脳の病気まるわかり

脳波

 

脳波検査とは

 

 

 

 

ヒトの脳波、140億個もの神経細胞の集合体とされています。脳細胞の活動は、極めて微小な電気が細胞内、そして細胞間を流れることで成り立っています。

脳細胞から発生したこの微弱な電位を、頭皮の上に設置した電極を用いて検出し、それを脳波計の内部で数万倍~100万倍に増幅したものが脳波になります。

生体が発生した電流を感知するという意味で、脳波は心電図と類似の検査であると言えます。心電図や脳波などを、生理機能検査と呼びます。

CTやMRIが臓器の形態をみる検査であるのに対しいて、脳波は脳の機能や活動を調べる検査になります。

 

 

脳波の起源

 

脳波の起源としては、大脳の皮質に存在する大錐体細胞に生じるシナプス後電位とされています。多数の錐体細胞が同時に活動して生じる電位(興奮性シナプス後電位:EPSP)と抑制性シナプス後電位:IPSP)が、最も有力な脳波の起源と考えられています。

 

脳波は、大脳皮質で発生した電位が脳脊髄液の中を拡散し、頭蓋骨内で減衰し、皮下組織を経由して皮膚で記録されたものなので、広がりを持った弱い電流になってしまいます。

 

 

3つの脳波検査

 

脳波検査には大きく3つの方法があります。

 

一つ目は、スタンダードな方法で、脳波室で頭皮に電極を付けて30分間程度記録する方法です。頭皮の上に電極を付ける方法であり、「頭皮上脳波」、「ルーチン脳波」などとも呼ばれます。

 

二つ目は、病室で脳波計を付けっ放しにして、病棟で24時間~数日間過ごし、その間ビデオで状態を記録する方法です。これを「ビデオ脳波モニタリング」と呼び、てんかん重積状態の患者さんや難治性てんかんの診断が必要な患者さんに対して用います。これも、頭皮上脳波の一種です。

 

三つ目は、主に難治性てんかんの手術の一環として用いる方法で、開頭手術などにより頭蓋内の脳表に直接電極を置いて、脳波を記録する特殊な方法です。「頭蓋内電極」と呼ばれ、その中には「硬膜下電極」と「深部電極」の2種類があります。また、手術中に脳表に電極を置いて検査する「術中皮質電位記録」と、手術にて頭蓋内に挿入した電極を用いて術後に脳波検査(ビデオ脳波モニタリング)を行う「慢性硬膜下電極記録」に分類されます。

 

 

(頭皮上)脳波の記録方法

 

脳波は通常、頭皮につけられた皿電極で記録します。皿電極の付け方には様々な方法がありますが、スタンダードな方法は、ペーストというものを塗ってその上に電極を置きます。

 

理論上、脳波を記録するためには最低3つの電極が必要です。一つは、記録のための電極、もう一つは電位差を図る基準となるための電極、そしてアース(接地)と呼ばれるものです。

 

通常、国際10-20法という方法に基づいて、前頭部から後頭部に至る頭部に等間隔で19個の電極を貼り、これに両側の耳朶に付けた2つの電極と合わせて21個の電極で記録します。病院によっては、プラスアルファで顔面やその他の部位に電極を貼るかもしれません。

脳波の波形を表示するためには、アースに加えて基準電極を決める必要があります。この基準電極と各電極との電位差が、脳波として表示されます。基準電極の決め方には大きく2つの方法があり、近接した2点のうちの1方を基準電極とする方法(双極誘導)と、全ての電極から選んだ特定の電極を基準電極とする方法(単極誘導)とがあります。単極誘導の基準として用いられることが多いのが、両側の耳朶につけた電極です。その他、頭部の中央にある電極が用いられたり、全電極の平均値を基準にしたりする(アベレージ・リファレンス)こともあります。

 

 

正常の脳波

 

正常成人の脳波では、閉眼時に後頭部優位の左右対称なα波が出ます。α波という言葉をお聞きになったことのある方は多数いらっしゃると存じますが、これは、8~13Hz(つまり1秒間に8~13回繰り返す)の波形のことです。正常成人の後頭部を中心としたα波のように、その人の安静時脳波において最も普遍的な波形を優位律動と呼びます。これがリラックスしているときに出る脳波だと言えます。α波の振幅やその変化や分布、左右差などに異常がないかを見極めます。

α波は、開眼すると減少します。また、意識障害のある人ではα波が見られず、より遅い周波数の波や、逆に速い周波数の波が見られたりすることもあります。

 

α波(アルファ波): 8-13Hz

β波(ベータ波): 14-29Hz

θ波(シータ波): 4-7Hz

δ波(デルタ波): 1-3Hz

γ波(ガンマ波): 30-79Hz

※ Ripple: 80-200Hz

※ Fast ripple: >200Hz

 

通常の脳波で見ることができるのは、α~δ波までです。

 

 

脳波からわかること

 

① 年齢的な変化

脳波は、こどもの成長に応じて年齢ごとに、そして高齢者の加齢に伴い、変化していきます。その変化が年齢相応かを判定することができます。20-65歳まではあまり変化しません。

 

② 睡眠リズム・睡眠障害

脳波の波形は、活動時、安静時、安静閉眼時、そして睡眠の各段階により異なります。睡眠段階は、5段階に分けられます。うとうと状態から深い眠りまでを1~4期に分け、それにREM睡眠期が加わります。入眠直後には深睡眠の時間が多く、明け方になるほど深睡眠は減少していきます。 年齢としては、高齢者になるほど深睡眠の割合が減少します。睡眠障害のある方でも、深睡眠の割合が減少し、睡眠の質が良くないことが分かります。

