt de correlatie-graad van de punten van het systeem. […] Hoe hoger de D₂, hoe meer complex de gedetekteerde EEG-signalen.

Eerdere studies verzamelden EEG-gegevens tijdens de het slapen of wakker zijn bij CVS-patiënten. [zie onder meer: Manu P et al.. Alpha-delta sleep in patients with a chief complaint of chronic fatigue. South Med J. (1994) 87: 465-470 /// Reeves WC et al. Sleep characteristics of persons with Chronic Fatigue Syndrome and non-fatigued controls: results from a population-based study. BMC Neurol. (2006) 16: 41 /// Gotts ZM et al. Are there sleep-specific phenotypes in patients with Chronic Fatigue Syndrome? A cross-sectional polysomnography analysis. BMJ Open. (2013) 3: e002999] Bewijsmateriaal toont dat de EEG theta ‘power’ hoger was bij CVS-patiënten in wakkere toestand. [Siemionow V et al. Altered central nervous system signal during motor performance in Chronic Fatigue Syndrome. Clin Neurophysiol. (2004) 115: 2372-2381 /// Neu D et al. Cognitive impairment in fatigue and sleepiness associated conditions. Psychiatry Res. (2011) 189: 128-134] Tot op heden is er geen studie op basis van BEAM en EEG niet-lineaire dynamische analyse bij CVS-patiënten in wakkere toestand. In deze studie focussen we op de patronen van elektrische aktiviteit in het brein en de funktionele sub-gebieden van de hersenen bij CVS-patiënten door het toepassen van de meest geavanceerde EEG-analyse om de funktionele toestand van de hersenen te onderzoeken en objectief bewijsmateriaal te leveren voor de diagnose en de behandeling van CVS.

[…]

Resultaten

Patiënten-karakteristieken

[…] Patiënten (25-40 jaar) […].

103 mensen vielen weg uit de studie. De observatie-groep bestond uit 24 CVS-patiënten en de controle-groep uit 23 gezonde mensen. In de observatie-groep was de gemiddelde HAMD-score [‘Hamilton Depression Rating Scale’] 15 en de gemiddelde HAMA-score was 9 [‘Hamilton Anxiety Scale’] [=> geen depressie of angst-aandoening]. […] Er was geen statistisch significant verschil qua leeftijd en geslacht tussen de 2 groepen.

De BEAM-karakteristieken

Het BEAM-patroon

[…] Bij gezonde controles was de maximum ‘power’ α, in de occipitale kwab en bilateraal symmetrisch. Bij CVS-patiënten, was de maximum ‘power’ θ (≥ α & ≤ 2α) in de frontale kwab zonder bilaterale symmetrie. De ‘power’ in de rechter kwab was groter dan die van de linker kwab. De BEAM-resultaten geven aan dat de energie-waarde van de θ-golven bij CVS-patiënten groter waren dan bij de gezonde controles, wat suggereert dat de elektrische hersen-aktiviteiten bij in CVS-patiënten gereduceerd waren en in een inhibitorische toestand bleven.

De vergelijking van energie-waarden in verschillende hersen-gebieden

Energie-waarden van 84 hersen-gebieden werden vergeleken. De resultaten geven aan dat er verschillen qua energie-waarden van de δ, θ en α1 golven waren. De energie-waarden van de observatie-groep waren groter dan die van de controle-groep, wat er op wijst dat de elektrische hersen-aktiviteiten bij de CVS-patiënten significant gereduceerd waren. Er was geen verschil qua β1 en β2 […]. De golf-patronen van verschillende frequenties was als volgt:

1) Analyse van de δ golf energie-waarde – de hoogste en de tweede hoogste energie-waarden van de δ golf in de observatie-groep waren in de rechter post-frontale en rechter pre-frontal hersen-gebieden, respectievelijk. De hoogste en de tweede hoogste energie-waarden van de δ golf in de controle-groep waren in de rechter pre-frontale en de rechter post-frontale hersen-gebieden, respectievelijk. De energie-waarden van de observatie-groep waren groter dan die van de controle-groep. Er was een significant verschil tussen deze 2 groepen, wat suggereert dat de CVS-patiënten de hoogste δ golf energie-waarde hadden in het rechter frontaal gebied. Deze resultaten geven aan dat er een significante toename was van de trage elektrische hersen-aktiviteiten in het rechter frontaal gebied bij CVS-patiënten.

