Ultradiane Periodik, Tages- und Jahresrhythmen im Elektroenzephalogramm

Abstract

The cerebral rhythms depictable by the EEG show fluctuations with several characteristic periodicities. The ultradian region with a range from several seconds to 20 hours is divided into three sections.

1. Pathological and physiological EEG-characteristics are influenced by physiological rhythms of 2-100 seconds. The EEG-complexes occurring with panencephalitis are dependent on breath frequency. Grouped dysrhythmias correlate with higher order blood pressure waves. Systematic changes of the basal activity caused by slow variations of direct voltage have been conjectured by Aladzhalova (1964) and confirmed by spectral analysis (Künkel et al. 1969).

2. Periods of 60-140 minutes with a medium cycle of approximately 90 minutes are typical for sleep, the phases of which are shown by the EEG and the recording of rapid eye movements (REM). The periodicity corresponding to the basic rest activity cycle can also be shown on the EEG in a state of awakeness.

3. Diurnal studies between sunrise and sunset showed frequency variations of some pathological EEG characteristics. The frequency of abnormal rhythms increased evenly from 8 am at 3.8% to 3 pm to 9.5%. Grouped dysrhythmias showed similar effects. As far as basal activity is concerned the occurrence of a diurnal peak of measurements in the alpha range and their maxima in the high frequency ultradian regions was noticeable.

4. Circadian studies with a periodicity of 24 (plus/minus 4) hours showed that the diurnal maxima of all frequency ranges occurred almost simultaneously, however, they contained temporal shifts due to their specific structure. The major pertinent differences were shown by frontal and temporobasal cerebral areas. Circadian studies of sleep phases of primates showed a maximum for delta activity at 1 am and for theta activity at 5 am.

5. As expected, circannual rhythms of hibernating animals can be observed on the EEG. they have also been discovered with humans by means of EEG measurements: by visually analyzing EEG results, systematic differences in the frequency of types of basal activity were noticed. Thus, Beta-EEGs with a medium frequency of 14% occurred in May with the frequency of Alpha-EEGs fluctuated in inverse proportion and was at its peak during summer. Conspicuous among pathological EEG characteristics were grouped dysrhythmias that occurred about twice as often in summer as in winter.

No generally valid cause can be assumed for the variety of rhythms.

Zusammenfassung

Die durch das EEG darstellbaren zerebralen Rhythmen lassen Schwankungen mit mehreren charakteristischen Periodenlängen erkennen. Der ultradiane Bereich mit Periodenlängen zwischen mehreren Sekunden und 20 Stunden gliedert sich in drei Bereiche:

1. Physiologische Rhythmen von 2-100 Sekunden beeinflussen pathologische und physiologische EEG-Merkmale. Die bei der Panenzephalitis auftretenden EEG-Komplexe sind atemfrequenzabhängig. Gruppierte Dysrhythmien zeigen eine Abhängigkeit von Blutdruckwellen höherer Ordnung, Systematische Änderungen der Grundaktivität wurden aufgrund langsamer Gleichspannungsänderungen von Aladzhalova (1964) vermutet und spektralanalytisch bestätigt (Künkel et al. 1969).

2. Perioden von 60-140 Minuten mit einer mittleren Periodenlänge von ca. 90 Minuten prägen den Schlaf, dessen Phasen durch das EEG und durch die Aufzeichnung von Augenbewegungen (REM) erfaßt werden (Kleitman 1969). Auch im Wach-EEG ist die dem ,,basic rest activity cycle" entsprechende Periodik nachweisbar.

3. Diurnale Untersuchungen zwischen Sonnenaufgang und Sonnenuntergang ergaben Häufigkeitsunterschiede einiger pathologischer EEG-Merkmale. Die Häufigkeit von abnormen Rhythmisierungen nahm von 8.00 Uhr morgens von 3,8% gleichmäßig bis 15.00 Uhr auf 9,5% zu. Ähnliches zeigte sich bei gruppierten Dysrhythmien. Bezüglich der Grundaktivität fiel das Auftreten von Tagesgipfeln der Meßgrößen des Alpha-Bandes und deren periodischen Komponenten aus demhochfrequenten ultradianen Bereich auf.

4. Zirkadiane Untersuchungen mit einer Periodik von 24 (plus/minus 4) Stunden ließen erkennen, daß die Tagesmaxima aller Frequenzbänder etwa zur gleichen Zeit auftraten, jedoch abhängig von der Topographie zeitliche Verschiebungen aufwiesen. Die größten diesbezüglichen Unterschiede wiesen frontale und temporobasale Hirnareale auf. Zirkadiane Untersuchungen mit Schlafphasen an Primaten ergaben Maxima für die Delta-Aktivität um 1.00 Uhr morgens und für die Theta-Aktivität um 5.00 Uhr morgens.

5. Jahresrhythmen im EEG sind erwartungsgemäß an winterschlafenden Tieren zu beobachten. Sie wurden auch beim Menschen durch EEG-Untersuchungen aufgedeckt: anhand visuell erhobener EEG-Befunde fielen systematische Unterschiede in der Häufigkeit von Grundaktivitätstypen auf. So traten EEG vom Beta-Typ im Mai mit einer mittleren Häufigkeit von 14% auf, diese Häufigkeit ging kontinuierlich bis zum Spetember auf 9% zurück. Umgekehrt dazu schwankte die relative Häufigkeit von Alpha-EEG, die im Sommer am höchsten war. Unter den pathologischen EEG-Merkmalen fiel auf, daß gruppierte Dysrhythmien im Sommer etwa doppelt so häufig wie im Winter auftraten.

Für die Vielfalt der Rhythmen ist keine einheitliche Ursache anzunehmen.