Điện não đồ là gì? Các nghiên cứu khoa học về Điện não đồ

Điện não đồ là gì?

Điện não đồ, hay còn gọi là EEG (Electroencephalogram), là một phương pháp ghi lại hoạt động điện của não bộ thông qua các điện cực đặt trên da đầu. Đây là một trong những công cụ chẩn đoán lâu đời và phổ biến nhất trong lĩnh vực thần kinh học, đặc biệt hữu ích trong việc phát hiện các rối loạn như động kinh, rối loạn giấc ngủ, tổn thương não và đánh giá chức năng thần kinh.

Kỹ thuật này hoạt động bằng cách ghi lại sự dao động điện áp do hoạt động đồng bộ của hàng triệu tế bào thần kinh. Mặc dù điện thế ghi nhận được rất nhỏ (thường chỉ vài microvolt), chúng mang lại nhiều thông tin quý giá về trạng thái sinh lý hoặc bệnh lý của não.

Lịch sử và sự phát triển

EEG lần đầu tiên được ghi lại bởi nhà thần kinh học người Đức Hans Berger vào năm 1924. Ông đã phát hiện rằng các dao động điện trong não người có thể được đo từ bên ngoài da đầu. Phát hiện này đã mở ra một hướng đi hoàn toàn mới trong nghiên cứu não bộ và là nền tảng cho sự phát triển của nhiều kỹ thuật ghi nhận thần kinh hiện đại sau này như MEG, fMRI, PET.

Trải qua gần một thế kỷ phát triển, EEG hiện nay đã trở nên di động hơn, có độ phân giải cao hơn, khả năng tích hợp tốt hơn với các công nghệ khác, và vẫn là một tiêu chuẩn trong lâm sàng thần kinh trên toàn thế giới.

Cơ chế hoạt động của EEG

EEG đo điện thế phát sinh từ các dòng điện ion di chuyển qua màng tế bào thần kinh, chủ yếu là các dòng điện sau synap từ tế bào thần kinh vỏ não. Khi một nhóm lớn các nơron hoạt động đồng bộ, tín hiệu điện tổng hợp đủ mạnh để có thể đo được từ bề mặt da đầu.

Các điện cực sẽ được đặt theo sơ đồ tiêu chuẩn quốc tế 10-20, đảm bảo vị trí tương ứng với các vùng chức năng của vỏ não (trán, thái dương, đỉnh đầu, chẩm…). Tín hiệu được khuếch đại, số hóa và ghi lại để phân tích theo thời gian thực hoặc lưu trữ để đánh giá sau.

Phân loại sóng não

Sóng não ghi nhận từ EEG được phân loại theo tần số và thường có liên hệ với các trạng thái tâm lý và sinh lý khác nhau:

• Sóng delta (0.5–4 Hz): Thường xuất hiện khi ngủ sâu hoặc trong trạng thái ý thức thấp (như hôn mê).
• Sóng theta (4–8 Hz): Xuất hiện trong trạng thái buồn ngủ, thiền định, hoặc trong các rối loạn nhận thức.
• Sóng alpha (8–13 Hz): Thường thấy ở trạng thái thư giãn, mắt nhắm nhưng tỉnh táo.
• Sóng beta (13–30 Hz): Liên quan đến sự chú ý, hoạt động tinh thần và sự lo lắng.
• Sóng gamma (>30 Hz): Gắn liền với xử lý thông tin cao cấp như trí nhớ, nhận thức và giải quyết vấn đề.

Ứng dụng của điện não đồ

EEG được sử dụng rộng rãi trong y học lâm sàng, nghiên cứu khoa học và công nghệ thần kinh:

• Chẩn đoán và theo dõi động kinh: EEG là công cụ chuẩn để phát hiện các dạng sóng bất thường (như sóng nhọn, sóng gai) đặc trưng cho động kinh. Tham khảo thêm tại Epilepsy Foundation.
• Rối loạn giấc ngủ: EEG là một phần không thể thiếu trong đa ký giấc ngủ (polysomnography), giúp đánh giá các giai đoạn ngủ và các bất thường như ngưng thở khi ngủ, rối loạn hành vi khi ngủ. Xem chi tiết tại Sleep Foundation.
• Hôn mê và chết não: EEG được sử dụng để đánh giá mức độ hoạt động điện của não, hỗ trợ xác định tình trạng chết não hoặc tiên lượng hôn mê.
• Chấn thương sọ não và đột quỵ: Giúp phát hiện vùng não bị ảnh hưởng, theo dõi quá trình hồi phục thần kinh.
• Đánh giá rối loạn tâm thần: Một số nghiên cứu cho thấy EEG có thể hỗ trợ trong chẩn đoán trầm cảm, tâm thần phân liệt và rối loạn tăng động giảm chú ý (ADHD).

