10-20-System im EEG

Wie EEG-Technologen die Kopfhaut für die Platzierung von Elektroden ausmessen

Bevor eine Elektrode die Haut berührt, müssen vier Orientierungspunkte am Schädel von Hand lokalisiert werden. Dies sind das Nasion, die kleine Vertiefung an der Nasenwurzel, wo die Stirn auf die Nase trifft; das Inion, der knöcherne Vorsprung am Hinterhaupt, wo der Schädel auf den Nacken trifft; und zwei präaurikuläre Punkte, die kleinen Vertiefungen direkt vor jedem Gehörgang, einer auf der linken und einer auf der rechten Seite.

Alle vier Punkte sind palpabel, was bedeutet, dass sie allein durch Berührung ertastet werden können. Aus diesem Grund funktioniert das System auch ohne bildgebende Geräte zuverlässig.

Sobald diese Orientierungspunkte identifiziert sind, misst der Technologe den Abstand vom Nasion zum Inion mit einem flexiblen Maßband, das direkt entlang der Mittellinie der Kopfhaut angelegt wird und der Kurve des Kopfes von vorne nach hinten folgt. Diese einzelne Messung wird zum Referenzabstand für jede von vorne nach hinten verlaufende (sagittale) Elektrodenposition.

Separat wird auch der Abstand zwischen den beiden präaurikulären Punkten gemessen, aber diesmal verläuft das Band über den Vertex, den höchsten Punkt am Oberkopf, und zieht eine Linie von Ohr zu Ohr. Diese zweite Messung definiert die horizontale (koronare) Achse des Gitters.

Die Ursprünge und der Zweck des 10-20-Systems

Der Name „10-20“ bezieht sich darauf, wie die beiden Referenzabstände aufgeteilt werden. Die Elektrodenreihen sind in Abständen angeordnet, die entweder 10 % oder 20 % des gesamten gemessenen Abstands entsprechen.

Ausgehend vom Nasion entlang der Mittellinie liegt die erste Elektrodenmarkierung bei 10 % des Nasion-Inion-Abstands, wodurch ein Punkt namens Fpz lokalisiert wird. Von dort aus wird jede nachfolgende Markierung 20 % weiter entlang der Linie platziert, vorbei an den Positionen Fz, Cz, Pz und schließlich bei Oz, das 10 % über dem Inion liegt.

Zusammengerechnet ergeben 10 % plus viermal 20 % plus finale 10 % insgesamt 100 %, was dem gesamten Nasion-Inion-Abstand entspricht. Dieselbe Logik der Intervalle von erst 10 % und dann 20 % wird auf die von Ohr zu Ohr verlaufende Querlinie und dann erneut um den gesamten Kopfumfang herum angewendet, wodurch ein vollständiges Gitter anstelle von nur zwei sich kreuzenden Linien entsteht.

Verständnis der Nomenklatur des EEG-10-20-Systems

Jede Position auf dem 10-20-Gitter erhält einen Namen, der sich aus einem Buchstaben und einer Zahl zusammensetzt.

Der Buchstabe kennzeichnet die allgemeine Gehirnregion, die sich unter dieser Stelle der Kopfhaut befindet, während die Zahl angibt, wie weit links oder rechts von der Mittellinie sich diese Elektrode befindet. Ungerade Zahlen liegen immer auf der linken Kopfseite, gerade Zahlen auf der rechten, und der Buchstabe „z“ (für Zero/Null) kennzeichnet alles, was sich direkt auf der Mittellinie befindet.

Die regionalen Buchstaben gliedern sich wie folgt:

• Fp, für frontopolar, markiert Stellen nahe der Stirn und dem vordersten Teil der präfrontalen Region.

• F, für frontal, deckt den breiteren Bereich des Frontallappens hinter der Stirn ab.

• C, für zentral (central), liegt über dem Kortexstreifen, der an Bewegung und Empfindung beteiligt ist.

• P, für parietal, deckt den oberen hinteren Teil des Schädels ab.

• O, für okzipital, ganz hinten am Kopf in der Nähe der visuellen Verarbeitungsbereiche.

• T, für temporal, über den Seiten des Kopfes oberhalb der Ohren.

• A, für aurikulär, bezieht sich auf die Ohrläppchen selbst, die häufig als neutrale Referenzpunkte und nicht als aktive Ableitungsstellen verwendet werden.