 

③ 意識障害の評価

脳波は、意識障害の程度の客観的評価に有用です。 意識は、脳幹にある網様体賦活系と大脳との相互作用により保たれています。

意識障害があると、脳幹網様体賦活系と大脳との相互作用が低下してしまいます。すると、α波が減少してより周波数の遅いθ波が目立つようになります。意識障害が進行するとδ波やその他の異常脳波が増えて、最終的には平たん化してしまいます。

意識障害時の脳波波形は、意識障害の原因や脳の障害部位によって異なります。高度の肝機能障害では、三相波と呼ばれる波が出ます。ヘルペス脳炎やクロイツフェルト・ヤコブ病では、周期性同期性放電(periodic synchronized discharge; PSD)が特徴的とされます。高度の意識障害や麻酔による深い鎮静状態では、平たん波と突発波が交互に出現するsuppression burstという状態が見られます。薬物中毒では、広範囲のα波や、逆に速波が見られたりします。

 

④ 局所性脳障害の有無

脳波で、一部の電極にのみ限局した徐波を認めたならば、それは限局性の機能低下を指し示します。例えば、脳の一部に脳腫瘍があれば、その近傍の電極に持続性、断続性に周波数の遅い波が出現します。一方、脳幹や視床などといった脳の深いところの病変では脳の深部と大脳皮質との連携に支障が生じて、左右対称な一定の部位に間欠性の徐波を認めたりします。 こうした所見は、画像診断ができないときには病変部位推定の補助となり、画像診断ができる場合には画像診断との整合性を確認する目的で用いられます。

 

⑤ てんかん波形の有無

てんかんでは、脳波は必須の検査になります。脳波検査を行わずにてんかんの診断は成り立ちません。

てんかん患者さんでは、発作中にはてんかん性の異常脳波が出る一方、発作中以外にも棘波(spike)と呼ばれる尖った波、もしくは棘徐波(spike & wave)と呼ばれる尖った波と徐波の組み合わせの波が見られます。発作の既往がある患者さんに、こうしたてんかんに特有の波が見られたら「てんかん」の診断がつきます。 ただし、てんかんのある患者さんの全員でこうしたてんかん性の波が見つかるわけではありません。てんかん患者さんにおいて、30分の短い検査時間の中でてんかん性の異常が検出される割合は50%もしくはそれ以下とされています。繰り返し検査したり、もしくは睡眠時の検査を行うことで、検出率は70~80%に上昇します。

 

⑥ 脳死判定

わが国において、脳波は脳死判定に必須の項目の一つです。「わが国において」と前置きしたのは、国によっては脳波検査は不要だからです。

脳波検査で確認するのは、あくまで主に大脳皮質の機能です。脳死において重要なのは、脳幹の機能が根絶していることです。

ですから、本来的には必須ではないのです。 但し、「脳死」ですから、脳幹~大脳までも含めた全脳死である必要がありますので、脳波を行うことは無意味ではありません。脳死判定では、脳波の感度(振幅)を通常の脳波検査の5倍に増幅して判定します。脳波記録中に混入するノイズ対策など、高度の技術が求められます。法的脳死判定では、6時間をおいて2回の判定が必要になります(6歳未満は24時間開けて2回)。

 

 

脳波検査の弱点

 

脳波検査の弱点の一つは、空間分解能が弱いことです。上述のように、脳波は脳脊髄液の中で広がり、頭蓋骨により弱まりますので、狭い範囲で生じた脳波が広い範囲で記録されます。ですので、異常のある部位の局在性の判断において弱点があります。

 

また脳波検査では、大脳皮質で発生した電位の振幅が非常に低かったり、広がりが限局していたりすると記録することができません。つまり、脳波検査で見ている波形は、脳のある程度広い範囲で同期して生じた比較的大きな電位を見ているのです。

 

その他、脳波は脳の深いところに由来する電位の記録をすることができません。側頭葉てんかんの原因となる海馬に限局して発生した大きな電位は、実は脳波では見ることができません。側頭葉てんかんの患者さんの脳波で見ているのは、海馬を含む側頭葉の広い範囲に広がったてんかん性の脳波異常を記録しているのです。

 

脳波の最大の弱点は、その判読(脳波を読むこと)が容易でないことです。その解釈も、エキスパートになるとかなり一致してきますが、脳波のエキスパートでなければ大分あいまいなものになってしまいます。つまり、脳波の判読をすることができるようになるためには、十分な知識と経験が必要なのです。心電図や、CTやMRIの判定をするよりもはるかに困難の伴う作業です。

わが国では、脳波のエキスパートの証は、臨床神経生理学会の認定医制度(脳波部門)になります。

 

 

脳波の歴史

 

人における脳波の初めての報告は、1924年にHans Bergerというドイツ人によってなされました。当初は受け入れられなかったのですが、1934年にEdgar Douglas Adrianというイギリス人(のちにノーベル賞受賞)によって追認されて以来、広く受け入れられるようになりました。 わが国では、1951年に最初の脳波計ができましたが、1960年以降のコンピューター技術の発達とともに脳波計も発達してきました。CTやMRIが登場する前には、頭蓋内にできた病変の部位を判断するための数少ない手段でした。しかし、様々な医療機器が開発されて以後、脳波検査の役割は大まかな脳機能判断、てんかん診断、特異的な異常脳波の出やすい疾患の診断、睡眠状態の判定などに限局されるようになりました。記録された脳波をそのまま長い紙に記録するアナログ式の脳波計が長年にわたり使用されてきましたが、2000年代以降はデジタル脳波計が主流となり、今日に至っています。