早産児脳波：マルチモーダル神経生理学的プロトコル

脳波検査（EEG）は、脳内の電気活動を測定する手法です。新生児のEEGは、頭皮に個別の電極を貼付するか、EEGキャップを使用することで、常に非侵襲的に測定されます。現在、EEGは早産児および正期産児の脳機能の評価とモニタリングのため、新生児集中治療室で広く利用されています。

これは主に、てんかん発作の診断や、脳の成熟度の評価、および低酸素虚血性イベントからの回復の評価に使用されます。ここ数年で、EEG記録の実践および早産児のEEG信号への理解は劇的に向上しました。本プレゼンテーションの目的は、新生児ユニットで利用可能な高度なEEG記録技術の理論と実践を紹介することです。

世界中の新生児集中治療室での臨床経験により、EEG（脳波）の活用が、病状のある早産児および正期産児の神経学的ケアを大幅に改善できることが示されています。1990年代後半、ヘルシンキを拠点とする研究ネットワークが、新生児EEGの概念と実践の全面的な見直しに着手しました。この取り組みの結果、EEGの3つの領域すべてを統合するための、いくつかの新しい概念が導入されました。

これらは、脳機能の徹底的な評価が可能なEEG手法を提供します。周波数領域はフルバンドEEGへと拡張され、空間領域は新生児用マルチチャンネルEEGキャップの導入によって拡大されました。さらに、EEG記録中の早産児感覚テストを導入することで、新たなシステム領域が追加されました。

この記録設定は、早産児のEEG活動と脳接続の発達を関連付ける新しい解析フレームワークに対応しています。EEGは、頭皮に装着した電極を用いて脳の電気活動を記録します。EEG信号は、主に皮質の錐体ニューロンの活動によって生成されます。

これらは流入する神経信号に反応し、増幅後にEEGで観察可能な電場の変動を生成します。電極の数と配置は、必要に応じて数個から100個以上まで変動します。臨床的な新生児研究では、歴史的に4個から10個の電極を用いて行われています。

電極の配置は、常に文字と数字の組み合わせによって頭皮領域を指定する国際命名法に従って定義されます。新生児の場合、通常は呼吸、眼球運動、顎筋緊張、および心活動を記録するためのポリグラフチャネルが追加されます。EEG信号は、最も低速および高速の活動を除外するために、慣習的に強力なフィルタリングが行われます。

これにより、多くの技術的なアーチファクトや脳外のバイオシグナルを除去することに成功しますが、同時に脳信号に深刻な歪みが生じる可能性もあります。同一の早産児EEG信号においてフィルタリングありとなしを比較すると、フィルターが早産児EEGの外観を著しく歪ませることがわかります。フルバンドEEG（Full Band EEG、またはF-B-E-E-G）という用語は、歪みなくすべての周波数を記録できる手法を指します。

これは、早産児のEEGにおけるいわゆる自発活動、一過性反応、またはSATsなどの極めて緩やかなイベントを検出するために重要です。このマルチモーダルEEG研究には、感覚系の同時検査が含まれています。早産児の脳病変は皮質下構造に限定されていることが多く、その結果、感覚経路にのみ影響を及ぼす可能性があるため、これは臨床評価において非常に有用であると考えられます。

高密度アレイEEGは、電極数が従来の2〜10チャンネルよりも大幅に多い記録システムです。20〜60本の電極を配置するアプリケーションは、集中治療室（ICU）においても実施可能です。新生児用に設計されたEEGキャップを使用することで、100本以上の各電極から、新生児の脳に関する重要な新情報を得ることができます。

早産児の脳における感覚刺激に対する皮質反応は、その後のどの年齢層で見られる反応とも大きく異なります。例えば、早産児における触覚刺激への体性感覚反応の振幅は、年長の子供に見られる反応よりも数百倍大きく、持続時間は数倍長い場合があります。したがって、早産児の感覚反応は単一反応レベルで視認可能であり、EEG記録中に容易に測定することができます。

早産児の皮質は容易に興奮するため、反応間に数秒の回復時間が必要な場合があります。一方で、年長の子供の脳は1秒間に10回以上の反応が可能です。これらの差異はすべて、早産児の脳における持続的活動および感覚反応の根底にある、根本的に特異な神経ネットワークメカニズムによるものです。早産児の反応を理解することで、感覚検査を臨床的に有用なものにできます。早産児のEEG記録において、感覚誘発電位（SE）は、身体のほぼあらゆる部位に感覚刺激を与えることで誘発できます。刺激は、触覚、電気刺激、または手首や足首の屈曲によって誘発されるような固有受容感覚であっても可能です。

EEG記録中に体性感覚誘発電位（SER）刺激を与える便利な方法は、手のひらや足に触れることです。これにより、接触または固有受容刺激が信号を生成し、その信号は末梢神経に沿って脊髄へ伝わり、身体の反対側（対側）の視床へと上行する2番目の神経へと飛び移ります。最終的に、信号は視床皮質神経に沿って大脳皮質へと伝わり、そこで中心頭頂領域におけるEEGで記録される電場を誘発します。視覚誘発電位（VE）経路は、網膜を刺激する点滅光で容易にトリガーすることができ、網膜からの信号は視神経に沿って両側の視床へと伝わります。

その後、信号はさらに皮質神経へと伝わり、視覚皮質に伝達されます。その結果生じる電場は、早産期から正期産までの期間に、TAL EEG電極によって記録されます。主要な構造的発達が起こり、それがEEG信号の出現に反映されます。

極低出生体重児の皮質表面はほぼ平坦であり、その下層には厚いサブプレート層が存在します。最初の視床皮質および皮質間接続はサブプレートへと成長し、その後皮質板へと進入し始めます。その後の数週間で、皮質表面はより起伏に富んだ形状となり、サブプレートは薄くなります。

視床、皮質、および皮質間接続は、現在皮質ターゲットに近づいています。出生直後の時期になると、乳児の皮質は高度に回旋し、サブプレート領域はほぼ消失します。視床、皮質、および皮質間接続は最終的なターゲット層に到達し、外部世界および体内からの感覚データの処理を開始する準備が整います。

皮質視床接続の発達段階によって、早産児の皮質およびサブプレートが感覚刺激にどのように反応するかが決定されます。このアニメーションでは、頭皮で記録された反応と、それに対応する皮質内の深さプロファイルの比較を示しています。最も月齢の低い早産児では、視床からのインパルスは主にサブプレート層における緩徐で大きな反応を引き起こし、それが表面電極では高振幅の緩徐反応として観察されます。数週間後になると、同じ視床信号であっても、サブプレートの反応はやや小さくなります。

さらに、皮質深層からの急速な成分がますます明確になっており、これは正期産に近い時期の頭皮電極でも観察されます。サブプレートの反応は、もはや見られません。主要な感覚反応は、最終的な視床皮質投射先から生じています。

4層のニューロンからなる層により、成人皮質で見られる状態に近い反応が得られます。早産児のEEG記録は、実用的および技術的に困難を伴います。EEG記録は、さまざまな看護手順に準拠する必要があります。

したがって、EEG記録はいつでも中断または停止させる必要がある場合があります。さらに、集中治療室は感度の高いEEG機器にとって過酷な環境です。新生児は常に各種装置、配線、ラインに物理的に接続されており、これがEEG記録に重大な電気的干渉を引き起こす可能性があります。

ベッドサイドで最初に行うべきことは、技術的なアーチファクトの潜在的な原因を最小限に抑えることです。バイタルモニターの緩い配線やIVラインを、乳児の頭部、EEG電極線、およびアンプから離してください。また、乳児の頭部が濡れた布類に触れていないか確認してください。濡れた布は、ベビーベッドからの電気的干渉を乳児に伝えやすいためです。

EEGキャップを装着する前に、希釈したアルコールまたはベビーシャンプーで濡らした布で拭き取り、乳児の頭皮から干渉となるワックスや油分を除去することが好ましいです。EEGキャップの装着は、1人がキャップを担当し、もう1人が頭部および挿管チューブや経鼻CPAPチューブを保持するという2人体制で行うとよりスムーズです。患者がCPAPを使用している場合は、EEGキャップの装着に要する10〜20秒間、一時的に外す必要があります。

必要に応じて、CPAPストラップをEEGキャップの上に巻き付けることができます。チンストラップを固定する前に、キャップが頭部に対して対称的に配置されていることを確認してください。

電極穴を通して電極ゲルを塗布し、頭皮との電気的接点を形成します。直接アクセスしにくい接点にゲルを塗布する場合、曲がったチップを使用すると便利です。ゲルを注入しすぎた場合は、ゲルカップ全体を満たす十分な量のゲルがあることが重要です。

しかし、ゲルが漏れ出して隣接する電極との間にブリッジを形成したり、ピローを濡らしてアーティファクトの原因となったりすることがあります。より固形に近いゲル製剤の使用が実用的かもしれません。この点に関して、ゲルの塗布後に皮膚表面に追加の機械的な前処理が必要になる場合が多くあり、この工程で上皮層を取り除くことで、電気的および動作に伴うアーティファクトを低減させます。

これは、緩やかな機械的摩擦による擦過、または、いわゆるSure prep法を用いて行うことができます。皮膚接触の質は、EEGソフトウェアによって提示されるインピーダンス値からリアルタイムで評価可能です。実用的な理由から、インピーダンスレベルが許容範囲内にある間に、片半球全体のゲル塗布と皮膚準備を完了させるのが最も効率的な場合が多いです。

このEEGソフトウェアの緑色の点で示されているように、EEG記録に切り替えてEEG信号の品質を確認するタイミングです。最後のステップは、ポリグラフチャネルを適用することです。筋緊張は通常、顎の下に取り付けられた2つのEMG電極を用いて測定されます。

心電図（ECG）電極を胸部または肩に装着し、心拍を記録します。眼球運動は、前頭部の脳波（EEG）または眼の外角付近に装着した個別の眼電極または眼電図（EOG）を用いて記録できます。呼吸は、体幹に巻いた伸縮性ベルトを用いてモニタリングが可能です。

これは、呼吸に伴う動きに追従できる十分な密着度を持ちつつ、自発呼吸を行う乳児の呼吸を妨げない程度のゆとりがある必要があります。呼吸運動を抑制しないよう、細心の注意を払ってください。また、不審な動きが見られる可能性のある身体部位に、動きに敏感な圧電センサーを追加することも可能です。

最後のステップは、画面上で乳児全体を十分に確認できるよう、EEG同期ビデオカメラを配置することです。乳児のセットアップが完全に完了したら、記録を開始します。EEG信号の品質を常に監視し、電極のいずれかで信号不良が生じた場合は修正を行うことが重要です。

臨床的に重要と考えられるあらゆるイベントについて、注釈をファイルに記入してください。EEGに覚醒、活動性睡眠、および静止性睡眠のすべての覚醒状態が含まれるよう、記録時間は個別に調整します。これは通常、40分から90分の記録時間を意味します。

早産児の感覚反応性のすべての検査に共通して、感覚刺激を頻繁に繰り返すと、早産児の大脳皮質における感覚反応は急速に低下します。同様に、感覚皮質近傍で持続的なEEG活動がある場合、感覚反応が遮断または減弱することがあります。したがって、本ビデオで示す感覚刺激は、EEGが少なくとも数秒間、相対的に静止しているタイミングで与える必要があります。

したがって、静止睡眠は視覚反応をテストするのに理想的な期間となります。視覚誘発反応は、単回フラッシュを提示することで調べられます。目は非常に敏感であるため、透明なインキュベーターの壁越しに遠くからフラッシュを提示することができ、たとえ目が閉じられていても可能です。

体性感覚誘発電位は、乳児の手掌または足底に触覚刺激を与えることで調べることができます。あるいは、手首または足首を単純に屈曲させて、固有受容性刺激を誘発する方法もあります。刺激に同期したマークまたはトリガーをEEG波形に記録できる装置を使用することが有用です。

それ以外の場合は、刺激のタイミングを示す手動のアノテーションを追加する必要があります。聴覚反応性は、ほぼどのような音でも簡単にテストできます。例えば、手拍子をすることで良好な皮質反応を誘発させることができます。

従来のホーンも有用な場合がありますが、音が大きすぎることが多く、聴覚系を活性化させるとともに覚醒反応を誘発する可能性があります。EEG記録セッションの終了後、キャップとその他のセンサーを取り外し、乳児の頭皮を洗浄します。EEGキャップおよびその他すべてのセンサーは、病院の指示に従って機械的に洗浄および滅菌します。

EEGの徹底的なレビューは、EEGの所見をより詳細に処理および記述できるワークステーションを用いてオフラインで行われます。発達中の脳機能と構造の間の関係を十分に理解することで、早産児のEEG研究は、赤ちゃんがまだ外界と意思疎通できない時期に脳の成熟度を評価できるという独自の経験をもたらします。その結果、より適切な脳のケアを行うことが、早産児の生涯にわたって有益であると考えられます。