Die Anwendung dieses Kennzeichnungsschemas auf das gesamte Messgitter ergibt eine Standardanordnung von 21 Elektrodenstellen, die nach wie vor das Rückgrat der klinischen Routine-EEG-Diagnostik bildet.

Übersicht über die EEG-Elektrodenplatzierung im 10-20-System

Eine effektive EEG-Untersuchung erfordert eine sorgfältige Platzierung der Elektroden, um sicherzustellen, dass jeder Bereich der Kopfhaut angemessen abgedeckt ist. Unterschiedliche Zielregionen bestimmen oft, welche Elektroden-Untergruppen während der Sitzung priorisiert werden.

Das Verständnis dieser spezifischen Gruppen hilft dabei, während der gesamten Aufzeichnung eine hohe Signalqualität aufrechtzuerhalten.

Frontale (F) Elektroden

Frontale Elektroden werden über dem Vorderhirn positioniert und spielen oft eine entscheidende Rolle bei der Erfassung von Aktivitäten, die mit höheren kognitiven Funktionen und der Bewegungsplanung zusammenhängen. Durch die korrekte Platzierung dieser Sensoren können Ärzte Muster im Zusammenhang mit verschiedenen Bewusstseinszuständen und potenziellen neurophysiologischen Anomalien überwachen. Diese Stellen sind für die Messung der Frontallappenfunktion in vielen verschiedenen diagnostischen Szenarien unerlässlich.

Temporale (T) Elektroden

Temporale Elektroden werden an der Schläfenseite des Kopfes platziert und decken Regionen ab, die für die Sprachverarbeitung, das Gedächtnis und die emotionale Regulierung von entscheidender Bedeutung sind. Da sich diese Bereiche nahe der Schädelbasis befinden, ist eine korrekte Platzierung erforderlich, um Muskelartefakte vom Kiefer oder Nacken zu vermeiden. Diese präzise Positionierung ist für die Untersuchung der elektrischen Signaturen im Schläfenlappen von entscheidender Bedeutung.

Parietale (P) Elektroden

Parietale Sensoren befinden sich oben und an den Seiten der Kopfhaut, hinter dem Sulcus centralis, und konzentrieren sich auf sensorische Integration und räumliche Wahrnehmung. Diese Elektroden interagieren häufig mit umliegenden Ableitungen, um ein umfassenderes Bild der Kommunikation zwischen verschiedenen funktionellen Gehirnregionen zu liefern. Durch die Platzierung in prozentualen Abständen wird die räumliche Integrität im Verhältnis zu den frontalen und okzipitalen Ableitungen gewahrt.

Okzipitale (O) Elektroden

Okzipitale Ableitungen bestehen aus Elektroden, die ganz hinten auf der Kopfhaut über den visuellen Verarbeitungszentren platziert werden. Diese Knoten reagieren highly sensitiv auf visuelle Reize sowie das Öffnen oder Schließen der Augen, was charakteristische Alphawellen erzeugt. Eine korrekte Messung, die sicherstellt, dass diese 10 % über dem Inion liegen, ist für eine genaue Beurteilung der Aktivität der visuellen Rinde unerlässlich.

Warum das 10-20-System jedem EEG-Montage- und fortschrittlichen Mapping-Verfahren zugrunde liegt

Sobald die 21 Standardstellen markiert sind, wählen klinische EEG-Technologen Untergruppen davon aus, um eine sogenannte „Montage“ zu erstellen. Dies ist schlicht eine organisierte Ansicht der elektrischen Signale, die von einer ausgewählten Gruppe von Elektroden stammen.

Unterschiedliche EEG-Montagen werden je nachdem ausgewählt, was ein Arzt zu beobachten versucht, aber jede von ihnen greift auf dasselbe zugrundeliegende 10-20-Gitter zurück. Dieses gemeinsame Fundament garantiert, dass ein Technologe in einem Krankenhaus und ein Forscher in einem anderen Land die gleichen allgemeinen anatomischen Zonen untersuchen, unabhängig von Unterschieden in Kopfgröße oder -form zwischen ihren jeweiligen Patienten.