2) Analyse van de θ golf energie-waarde – de hoogste θ golf energie-waarde van de observatie-groep was in het rechter post-frontaal hersen-gebied, terwijl de hoogste energie-waarde van de θ golf van de controle-groep in de linker ‘area centralis’ [visueel gebied] was. De energie-waarden van de observatie-groep waren groter dan die van de controle-groep, wat aangeeft dat de trage elektrische hersen-aktiviteiten verhoogd waren in het rechter post-frontale hersen-gebied bij CVS-patiënten.

3) Analyse van de α golf energie-waarde – de hoogste α1 golf energie-waarde van de observatie-groep was in het linker occipitale gebied, terwijl de hoogste α1 golf energie-waarde van de controle-groep ook in het linker occipitale gebied was. The α1 golf energie-waarde van de observatie-groep was significant hoger dan die van de controle-groep, wat aangeeft dat de trage elektrische hersen-aktiviteiten verhoogd waren in het linker occipitale gebied bij CVS-patiënten. De hoogste en tweede hoogste energie-waarden van α2 golven in de observatie-groep waren in het linker occipitale gebied en de het rechter occipitale gebied, respectievelijk. De hoogste en tweede hoogste energie-waarden van α2 golven in de controle-groep waren in het rechter occipitale gebied en het linker occipitale gebied, respectievelijk. Er was geen significant verschil tussen deze 2 groepen. Er waren echter significante verschillen tussen deze 2 groepen qua α2 golf energie-waarden in het pre-frontale gebied (linker en rechter pre-frontaal gebied) en anterieure temporale gebied (linker en rechter anterieur temporaal gebied). De energie-waarde van de observatie-groep was significant hoger dan die van de controle-groep, wat suggereert dat de trage elektrische hersen-aktiviteiten verhoogd waren in het frontale gebied en temporale gebieden bij CVS-patiënten.

4) Analyse van de β golf energie-waarde – de hoogste β1 golf energie-waarden van deze 2 groepen waren in het rechter occipitale gebied en er was geen significant verschil tussen deze 2 groepen. De energie-waarde in het linker anterieur temporaal gebied van de observatie-groep was hoger dan dat van de controle-groep, wat aangeeft dat de elektrische hersen-aktiviteiten verhoogd waren in het linker anterieur temporaal gebied bij CVS-patiënten. De hoogste β2 golf energie-waarden van deze 2 groepen waren in het rechter occipitaal gebied, en er was geen significant verschil tussen deze 2 groepen. De β1 en β2 golf energie-waarden waren lager, vergeleken met de α1 en α2 golf energie-waarden, wat aangeeft dat α golven dominant waren in het occipitaal gebied.

De eerder vermelde resultaten geven aan dat er was geen significant verschil was qua verdeling van elektrische energie-waarden in de hersenen bij CVS-patiënten, wat consistent is met eerdere studies. De energie-waarden bij CVS-patiënten waren echter verschillend in het rechter frontaal gebied en het linker occipitaal gebied, vergeleken met gezonde controles.

De niet-lineaire dynamische analyse

Vergelijking van de correlatie-dimensie [zie inleiding] tussen de observatie-groep en de controle-groep. [technische uitleg] De D₂-waarde van de observatie-groep was significant lager dan die van de controle-groep, wat aantoont dat de intensiteit en complexiteit van de elektrische hersen-signalen significant lager was in de observatie-groep.

