Mit is hallunk pontosan az elektródáinkkal? Az EEG jelek kialakulásának ördögi részletei

Tehát már egyetlen idegsejt esetében többezer helyen folyik pozitív vagy negatív áram annak felszínén keresztül a sejt belseje vagy a sejtek közötti tér (extracelluláris tér) felé. Ezt a sziporkázást leginkább a minden órában szikrázni kezdő Eiffel toronyról készült videó  szemlélteti. Csak hát egy idegsejt egymilliomod akkora és a villogás sebessége pedig 10x gyorsabb. Ráadásul agyunkban milliárdnyi Eiffel torony villog.

Ehhez jön még az, hogy az idegsejtek ágasbogas képződmények. A sejtek dendrit és axon rendszere, mint egy tálban a jól összekevert makaróni, hatalmas gubancot alkot. A fizika törvényei szerint az áramok előjelesen összeadódnak, azaz az ellentétes (a sejtbe be, illetve onnan kifolyó) áramok kioltják egymást. Tehát, ha én ebbe a villogó makaróniba beledugom az elektródámat, akkor oda már csak a sokmillió egymást kioltó áramból csak nagyon kevés jut el, az EEG elektródával mérhető feszültség jelentősen kisebb (30-200 µV), mint azok a feszültségek, amiket a sejtek belsejéből mérhetünk (-90 - + 20mV). A rutin EEG-t, mint azt fentebb írtuk, ráadásul nem is a sejtek közül, hanem a fejbőrről vezetik el. A koponya és a bőr ellenállása miatt csökken a jel erőssége (5-10 µV) és a jel nagyfrekvenciás komponensei is eltűnnek. Olyan mintha a villogó tál makarónit 100 méterről néznénk, az egyedi fényes felvillanások messziről egy kicsit bizsergő szürke derengésként látszanak.

Ezen apró jelek érzékelését az elektromos és mágneses zajok szinte lehetetlenné teszik. Nem csoda, hogy az elektrofiziológusoknak mindent meg kell tenniük azért, hogy ezektől az elektromos hálózatból, villanymotoroktól, szikrázó kapcsolóktól mérési eszközeiket és kísérleti alanyaikat minél jobban elválasszák. Egyrészt fémhálóból készült ketrecekben (Faraday-kalitka) dolgoznak, mivel ez (többé kevésbé) felfogja az elektromágneses zavarokat. Igazi ketrecharcosok! Másrészt bonyolult, csak a mérési rendszerekhez tartozó elektromos földeléseket építenek. Egy EEG labort gyakran már úgy építenek, hogy a falakba építik ezeket a fémhálókat. Amíg az öregasszonyok recepteket cserélnek és a Manyi néniről pletykálkodnak, amikor az elektrofiziológusok összejönnek hamar a zajszűrés és földelés rejtelmeire és babonaságaira terelődik a szó.

Hogy mégis képesek vagyunk elektromos jeleket elvezetni az agyból, két dolognak köszönhető. Egyrészt, ha a sejtek rendezetten helyezkednek el, azaz mint például az agykéregben rétegekbe szerveződnek és hasonló irányokba futnak a nyúlványaik, akkor nem teljesen kioltják, hanem részben erősítik egymás elektromos jeleit. Másrészt, ha a sejtek nem egymástól függetlenül, hanem összehangoltan működnek akkor szintén erősödik a jel. Tehát az EEG jelek kialakulásához mind a térbeli, mind az időbeli rendezettség szükséges.

Igaz az egyes sejtek működése millisecundumonként (a másodperc ezredrésze) változik, együttes működésükben megfigyelhetők lassú ritmusok. Ezeket figyelhetjük meg az alfa, béta, delta, gamma hullámokként. A jelenség a vastapshoz hasonlít, amíg a nézők saját ritmusukban tapsolnak csak egy egyenletes zajt hallunk, ahogy elkezdenek egymáshoz igazodni (szinkronizálódni) kialakul a jól hallható, erős taps.

A fentiek miatt csak az agykéreg aktivitása figyelhető meg EEG-vel, mivel az agykérget és még néhány kisebb agyterületet (colliculus superior) leszámítva az idegsejtek egymásba fonódó, minden irányba futó nyúlványrendszerrel rendelkeznek. Fontos agyi struktúrákból, mint például a talamusz, a striátum, a hipotalamusz és az agytörzs nem jut el értékelhető EEG jel a koponya felszínére. Igaz a kisagy is réteges szerkezetű, de tekervényei olyan aprók és sűrűk, hogy a rendezett kisagyi sejtekből származó jelek milliméter szinten kioltják egymást, így a kisagy sem generál értékelhető EEG jelet. Persze mikroelektródákkal ezekről a területekről is el elehet vezetni elektromos jeleket a sejtek közül, de ez elsősorban az idegsejtek akciós potenciáljaiból áll, azaz a sejtek kimenetét mutatja, a rájuk érkező szinaptikus áramokat, melyek a beérkező információt jelzik, nem lehet jól elkülöníteni.

No persze a tudomány itt is kijátszotta a fizikát. Létezik egy MEG, Magneto EncaphaloGráfia nevezetű módszer, ahol az agyi áramok által keltett elektromágneses tereket mérik. Mivel a mágneses tér szabadon áthatol az idegszöveten és a koponyán, ezért a mélyebb agyi struktúrák működése is vizsgálható ilyen módon…. valamelyest. Mert a mágneses térre is igaz, hogyha az áramok kioltják egymást, tehát a mágneses tér is gyenge lesz, másrészt a MEG detektorait folyékony héliummal kell hűteni, emiatt a szerkezet babrás és egy giga méretű, fodrász-szalonban található hajszárítóra hasonlít.