Das 10-20-Gitter fungiert auch als Basisschicht für weitaus detailliertere Positionierungssysteme, die verwendet werden, wenn eine höhere räumliche Auflösung erforderlich ist, wie beispielsweise in Forschungsumgebungen, die sich auf die Lokalisierung von Signalquellen konzentrieren. Das 10-10-System unterteilt das ursprüngliche Gitter weiter, um 81 statt 21 Elektrodenpositionen zu erhalten, und das 10-5-System erweitert diese Unterteilung noch weiter, was zu über 300 möglichen Stellen führt.

Trotz der höheren Dichte bleiben beide erweiterten Systeme an dieselbe ursprüngliche prozentuale Logik verankert. Dies bedeutet, dass ein Forscher heute eine Elektrode des 10-5-Systems immer noch problemlos mit jahrzehntelanger klinischer Fachliteratur in Beziehung setzen kann, die vollständig auf dem älteren, einfacheren 10-20-System aufbaut.

Dasselbe Koordinatensystem hat sich auch zur Standard-Targeting-Methode bei nicht-invasiven Hirnstimulationsverfahren entwickelt, einschließlich der transkraniellen Magnetstimulation (TMS) und der transkraniellen Gleichstromstimulation (tDCS). Bei diesen Verfahren werden die 10-20-Orientierungspunkte verwendet, um zu entscheiden, wo eine Stimulationsspule oder ein Elektrodenpad physisch auf der Außenseite des Kopfes platziert werden soll, mit dem Ziel, die Aktivität in einer bestimmten Kortexregion unterhalb dieser Stelle auf der Kopfhaut zu beeinflussen.

Was wissenschaftliche Erkenntnisse über die Grenzen des kopfhautbasierten Targetings sagen

Es wird oft angenommen, dass das 10-20-System eine nahezu Eins-zu-eins-Entsprechung zwischen einem markierten Punkt auf der Kopfhaut und einer bestimmten darunter liegenden Kortexwindung bietet, und dass diese Präzision nach kurzer Einarbeitung leicht zu erreichen ist. Die verfügbare Forschung liefert hier ein differenzierteres Bild.

Eine Studie von Rick et al. aus dem Jahr 2019 untersuchte, wie zuverlässig angehende Untersucher C3 und C4 lokalisieren konnten – die Standard-10-20-Stellen, die zur Bestimmung des primären motorischen Kortex für die tDCS verwendet werden. Zwei Untersucher, die jeweils eine zweistündige Einweisung von einem registrierten Neurodiagnostik-Techniker erhalten hatten, massen diese Punkte bei 25 erwachsenen Teilnehmern aus.

Die resultierende Inter-Rater- und Intra-Rater-Zuverlässigkeit, berechnet anhand des Intraklassen-Koeffizienten, schnitt lediglich mit „gering bis mäßig“ ab. Der absolute Abstand zwischen den markierten Punkten betrug, ob beim Vergleich von zwei verschiedenen Untersuchern oder demselben Untersucher an zwei verschiedenen Tagen, unter 1,0 Zentimeter.

Das mag vernachlässigbar klingen, aber die Autoren der Studie warnen ausdrücklich davor, dass selbst eine Abweichung im Subzentimeterbereich bei Patienten, deren Gehirnstruktur durch eine Läsion oder andere anatomische Veränderungen verändert wurde, klinisch ins Gewicht fallen kann. Eine Fehlermarge, die bei einem gesunden Freiwilligen harmlos ist, ist bei einem Schlaganfallpatienten, der sich einer gezielten Stimulationstherapie unterzieht, nicht automatisch harmlos.

Darüber hinaus zeigt eine separate Studie von Kakisaka et al. eine andere Art von Einschränkung auf. Die Forscher verglichen ein Oberflächen-EEG, das unter Verwendung der Standard-10-20-Platzierung mit einigen zusätzlichen temporalen Elektroden aufgezeichnet wurde, mit der Magnetoenzephalographie (MEG) sowie mit intrakraniellen Ableitungen, die direkt aus dem Inneren des Gehirns stammten und als Goldstandard für die Erkennung von Anfallsaktivitäten dienten.

Bei einem Patienten, dessen Epilepsie vom lateralen Schläfenlappen ausging, erfasste das Oberflächen-EEG null Prozent der Spikes, deren Vorhandensein durch die intrakranielle Aufzeichnung bestätigt wurde, während das MEG 55 % erfasste. Die Erklärung lag in der Ausrichtung der elektrischen Quelle selbst: Die Spikes wurden von einer Quelle erzeugt, die fast tangential, also seitlich, zur Kopfhautoberfläche ausgerichtet war – eine Geometrie, für deren Erfassung Oberflächenelektroden schlecht geeignet sind.

