Điện não đồ (EEG): Sinh lý sóng não, biến đổi Fourier và chẩn đoán động kinh

Điện não đồ (tiếng Anh: electroencephalography - EEG) là phương pháp thăm dò chức năng thần kinh ghi lại các hoạt động điện sinh học tự phát của vỏ não thông qua các điện cực kim loại đặt trên da đầu. Được Hans Berger phát minh lần đầu tiên vào năm 1924, điện não đồ đã trở thành công cụ chẩn đoán không xâm lấn then chốt trong chuyên khoa thần kinh học để đánh giá chức năng não, phát hiện các rối loạn sóng động kinh và theo dõi trạng thái ý thức.

Cơ chế sinh lý học tạo sóng điện não

Tín hiệu điện não đồ không bắt nguồn từ điện thế hoạt động (action potential) của các sợi trục thần kinh mà là sự tổng hợp điện trường của các điện thế sau synap (postsynaptic potentials - PSPs) hưng phấn hoặc ức chế xuất phát từ hàng triệu tế bào thần kinh hình tháp (pyramidal neurons) nằm thẳng góc với bề mặt vỏ não.

Các dải tần số sóng não sinh lý

Điện não đồ lâm sàng chuẩn phân tích hoạt động điện não thành 4 dải tần số sóng chính:

1. Sóng Delta ($0.5 - 4\text{ Hz}$): Biên độ cao (trên 75 microvolt), xuất hiện chủ yếu trong giai đoạn giấc ngủ sâu (sóng chậm NREM) ở người trưởng thành hoặc ở trẻ sơ sinh. Sóng delta khu trú khi thức là dấu hiệu của tổn thương não thực thể.
2. Sóng Theta ($4 - 8\text{ Hz}$): Xuất hiện khi buồn ngủ, trạng thái thiền định sâu hoặc hoạt động ghi nhớ cảm xúc.
3. Sóng Alpha ($8 - 13\text{ Hz}$): Biên độ từ 20 đến 100 microvolt, chiếm ưu thế ở vùng chẩm - đỉnh khi đối tượng nhắm mắt thư giãn tinh thần và bị ức chế ngay khi mở mắt (hiện tượng dập tắt Berger).
4. Sóng Beta ($13 - 30\text{ Hz}$): Biên độ thấp (dưới 30 microvolt), phân bố chủ yếu ở vùng trán - trung tâm, phản ánh trạng thái tỉnh táo tập trung cao độ hoặc chịu ảnh hưởng của thuốc an thần benzodiazepin.
5. Sóng Gamma (trên $30\text{ Hz}$): Liên quan đến các quá trình xử lý nhận thức bậc cao và tích hợp thông tin đa giác quan.

Xử lý tín hiệu và Phân tích phổ Fourier

Để định lượng công suất của từng dải tần số từ tín hiệu EEG thô theo miền thời gian $x(t)$, toán học sử dụng phép biến đổi Fourier liên tục (Continuous Fourier Transform):

$X(f) = \int_{-\infty}^{\infty} x(t) e^{-j 2 \pi f t} dt$

Biến đổi Fourier nhanh (FFT) giúp chuyển tín hiệu sang miền tần số, cho phép tính toán mật độ phổ công suất (Power Spectral Density - PSD) để phát hiện sự mất đối xứng bán cầu não hoặc suy giảm tần số sóng nền.

Ứng dụng lâm sàng của điện não đồ

EEG là tiêu chuẩn vàng không thể thay thế trong nhiều tình huống lâm sàng:

• Chẩn đoán và phân loại Động kinh: Xác định chính xác các đợt phóng điện kịch phát (gai nhọn, sóng nhọn, phức hợp gai - sóng 3 chu kỳ/giây trong cơn vắng ý thức) và định vị ổ động kinh cục bộ trước phẫu thuật.
• Đánh giá Rối loạn giấc ngủ: Là thành phần cốt lõi trong ghi đa ký giấc ngủ (Polysomnography - PSG) để phân tích các chu kỳ NREM và REM.
• Chẩn đoán Chết não và Hôn mê: Xác định đường đẳng điện (điện não phẳng - Isoelectric EEG) trong quy trình xác định chết não pháp y.
• Theo dõi chức năng não trong phẫu thuật (Intraoperative Monitoring): Đánh giá độ mê và độ tưới máu vỏ não trong phẫu thuật bắc cầu mạch vành hoặc kẹp phình động mạch não.