Quy trình thực hiện EEG

Quy trình đo EEG thường diễn ra như sau:

1. Bệnh nhân được ngồi hoặc nằm thoải mái trong phòng yên tĩnh.
2. Kỹ thuật viên sẽ làm sạch da đầu và gắn khoảng 16–25 điện cực bằng gel dẫn truyền.
3. Bệnh nhân được yêu cầu thư giãn, nhắm mắt, tránh cử động hoặc nói chuyện.
4. Một số thao tác như thở sâu, nhìn ánh sáng nhấp nháy hoặc ngủ ngắn có thể được yêu cầu để kích thích phản ứng não.

Thời gian ghi EEG thông thường là 20–40 phút, nhưng có thể kéo dài đến 24–72 giờ trong các trường hợp cần theo dõi liên tục.

Hạn chế của EEG

Dù có nhiều ưu điểm như không xâm lấn, chi phí thấp và dễ triển khai, EEG cũng tồn tại những hạn chế:

• Không có khả năng xác định chính xác vị trí sâu trong não (do độ phân giải không gian thấp).
• Dễ bị nhiễu do hoạt động cơ (như nháy mắt, nhai, cử động đầu) hoặc nhiễu từ môi trường xung quanh.
• Khó diễn giải đối với các sóng bất thường không điển hình hoặc kết quả bình thường trong các bệnh lý có triệu chứng rõ ràng.

EEG hiện đại và xu hướng mới

Với sự phát triển của công nghệ, EEG đang dần chuyển mình sang các ứng dụng cao cấp:

• EEG di động: Các thiết bị EEG không dây, nhẹ, tiện dụng phục vụ cho theo dõi tại nhà hoặc nghiên cứu ngoài phòng thí nghiệm.
• Kết hợp EEG với hình ảnh học thần kinh: Phối hợp với MRI chức năng (fMRI), PET để định vị và phân tích sâu hơn về hoạt động não bộ. Tham khảo thêm tại Johns Hopkins Medicine.
• BCI (Brain-Computer Interface): Ứng dụng EEG trong giao tiếp giữa não và thiết bị kỹ thuật số, hỗ trợ người tàn tật điều khiển máy tính, xe lăn hoặc tay máy chỉ bằng ý nghĩ.
• Trí tuệ nhân tạo trong phân tích EEG: Các mô hình học máy được sử dụng để tự động phát hiện bất thường, phân loại dạng sóng và dự báo động kinh.

Phân tích tín hiệu EEG

Sóng EEG là tín hiệu phi tuyến và phi định trạm, do đó các công cụ toán học được sử dụng để phân tích bao gồm:

• Biến đổi Fourier: Phân tích tín hiệu theo tần số. Công thức:

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

• Biến đổi Wavelet: Thích hợp cho tín hiệu thay đổi theo thời gian, phân tích theo cả thời gian và tần số.
• Phân tích ICA (Independent Component Analysis): Giúp tách nhiễu ra khỏi tín hiệu EEG nguyên bản.

Kết luận

Điện não đồ là một công cụ nền tảng trong nghiên cứu và chẩn đoán hoạt động não bộ. Với khả năng ghi nhận tín hiệu thần kinh theo thời gian thực, chi phí thấp và độ an toàn cao, EEG vẫn giữ vai trò trung tâm trong lâm sàng và tiếp tục được mở rộng sang các ứng dụng công nghệ cao như trí tuệ nhân tạo và điều khiển não - máy. Trong tương lai, sự kết hợp giữa EEG và các công nghệ mới sẽ giúp hiểu rõ hơn về não bộ và mở ra các hướng điều trị tiên tiến cho các rối loạn thần kinh.