Bespreking

In onze studie toonde een vergelijking van de EEG-resultaten dat de energie-waarden van δ, θ en α1 golven bij CVS-patiënten verhoogd waren, wat wijst op gedaalde elektrische hersen-aktiviteiten bij CVS-patiënten. Daarnaast veranderden de elektrische energie-waarden in het rechter frontaal en linker occipitaal gebied significant in vergelijking met andere hersen-gebieden, wat suggereert dat wijzigingen qua elektrische hersen-aktiviteiten bij CVS-patiënten gebied-specifiek zijn. De correlatie-dimensie resultaten duiden ook op algemene afname van de intensiteit en complexiteit van de elektrische hersen-signalen bij CVS-patiënten. Deze resultaten kunnen impliceren dat de afname qua neuronale ontladingen bij CVS-patiënten kunnen leiden tot abnormale veranderingen, zoals een betrekkelijk inhibitorische toestand, qua hersen-funktie. Deze studie is de eerste die rapporteert over het verschil qua energie-waarden in het rechter frontaal en linker occipitaal gebied bij CVS-patiënten, wat een referentie is voor de relevantie van klinisch EEG onderzoek bij CVS-patiënten. […] De lage opname ([2-¹¹C]-acetyl-l-carnitine) [in een deel van de hersenen verantwoordelijk voor de uitvoerende funktie (motivatie en planning van nieuwe dingen); zie ‘Acetylcarnitine – verminderde opname in de hersenen’] zou verantwoordelijk kunnen zijn voor de abnormaliteiten qua geheugen en beoordeling bij CVS-patiënten. […] De gedaalde opname van acetylcarnitine in de frontale gyrus [deel van de frontale kwab] en verminderde neurotransmitter-synthese in lokale hersen-gebieden bij CVS-patiënten zijn sleutel-mechanismen voor chronische vermoeidheid. Een PET-studie toonde ook een verminderde acetylcarnitine-opname in de frontale, cingulate, temporale en occipitale cortexen, basale ganglia en hippocampus bij CVS/ Myalgische Encefalomyelitis (ME) patiënten, wat gedaalde hersen-aktiviteit bij CVS/ME-patiënten suggereert. Onderzoekers toonden aan dat gegevens betreffende EEG spectrale coherentie [zie ‘EEG Spectrale Coherentie kan CVS onderscheiden’] kunnen worden gebruikt om CVS-patiënten te onderscheiden van gezonde controles en depressieve patiënten, en dat neurologische abnormaliteiten (temporale kwab) betrokken is bij CVS-pathofysiologie. In onze studie vonden we de abnormaliteiten in het linker occipitale gebied (d.m.v. BEAM). De discrepantie kan te wijten zijn aan de verschillende experimentele methodes. Bewijsmateriaal geeft aan dat neuro-inflammatie aanwezig in verscheidene hersen-gebieden bij CVS-patiënten en geassocieerd is met de ernst van de neuropsychologische symptomen. [zie ‘Neuro-inflammatie bij Myalgische Encefalomyelitis (CVS) – een PET-studie’] Omdat EEG enkel de elektrische potentialen aan het brein-oppervlak meet, is dit misschien niet gevoelig genoeg voor het meten van neuro-inflammatie.

Beperkingen en toekomstige research

Het meten van elektrische potentialen bij EEG gebeurt aan het schedel-oppervlak; daarom weerspiegelt het wellicht slechts de aktiviteit van hersen-gebieden die dicht bij het oppervlak liggen. De fysiologische veranderingen in sommige belangrijke gebieden dieper in het brein gelegen, zoals hippocampus-neurogenese [proces waarbij neuronen worden aangemaakt uit neurale stam-cellen en voorloper-cellen; gebeurt in meerder hersen-strukturen, o.a. de hippocampus], werden nog niet onthuld. In deze studie voerden we geen respectieve analyse van de frontale cortex, parietale cortex, occipitale kwab en temporale kwabben, uit. Een meer diepgaande analyse van gedetailleerde wijzigingen in alle hersen-gebieden bij CVS-patiënten zal in onze toekomstige studies gebeuren. We vonden geen verschillen tussen vrouwen en mannen in deze studie. We zullen in de toekomst meer individuen onderzoeken om de geslacht-verschillen bij CVS-patiënten te bekijken.

Besluit

Onze resultaten geven aan dat de spontane elektrische hersen-aktiviteiten bij CVS-patiënten in een inhibitorische toestand bleven. De abnormale veranderingen in de cerebrale funktie bij de CVS-patiënten waren gelokaliseerd in het rechter frontale en linker occipitale gebied.