Bei einem zweiten Patienten, dessen Epilepsie in der Insula lag – einer Region, die tiefer im Gehirn verborgen ist –, erreichte die Sensitivität des Oberflächen-EEGs 44 %, während das MEG 83 % erreichte. Diese Zahlen zeigen, dass selbst eine fehlerfrei angelegte 10-20-Montage echte elektrische Aktivität verfehlen kann – nicht aufgrund von Messfehlern, sondern aufgrund der physischen Richtung, in die sich das Signal relativ zur Kopfhaut ausbreitet.

Zusammengenommen weisen diese Erkenntnisse auf eine konsistente Schlussfolgerung hin. Das 10-20-System ist eine äußerst nützliche gemeinsame Sprache für die Elektrophysiologie, wurde jedoch nie dafür konzipiert, eine millimetergenaue kortikale Präzision oder eine gleichmäßige Sensitivität für jede mögliche Signalquelle zu garantieren. Seine Stärke liegt in der Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit zwischen verschiedenen Laboren und Studien, nicht darin, als Ersatz für eine individuelle Bildgebung des Gehirns zu dienen, wenn diese Präzision tatsächlich erforderlich ist.

Warum das 10-20-System-EEG in der klinischen Praxis wichtig ist

Das 10-20-System dient als universelle Sprache für Neurologen und Forscher weltweit. Da es auf anatomischer Proportionalität beruht, können Kliniker eine Untersuchung am selben Patienten Wochen oder Monate später zuverlässig wiederholen, um Veränderungen zu überwachen. Diese zeitliche Konsistenz ist von entscheidender Bedeutung, um das Fortschreiten neurologischer Erkrankungen zu verfolgen oder die Wirksamkeit von Langzeitbehandlungen ohne störende räumliche Abweichungen zu bewerten.

Über die einfache Reproduzierbarkeit hinaus ermöglicht diese Architektur die Anwendung hochentwickelter mathematischer Montagen, die auf standardisierten Elektrodenpositionen basieren. Wenn Daten über dieses starre System gesammelt werden, können Analysten das Signal in verschiedene Ansichten umwandeln, wie beispielsweise das Laplacian Montage EEG, um sich auf die lokale Stromdichte statt auf das globale Potenzial zu konzentrieren. Diese Vielseitigkeit ermöglicht es, aus einer einzigen Standardaufzeichnung je nach spezifischer Forschungsfrage oder diagnostischem Ziel mehrere Erkenntnisse zu gewinnen.

Darüber hinaus erleichtert das System die Erstellung normativer Datenbanken, die für die Identifizierung abnormaler elektrischer Hirnmuster unerlässlich sind. Durch den Vergleich einer individuellen Messung mit einem kuratierten Bevölkerungsstandard können medizinische Teams primäre neurologische Signaturen von Rauschen unterscheiden.

Fazit

Das 10-20-System bleibt ein unverzichtbarer Rahmen in der Diagnostik und liefert die Struktur, die für eine genaue und reproduzierbare Messung der Gehirnaktivität in den Neurowissenschaften erforderlich ist. Durch die Einhaltung dieser standardisierten Intervalle stellen Praktiker sicher, dass die Daten über Sitzungen und Personen hinweg vergleichbar sind, und schlagen so die Brücke zwischen rohen biologischen Signaturen und klaren klinischen Erkenntnissen.

Literatur

1. Rich, T. L., & Gillick, B. T. (2019). Electrode placement in transcranial direct current stimulation—how reliable is the determination of C3/C4?. Brain sciences, 9(3), 69. https://doi.org/10.3390/brainsci9030069

2. Rusjan, P. M., Barr, M. S., Farzan, F., Arenovich, T., Maller, J. J., Fitzgerald, P. B., & Daskalakis, Z. J. (2010). Optimal transcranial magnetic stimulation coil placement for targeting the dorsolateral prefrontal cortex using novel magnetic resonance image‐guided neuronavigation (Vol. 31, No. 11, pp. 1643-1652). Hoboken: Wiley Subscription Services, Inc., A Wiley Company. https://doi.org/10.1002/hbm.20964

3. Kakisaka, Y., Alkawadri, R., Wang, Z. I., Enatsu, R., Mosher, J. C., Dubarry, A. S., ... & Burgess, R. C. (2013). Sensitivity of scalp 10‐20 EEG and magnetoencephalography. Epileptic disorders, 15(1), 27-31. https://doi.org/10.1684/epd.2013.0554

Häufig gestellte Fragen

Was ist das internationale 10-20-System?

Das internationale 10-20-System ist eine standardisierte Methode zur Platzierung von EEG-Elektroden auf der Kopfhaut, damit deren Positionen bei verschiedenen Personen und Aufzeichnungssitzungen konsistent sind. Es nutzt proportionale Messungen zwischen festen Schädel-Orientierungspunkten, um ein skalierbares Gitter zu erstellen. Dadurch wird sichergestellt, dass unabhängig von der Kopfgröße oder -form dieselben zugrundeliegenden Hirnregionen erfasst werden.

Wie werden die Elektrodenpositionen mit dem 10-20-System bestimmt?

Ein Technologe lokalisiert zunächst vier tastbare Orientierungspunkte: das Nasion, das Inion und die beiden präaurikulären Punkte. Die Abstände zwischen diesen Orientierungspunkten entlang der Mittellinie und zwischen den Ohren werden mit einem flexiblen Band gemessen, und anschließend werden die Elektrodenreihen in Abständen von 10 % oder 20 % dieser Gesamtabstände markiert.

Was bedeuten die Buchstaben und Zahlen in den Elektrodenbezeichnungen?

Der Buchstabe in einer Bezeichnung gibt die grobe Gehirnregion unter dieser Stelle der Kopfhaut an (z. B. F für frontal, C für zentral, O für okzipital). Die Zahl gibt an, wie weit links oder rechts von der Mittellinie sich die Elektrode befindet, wobei ungerade Zahlen links, gerade Zahlen rechts liegen und „z“ (Zero/Null) die Mittellinie markiert.

Warum ist das 10-20-System für EEG-Vergleiche unerlässlich?

Da jedes Labor dieselben Messregeln befolgt, erfassen Aufzeichnungen von verschiedenen Personen oder von derselben Person an verschiedenen Tagen dieselben allgemeinen kortikalen Bereiche. Diese Reproduzierbarkeit ermöglicht es Klinikern und Forschern überhaupt erst, Ergebnisse zuverlässig zu vergleichen.

Wie unterstützt das 10-20-System die nicht-invasive Hirnstimulation?

Verfahren wie die transkranielle Magnetstimulation (TMS) und die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) nutzen die 10-20-Orientierungspunkte, um Spulen oder Elektroden über den ungefähren Hirnzielen zu positionieren. Beispielsweise werden die Stellen C3 oder C4 herkömmlicherweise verwendet, um den motorischen Kortex zu stimulieren, während F3 oder F5 auf den dorsolateralen präfrontalen Kortex abzielen können.

Welche bekannten Einschränkungen hat das 10-20-System?

Die Messgenauigkeit hängt von der Ausbildung des Untersuchers ab, und selbst kleine Platzierungsfehler können eine Rolle spielen, wenn die Gehirnanatomie durch Verletzungen oder Krankheiten verändert ist. Darüber hinaus können Oberflächenelektroden elektrische Signale übersehen, die sich seitlich ausbreiten oder tief im Gehirn entstehen, schlicht aufgrund der Richtung, in die sich das Signal ausbreitet.

Was sind die 10-10- und 10-5-Systeme?

Dies sind dichtere Erweiterungen des ursprünglichen 10-20-Gitters für Situationen, die eine höhere räumliche Auflösung erfordern. Das 10-10-System unterteilt die ursprünglichen Stellen weiter, um 81 Elektrodenpositionen zu erhalten, während das 10-5-System dies weiter auf über 300 Positionen verfeinert. Beide basieren auf derselben prozentualen Logik.

Ist das 10-20-System präzise genug für alle Anforderungen der Hirnstimulation?

Das System gewährleistet eine konsistente Platzierung zwischen verschiedenen Probanden, bietet jedoch keine millimetergenaue Übereinstimmung mit einzelnen kortikalen Windungen. Wenn eine exakte Positionierung entscheidend ist, bietet die MRT-gestützte Neuronavigation eine höhere Präzision, wenngleich das 10-20-System der Standard bleibt, wenn solche Werkzeuge nicht verfügbar sind.