Smegenų bangos penki ritmai, kuriuos užrašo EEG

Kas yra smegenų bangos?

Smegenų bangos yra ritmiška elektrinė smegenų veikla, kurią EEG užrašo nuo galvos odos. Elektrodai pagauna įtampos svyravimus nuo kelių iki maždaug šimto milijonųjų volto dalių (mikrovoltų, µV). Signalas kyla daugiausia iš didelių žievės neuronų grupių, dirbančių kartu, sinapsinių srovių, o ne iš pavienių ląstelių. Manoma, kad didžiąją jo dalį sukuria žievės piramidiniai neuronai, nes jie išsidėstę lygiagrečiai ir aktyvuojasi kartu; gilios struktūros, tokios kaip gumburas ir smegenų kamienas, tiesiogiai prie jo neprisideda.

EEG niekada nerodo vienos bangos atskirai. Lėti ir greiti ritmai vyksta kartu, ir lėtesni yra didesni: smegenų įraše galia tolygiai mažėja didėjant dažniui, tai vadinamasis 1/f pobūdžio nuolydis, o ritmiški pikai, pavyzdžiui, alfa, iškyla virš jo (He, 2014). Pokyčiai taip pat būdingi kiekvienai juostai atskirai. Tą pačią akimirką viena juosta gali silpti, o kita stiprėti, toje pačioje galvos vietoje arba skirtingose (Pfurtscheller ir Lopes da Silva, 1999).

Todėl pavadinimai delta, teta, alfa, beta ir gama apibūdina dažnių ruožus įraše, o ne psichikos būsenas. Sakyti, kad žmogus „yra alfa“ ar „beta“ būsenoje, reiškia sumaišyti šiuos du dalykus: kiekvieną akimirką veikia kelios juostos, o keičiasi jų santykis. Gydytojas, skaitantis EEG, pirmiausia aprašo vyraujantį ritmą, o tada kitus vykstančius ritmus. Tyrimams svarbus net pats nuolydis: 2020 m. tyrimas žurnale „Nature Neuroscience“ parodė, kad įprasta juostų galios analizė gali supainioti ritmiškus pikus su po jais esančiu neritmišku fonu.

Smegenų bangų tipai ir jų dažniai

Yra penki pagrindiniai smegenų bangų tipai, pavadinti pagal dažnį: delta, teta, alfa, beta ir gama. Lentelėje naudojami Tarptautinės klinikinės neurofiziologijos federacijos klinikinės EEG terminų žodyno ruožai (Kane ir kolegos, 2017); jais remiasi ir šio puslapio diagrama. Formaliai delta prasideda nuo 0,1 Hz, bet praktiškai įprasta EEG ją skaito nuo 0,5 Hz, nes labai lėtų poslinkių neužrašo.

Ta pačia tvarka mažėja ir amplitudė. Suaugusiojo alfa ritmas dažniausiai mažesnis nei 50 µV, vaikų dažnai gerokai didesnis, o beta kaktos ir viršugalvio srityje dažniausiai mažesnė nei 30 µV. Gama yra mažiausia ir sunkiausiai matoma nuo galvos odos: raumenų įtampa ir smulkūs akių judesiai sukuria signalus tame pačiame ruože, o viename tyrime paralyžiavus raumenis galvos odos galia virš 20 Hz pakito nuo 10 iki 200 kartų (Whitham ir kolegos, 2007).

Smegenų bangos keičiasi ir su amžiumi. Pagrindinis kūdikio ramybės ritmas pakaušyje pirmą kartą atsiranda 3–4 mėnesių amžiaus ir iki metų vidutiniškai siekia 5,3 Hz, 2–3 metų vaikų 6,8 Hz, 4–5 metų 7,9 Hz, 6–7 metų 8,7 Hz, o 16–50 metų suaugusiųjų 9,9 Hz (Alcala-Zermeno ir kolegos, 2025). Tyrime su 1 498 sveikais 6–86 metų žmonėmis alfa dažnis vaikystėje didėjo, o senatvėje vėl mažėjo (Chiang ir kolegos, 2011).

Interaktyvi dalis viršuje yra schema, o ne tikras įrašas. Joje matyti kiekvienos juostos judanti kreivė, sulėtinta keturis kartus ir su santykiniais aukščiais, modelinė šešių būsenų EEG nuo atsipalaidavusio budrumo iki REM miego su kiekvienos juostos dalimi ir tipiškos nakties hipnograma. Kiekviena juosta turi savo puslapį su išsamiais tyrimais: delta bangos, teta bangos, alfa bangos, beta bangos ir gama bangos.

Smegenų bangų lentelė: kodėl šaltiniuose dažniai skiriasi

Smegenų bangų lentelės nesutampa, nes juostos yra sutartinės ištisinio spektro atkarpos, o tyrėjai ribas brėžia skirtingose vietose. 184 ramybės būsenos EEG tyrimų apžvalga (Newson ir Thiagarajan, 2018) parodė, kad dažniausią kiekvienos juostos apibrėžimą naudojo tik 30–50 % tyrimų. Delta prasidėdavo nuo 0 iki 2 Hz, o baigdavosi tarp 3,5 ir 6 Hz; beta prasidėdavo tarp 12 ir 15 Hz, o baigdavosi tarp 20 ir 50 Hz.

Autoriai pasekmę įvardija tiesiai: tai, ką viena publikacija vadina delta ar beta, nebūtinai sutampa su tuo, ką taip vadina kita. Lygindami du straipsnius ar dvi programėles, pirmiausia patikrinkite jų juostų ribas, o tik tada lyginkite skaičius.

Juostos skiriasi ir nuo žmogaus iki žmogaus. Suaugusiųjų alfa pikas vidutiniškai yra apie 10 Hz (tyrime su 51 žmogumi 10,3 Hz, Haegens ir kolegos, 2014), bet žmonių jis nevienodas ir protinių pastangų metu šiek tiek pagreitėja. Todėl kai kurie tyrėjai juostas sieja ne su fiksuotais skaičiais, o su kiekvieno žmogaus asmeniniu alfa dažniu (Klimesch, 1999).

Kas yra EEG ir ką ji matuoja?

Elektroencefalograma (EEG) yra smegenų elektrinės veiklos įrašas, daromas elektrodais ant galvos paviršiaus. Klinikose ir tyrimuose elektrodai paprastai išdėstomi pagal tarptautinę 10–20 sistemą: galva išmatuojama tarp keturių atskaitos taškų, o elektrodai dedami kas 10 % arba 20 % šių atstumų. Tankesnis išdėstymas vadinamas 10–10 sistema.

Kiekvienas elektrodas mato po juo esančių labai daugelio neuronų suminę veiklą. Didžiausią indėlį duoda sinapsinės srovės, o signalą formuoja ir veikimo potencialai, jonų kanalų srovės bei pačių ląstelių membranų svyravimai (Buzsáki, Anastassiou ir Koch, 2012). Tyrėjai atvirai pripažįsta ribas: 2017 m. apžvalga žurnale „Trends in Neurosciences“ teigė, kad „žinome stulbinamai mažai“ apie tai, iš kur tiksliai kyla EEG signalai ir ką jie reiškia, o patikimiausias pagrindas susieti juos su smegenų grandinėmis yra virpesiai.

Apie 40 metų, nuo 1930 iki 1970 m., EEG buvo pagrindinis smegenų pažeidimų vietos nustatymo įrankis, kol atsirado kompiuterinė tomografija. Šiandien neurologas ją naudoja foniniam ritmui aprašyti, epilepsinei veiklai ir patologiniam sulėtėjimui ieškoti bei miegui vertinti. Sulėtėjimas yra svarbus požymis: generalizuota delta veikla ne giliojo miego metu arba teta ne mieguistumo ir lengvo miego metu suaugusiojo EEG laikoma patologine, dažniausiai esant encefalopatijai, kurios priežastys gali būti smegenų trauma, neurodegeneracinė liga, medžiagų apykaitos ar toksiniai sutrikimai, infekcija ir raminamieji vaistai (Alcala-Zermeno ir kolegos, 2025).

Kas atrado smegenų bangas? Hansas Bergeris ir pirmoji EEG

Vokiečių psichiatras Hansas Bergeris pirmąją žmogaus EEG užrašė 1924 m. liepos 6 d. Jenoje, operuojant 17 metų berniuką; griežtai kalbant, tai buvo įrašas nuo smegenų paviršiaus, elektrokortikograma. Prieš jį Richardas Catonas buvo užrašęs elektros sroves nuo atvertų gyvūnų smegenų. Savo rezultatus Bergeris paskelbė 1929 m., dviem matytiems ritmams pavadinti vartodamas alfa ir beta bangų terminus.

Publikacija sutikta skeptiškai. Rimtas darbas prasidėjo tik po to, kai Edgaras Douglasas Adrianas 1934 m. viešai pademonstravo šį ritmą (Borck, 2006). Visą ketvirtąjį dešimtmetį alfa ritmas plačiai vadintas „Bergerio ritmu“, kaip rodo to meto straipsnių pavadinimai, pavyzdžiui, 1936 m. straipsnis žurnale „Science“ apie žmogaus Bergerio ritmo temperatūrines savybes. Delta, teta ir gama pavadintos vėliau, kai EEG tyrimai paplito ketvirtajame ir penktajame dešimtmečiuose.

Bergerio biografija tamsesnė nei sena istorija. Ilgai buvo pasakojama, kad naciai jį privertė palikti pareigas. 2014 m. paskelbtas istorinis tyrimas (Zeidman, Stone ir Kondziella) rodo, kad jis padėjo išrinkti savo įpėdinį nacį, aukojo pinigų SS ir dalyvavo nacių paveldimos sveikatos teismuose, svarsčiusiuose priverstinės sterilizacijos bylas.

Smegenų bangos miegant: kaip atrodo kiekviena stadija

Kiekviena miego stadija apibrėžiama pagal smegenų bangas. Miego laboratorija naktį dalija į 30 sekundžių atkarpas ir kiekvieną pagal Amerikos miego medicinos akademijos taisykles priskiria budrumui, N1, N2, N3 arba REM. Senesnėje 1968 m. sistemoje buvo keturios ne REM stadijos; jos 3 ir 4 stadijos sujungtos į N3, dar vadinamą lėtųjų bangų miegu.

Suaugusieji miega maždaug 90–100 minučių ciklais, paprastai keturiais ar penkiais per naktį. Daugiausia giliojo miego būna pirmame ne REM periode; pirmasis REM periodas ateina maždaug po 90 minučių, yra trumpas, o artėjant rytui REM periodai ilgėja (Steiger ir Pawlowski, 2019). Dalys keičiasi su amžiumi: 65 tyrimų su 3 577 žmonėmis nuo 5 iki 102 metų metaanalizė parodė, kad lėtųjų bangų miego dalis nuo vaikystės tolygiai mažėja (Ohayon ir kolegos, 2004).

Gilus miegas priklauso ir nuo to, kiek laiko buvote nemiegoję. Po 40,5 valandos be miego delta galia pirmąją atsigavimo naktį buvo aiškiai didesnė nei įprastai (Borbély ir kolegos, 1981, 8 jauni suaugusieji). Šis homeostatinis miego poreikis, procesas S, veikia kartu su cirkadiniu laikrodžiu, procesu C. Gilųjį miegą išsamiai aprašo puslapis apie delta bangas, o mieguistumą ir REM miegą puslapis apie teta bangas.

Kas yra miego verpstės?

Miego verpstės yra 11–16 Hz, dažniausiai 12–14 Hz, bangų pliūpsniai, trunkantys bent pusę sekundės; kartu su K kompleksais jos apibrėžia N2 miego stadiją. Įraše bangos išauga ir vėl nusilpsta, todėl pliūpsnis atrodo kaip verpstė. Gydytojai skiria greitąsias 12–15 Hz verpstes virš galvos centro ir lėtąsias 9–12 Hz verpstes arčiau kaktos. K kompleksas yra didelė dviejų fazių delta banga virš galvos centro, dažnai su ant jos užsidėjusia verpste.

Verpstes generuoja gumburo tinklinis branduolys, o sinchronizuoja kilpos tarp gumburo ir žievės. 2020 m. apžvalga žurnale „Physiological Reviews“ jas vadina vienu labiausiai paveldimų miego EEG požymių (Fernandez ir Lüthi). Daugiau nei 11 000 miego įrašų, gautų iš 4–97 metų žmonių, verpsčių tankis vaikystėje didėjo, piką pasiekė apie paauglystę ir per suaugusiojo gyvenimą mažėjo (Purcell ir kolegos, 2017).

Verpstės susijusios su mokymusi. Po vakaro, praleisto intensyviai mokantis žodžių porų, žmonės turėjo daugiau verpsčių nei po tokios pat sunkios užduoties be mokymosi, labiausiai per pirmąsias 90 miego minučių, o tie, kurių verpsčių buvo daugiau, daugiau ir prisiminė (r = 0,56; Gais ir kolegos, 2002). Nedideliame 2007 m. tyrime su 18 vaistus vartojančių pacientų verpstės sergant šizofrenija buvo gerokai silpnesnės nei sveikų žmonių ar žmonių, kurie anksčiau sirgo depresija (Ferrarelli ir kolegos).

Kas yra mu bangos?

Mu bangos yra 7–11 Hz lankelių formos bangų ritmas virš centrinės, motorinės galvos juostos budraujant. Dažniu jis persidengia su alfa ruožu, bet skiriasi vieta ir tuo, kas jį slopina: mu ritmas išnyksta, kai judinate priešingą kūno pusę, galvojate apie judesį, ruošiatės judėti arba kai jus paliečia, o alfa pakaušyje daugiausia reaguoja į akių atmerkimą ir dėmesį.

Mu ritmas silpsta ir stebint, kaip juda kitas žmogus. 85 tyrimų su 1 707 dalyviais metaanalizė (Fox ir kolegos, 2016) parodė, kad mu galia mažėjo atliekant veiksmą (d = 0,46) ir kiek mažiau jį stebint (d = 0,31). Todėl mu ritmas tapo įprastu įrankiu smegenų „veidrodinei“ veiklai tirti. Kūdikių centrinis 6–9 Hz ritmas yra suaugusiojo mu ritmo pirmtakas (Marshall ir kolegos, 2002).

Beta virš motorinės žievės elgiasi panašiai: judant ji susilpnėja, o per maždaug sekundę po judesio pabaigos atšoka virš ramybės lygio; tai vadinamasis beta atšokimas (Pfurtscheller ir kolegos, 1996). Abu ritmai rodo, kad ta pati juosta gali reikšti labai skirtingus dalykus, priklausomai nuo to, kurioje galvos vietoje ji užrašyta.

Smegenų bangų sinchronizavimas: ar garsas ar šviesa gali pakeisti smegenų bangas?

Smegenys iš tikrųjų seka ritmišką garsą ar mirgėjimą, kol jis tęsiasi, ir ši dalis gerai išmatuota. Paleiskite garsą, pulsuojantį apie 40 kartų per sekundę, ir klausos smegenys atsakys stabiliu tokio pat dažnio ritmu; tokius klausos pastovios būsenos atsakus galima užrašyti esant dažniams nuo 1 iki 200 Hz, o budraujant jie ypač ryškūs apie 40 Hz (Picton ir kolegos, 2003). Mirganti šviesa priverčia regos žievę atsakyti mirgėjimo dažniu nuo 1 Hz iki maždaug 90 Hz, stipriausiai apie 10, 20, 40 ir 80 Hz (Herrmann, 2001).

Ar tai keičia nuotaiką, miegą ar mąstymą, yra atskiras klausimas. Binauralinių ritmų atveju 2023 m. sisteminė apžvalga rado 14 EEG tyrimų: penki nustatė, kad smegenys sekė ritmą, aštuoni nenustatė, o vienas davė mišrų rezultatą (Ingendoh ir kolegos). 2019 m. 22 tyrimų metaanalizė rado vidutinio dydžio poveikį atminčiai, dėmesiui, nerimui ir skausmui (g = 0,45; Garcia-Argibay ir kolegos); tai rodo, kad žmonės į ritmus reaguoja, bet ne tai, kad pasikeitė smegenų banga. Tyrimai ir generatorius pateikti puslapiuose apie binauralinius ritmus miegui, meditacijai, nerimui, susikaupimui ir 40 Hz.

Muzika veikia panašiai ir taip pat ribotai. Lėti smegenų ritmai prisitaiko prie muzikos takto ir natų dažnio, maždaug 1–8 Hz, kurį nustato tempas (Doelling ir Poeppel, 2015; Nozaradan ir kolegos, 2011). Nė vienas tyrimas neparodė, kad kūrinys, pažymėtas „alfa“ ar „delta“, perkelia jūsų smegenis į tą juostą. Rami muzika jus gali atpalaiduoti; juostos pavadinimas ant jos yra rinkodara.

Mirganti šviesa kelia tikrą pavojų. Ji gali sukelti priepuolius žmonėms, sergantiems fotojautria epilepsija: labiausiai provokuoja 15–25 Hz blyksniai, bet tai gali padaryti bet kas nuo 1 iki 65 Hz, o rizika gresia maždaug 1 iš 4 000 žmonių nuo 5 iki 24 metų (Fisher ir kolegos, 2005). