正常成人腦電圖波形

正常成人腦電圖波形的快速篩查方法

這項任務看似非常簡單：看一眼原始腦電圖 (raw EEG)頁面，並判斷其圖樣是否正常。

最初的印象依賴於「完形（格式塔）」，即一種波形流暢、保持一致的振幅並在左右兩側互為鏡像的感覺。當經驗豐富的讀圖者感覺到不協調時，通常是因為其中一個全局特性違反了預期。

以下框架將這種完形拆分為四個具體的檢查步驟。例如，一個大腦半球突然出現振幅下降，也會影響對稱性。非正弦形態則會同時改變振幅和反應性的表現。

這四個特徵起到了協同過濾的作用，而逐一檢查這些特徵的過程有助於防止腦電圖解讀中最常見的錯誤：將良性變異或偽跡 (artifact)過度解讀為病理性病變。

此基準最適用於成人的常規清醒記錄。兒童腦電圖 (Pediatric EEGs)、睡眠研究以及用於捕捉癲癇發作的延長監測涉及額外的波形和發育圖樣，超出了本文討論的範圍。

即使在清醒的成人人群中，本文所述的數值閾值和視覺規則也不是源自大規模對照試驗。它們是從數十年的臨床觀察累積中得出的，並在神經科學 (neuroscience)培訓計劃中被廣泛教授。

1. 為什麼正常的腦電圖看起來具有節律性

解讀者首先注意到的特徵是波形的整體形狀。在典型的清醒腦電圖 (EEG)中，軌跡表現為一條連續、波動的線，平緩地振盪，其曲線看起來像起伏的丘陵，而不是鋸齒狀的山峰。

尖銳的三角形棘波、平坦的無活動期或高度複雜、不規則的扭曲會立即引起懷疑。但是，為什麼正常的默認狀態是大致的正弦形態？答案在於一種被稱為空間同步的現象。

頭皮電極並不記錄單個細胞的放電。每個電極收集的是數百萬個神經元在皮質區域內以協調、有節律的方式放電的總和活動。

當大群神經元一起振盪時，它們的集體電場就會融合。Schaworonkow & Nikulin 通過模擬證實，這種空間混合具有顯著的平滑效果。

即使底層的神經元活動包含尖銳的、非正弦波形，頭皮上多個來源的混合過程也往往會產生「通常呈正弦形狀」的振盪。用他們的話來說，空間同步可以「掩蓋底層節律性神經元過程的非正弦特徵。」

我們看到的腦電圖不是原始的神經信號，而是經過空間過濾的合成信號，這種過濾有利於呈現更平滑、更像正弦波的外觀。

因此，解讀者可以將視覺上平滑、有節律的輪廓視為正常清醒記錄的預期默認狀態。如果軌跡偏離為尖銳、棘狀或複雜的形態，可考慮以下三種可能性：

1. 該波形可能代表打破正弦規則的正常變異

2. 它可能是來自肌肉或電極移動的偽跡

3. 它可能確實表明異常的皮質放電。

基準工作的目的是標記該偏差，而不是確定其原因。Amin et al. 通過列舉幾種「容易被誤解為異常」的正常圖樣，強調了這一點的重要性，正是因為它們破壞了預期的正弦流動。

wicket棘波、小尖棘波和瞌睡時的節律性顳葉中部θ波都表現為短暫的、尖銳的或不規則的波形，這可能會讓未經訓練的人感到驚慌。認識到全局形態檢查只是第一道警報，而不是最終診斷，可以防止許多錯誤分類。

正弦啟發式方法 (heuristic)提供了必要的對比：當波形看起來呈鋸齒狀時，請停頓下來並與已知變異進行比較。

2. 解讀腦電圖振幅：20–100 µV 指南

接下來，眼睛會自然地測量波幅的大小。正常成人腦電圖振幅的常用傳統範圍是 20 到 100 微伏（由波峰測量至波谷）。

持續低於 20 µV 的軌跡表明皮質信號衰減，或存在高電極阻抗等技術問題。持續高於 100 µV 的軌跡可能反映了皮質高度興奮狀態、偽跡，或者僅僅是異常同步的神經元群體。這個窗口是一個啟發式標準，其支持證據比簡單的電壓標準所暗示的更為複雜。

Schaworonkow & Nikulin 強調了一個主要的干擾因素，即頭皮上記錄的振幅並非單個神經產生器強度的直接度量。相同神經活動產生較大或較小的頭皮電位，取決於底層來源的空間同步程度。

如果數百萬個神經元同步放電，它們的電場就會產生建設性干涉，從而產生較大的振幅。如果相同數量的神經元放電時帶有輕微的時間抖動，破壞性干涉就會降低頭皮信號。

因此，「頭皮上記錄的絕對振幅受到空間同步程度以及多個皮質來源混合的強烈影響。」 120 µV 的讀數可能並不表示病理學改變；它可能只是反映了異常緊密的同步性。相反，15 µV 的讀數並不一定證明皮質受到抑制；它可能源於信號抵消。

此外，Amin et al. 警告說，以振幅為中心的過度解讀是一個真正的危險。幾種正常變異會產生超過 100 µV 的電壓峰值，包括過度換氣引起的減慢和某些睡眠圖樣。

相反，一些異常放電也可能落在 20–100 µV 的窗口內。振幅指南在與其他基準特徵一起考慮時最為有用。

在所有通道中呈正弦波但振幅為 10 µV 的波形，與其說是腦部病變，不如說更提示技術性記錄問題。而 150 µV、對稱且對睜眼有反應的波形，則可能是良性的高電壓正常變異。

彈性應用 20–100 µV 的範圍，並始終交叉引用波形的節律和對稱性，可將振幅從生硬的閾值轉變為情境線索。

3. 雙側對稱性：預期腦電圖的半球均等性

正常成人腦電圖在頭部左右兩側應顯示出大致的對照關係。在比較同源電極部位（例如左右額導聯）時，其形態、振幅和整體節律應顯得相當。明顯的不對稱，即一個大腦半球持續產生較高電壓或無序活動而另一側則不然，提示可能存在需要進一步檢查的局灶性干擾。

然而，對稱並非絕對。Amin et al. 指出了幾種自然會產生偏側化或不對稱圖樣的正常變異。mu 節律 (mu rhythm) 是一種常見於清醒狀態的中央節律，可以呈單側或不對稱，而不具有任何病理學意義。

類似地，「老年人顳葉減慢」可表現為一個顳區上的局灶性慢波，並被認為是與年齡相關的良性發現，而非癲癇灶。即使是枕導聯優勢節律（閉眼時看到的類 alpha 活動），在完全健康的人中，大腦半球之間的振幅差異也可能高達 50%。

這些已知的不對稱意味著解讀者不能簡單地將任何左右差異標記為異常。

實用的方法通常包括應用兩步過濾。首先，評估整體背景節律（主導的連續活動）在頻率和一般形狀上是否顯得對稱。如果通過了這一點，則需更仔細地檢查任何局灶性不對稱。

它們是短暫的還是持續的？它們是否符合已知正常變異的拓撲結構？

例如，在背景活動完好的老年患者中，局限於顳導聯的不對稱可能指向良性顳葉減慢，而不是急性病變。因此，關鍵是要認識到對稱性是一項指南，而不是法律，正常的大腦有能力產生無害的半球差異。

當觀察到不對稱時，下一個問題始終是：這是否與正常變異目錄中記錄的圖樣相匹配？

4. 腦電圖對睜眼和過度換氣的反應性

除了靜息軌跡外，據報導正常的清醒腦電圖必須對環境做出反應。標準測試包括兩個簡單的動作：睜眼和三分鐘的過度換氣。

當閉眼的人睜開眼睛時，視覺處理的行為通常會抑制枕導聯優勢節律。枕區上的波形變平，隨著大腦從空閒、內部關注的狀態轉變為外部參與的模式，振幅隨之降低。

相反，在過度換氣期間，腦電圖通常會出現泛化性減慢，波形變得更寬，主導節律向更低的頻率移動。這些變化表明皮質並非固定在單一的振盪圖樣中，而是動態適應的。

觀察反應性提供了一個關鍵的功能窗口。完全靜態的腦電圖，即無論患者睜眼還是閉眼看起來都完全相同，提示正常的 neural 靈活性喪失。這可能是由於瀰漫性腦病、鎮靜作用或技術故障所致。

但在得出大腦無反應的結論之前，解讀者必須排除偽跡。Urigüen and Garcia-Zapirain 解釋說，在這些激活程序中，眼電、肌電和心電偽跡會嚴重污染腦電圖。

睜眼會因眼球運動而產生巨大的額部偽跡。過度換氣會促使頭皮和頸部產生節律性肌肉緊張，從而產生可能模擬大腦減慢的肌電圖 (EMG) 干擾。關鍵技能在於區分大腦產生的電壓的真實變化與運動引起的電噪聲。

此外，作者指出，在事先不知道這些污染物的情況下，最安全的計算方法是使用獨立成分分析 (independent component analysis)方法，如二階盲識別 (SOBI)，將大腦信號與偽跡分離。然而，在視覺、實時的臨床篩查中，解讀者必須依賴圖樣識別：真正的大腦反應性表現為進行中節律的漸進、廣泛變化，而偽跡通常具有與肌肉活動或眨眼相關的更尖銳、更局灶且公式化的外觀。

因此，基準檢查包括確認全局波形隨動作做出適當的改變，然後驗證該改變不是簡單的污染。如果枕部振幅抑制與可見的眨眼偽跡同時出現，解讀者就不能信任它。如果過度換氣期間的泛化性減慢伴有額部優勢的肌棘波，則減慢可能是虛假的。

因此，識別腦電圖偽跡是評估反應性不可分割的一部分。如果沒有這種交叉檢查，反應性測試就會失去其診斷價值。

正常腦電圖波形中的偽跡與正常變異

基準腦電圖篩查最危險的結果是過度解讀。例如，根據良性變異告訴一個健康的人他們患有癲癇，或者因為偽跡掩蓋了軌跡而漏掉了真實的異常。

Amin et al. 坦率地指出了這個問題：「過度解讀腦電圖是導致癲癇誤診的重要原因。」本文所述的基準框架旨在將這種風險降至最低，但如果解讀者不主動尋找偽跡和正常變異，其保護作用就會崩潰。

Urigüen and Garcia-Zapirain 提供了廣泛的審查，強調了三個主要的生理來源：

1. 眼電（眼球運動）

2. 肌電（來自頭皮和面部肌肉的 EMG）

3. 心電（EKG 脈搏偽跡）

Amin et al. 進一步將偽跡分為生理性（來自身體）和外源生理性（來自設備、電極、手機，甚至心臟起搏器等植入式設備）。這些外來信號會扭曲全局形態、放大振幅、破壞對稱性，並模擬或掩蓋反應性。

例如，肌肉偽跡會產生高頻、棘狀的波形，看起來驚人地像癲癇放電。眼球外展運動會產生緩慢、起伏的波，類似於局灶性皮質慢波。

在對正常性做出任何最終判斷之前，解讀者必須考慮到這些污染物。因此，視覺識別仍然至關重要；了解額導聯中 EKG 偽跡的外觀或過度換氣期間肌肉緊張的表現是不可妥協的。正如 Urigüen and Garcia-Zapirain 所指出的，像 SOBI 這樣的算法可以在計算上隔離這些偽跡，但臨床基準篩查通常是在原始數據上進行的，必須由人眼進行過濾。

正常變異是第二個陷阱。這些腦電圖圖樣在腦電圖學 (electroencephalography)的早期階段最初被認為是異常的，但現在被公認為是良性的。

根據所討論的研究，以下是幾種經常愚弄解讀者的圖樣：

• Wicket 棘波（最常被過度讀取的圖樣）

• 小尖棘波

• 瞌睡時的節律性顳葉中部θ波

• 6 Hz 幻影棘慢波 (phantom spike-wave)

• 成人亞臨床節律性癲癇樣放電 (SREDA)

• 其他

其中每一種都可能違反正弦基準、產生電壓尖峰或造成局灶性不對稱。

例如，小尖棘波是輕度睡眠期間出現的短暫、雙相瞬態波，看起來像癲癇樣放電，但與癲癇發作無關。如果解讀者機械地應用四個基準檢查——看到一個非正弦棘波，具有高振幅、局灶性不對稱——他們可能會錯誤地將該腦電圖標記為異常。

因此，保障措施是熟悉這些圖樣，因為基準必須與這些已知冒牌貨的心理目錄相輔相成。只有排除了偽跡和正常變異，波形才能被放心地稱為正常。

為什麼紮實的腦電圖基準對準確的大腦評估至關重要

這四項視覺檢查——平滑的節律形狀、20–100 微伏的振幅、左右對稱性以及對睜眼的反應性——是作為一個相互關聯的過濾器，而不是一套生硬的規則。當其中一個特徵看起來不對勁時，其他特徵就需要更仔細地觀察，並且必須立即開始尋找偽跡和良性相似物。解讀腦電圖的最大風險是將健康人的大腦活動稱為有病，這一錯誤加劇了癲癇的廣泛誤診。

這個支架故意是不完整的，將頻率分析 (frequency analysis)、睡眠分期和專業測試留給更深層次的專業知識。然而，其真正的價值在於由臨床傳統和生理學推理引導的圖樣識別，而不是固定在特定數字上的電壓表。

通過首先確認全局軌跡落在預期邊界內，解讀者可以以大得多的信心和安全性，繼續解答關於大腦電活動的更難問題。

參考文獻

1. Schaworonkow, N., & Nikulin, V. V. (2019). Spatial neuronal synchronization and the waveform of oscillations: Implications for EEG and MEG. PLoS Computational Biology, 15(5), e1007055. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1007055

2. Amin, U., Nascimento, F. A., Karakis, I., Schomer, D., & Benbadis, S. R. (2023). Normal variants and artifacts: importance in EEG interpretation. Epileptic disorders, 25(5), 591-648. https://doi.org/10.1002/epd2.20040

3. Urigüen, J. A., & Garcia-Zapirain, B. (2015). EEG artifact removal—state-of-the-art and guidelines. Journal of neural engineering, 12(3), 031001.

常見問題

評估正常成人腦電圖時檢查哪些基本特徵？

正常成人腦電圖由四個一致的視覺特徵定義：有節律的正弦形態；振幅保持在 20–100 微伏範圍內；類似頭皮區域的大致雙側對稱；以及當患者睜眼或深呼吸時軌跡中明顯的全局變化。缺少這些特徵中的任何一個並不自動意味著有問題，但確實需要更仔細地觀察。

為什麼正常的腦電圖通常具有平滑、波浪狀（正弦）的形狀，而不是尖銳的棘波？

頭皮電極收集數百萬個神經元以協調方式放電的總和活動，而空間同步的過程將尖銳的、非正弦信號平滑為類正弦波的振盪。因此，視覺上平滑、有節律的輪廓是正常、清醒記錄的預期默認狀態。

成人腦電圖的正常振幅範圍是多少，如何測量？

正常成人腦電圖振幅通常介於 20 和 100 微伏之間（由波峰測量至波谷）。然而，這個範圍是一個啟發式標準，而不是嚴格的界限，實際記錄的振幅受到底層神經活動同步程度的影響，而不僅僅是產生器的強度。

為什麼評估大腦兩個半球之間的對稱性在腦電圖中很重要？

正常成人腦電圖應顯示出頭部左右兩側的大致對照關係，同源電極部位具有可比的形態、振幅和節律。明顯的不對稱可能指向局灶性干擾，但至關重要的是要了解某些正常變異（如 mu 節律）可以是不對稱或單側的，而並非病理性病變。

腦電圖通常對睜眼有何反應？為什麼這是一項關鍵測試？

當人睜開眼睛時，視覺處理通常會抑制枕導聯優勢節律，導致枕區上的腦電圖波形變平。這種反應性表明大腦正在動態適應其環境，因此完全無反應的腦電圖可能表明存在問題，但必須排除技術偽跡。

什麼是腦電圖反應性？為什麼它被認為是大腦的功能窗口？

腦電圖反應性是大腦對刺激或狀態變化（如睜眼或過度換氣）做出反應時，腦電波圖樣中產生的自然、可觀察到的變化。這是一項基本檢查，因為它表明皮質並非固定在單一圖樣中，而是能夠進行動態適應。

腦電圖中的「正常變異」是什麼？為什麼它們會帶來挑戰？

「正常變異」是良性的腦電波圖樣，看起來可能是異常的，但卻出現在健康人群中，並且它們可能違反正常腦電圖的典型基準規則。這些圖樣可能容易被誤解為癲癇等疾病的徵兆，因此解讀者必須認識它們以避免誤診，這至關重要。

為什麼在解讀腦電圖時需要擔心過度解讀？如何避免？

過度解讀——將正常活動定義為異常——會導致癲癇誤診，是腦電圖解讀中的一個主要風險。這可以通過主動尋找和解釋可能模擬異常的偽跡和正常變異，以及將四個基準特徵用作協同過濾器而不是絕對規則來避免。

腦電圖中可能混淆解讀的「偽跡」潛在來源有哪些？

偽跡是來自非大腦來源的腦電波圖樣，包括眼球運動、肌肉緊張和心臟活動，以及外部設備問題。這些會嚴重污染腦電圖並扭曲真實的大腦信號，使得難以判斷波形的真實形狀、振幅或對稱性，但可以通過其特徵圖樣進行識別和分離。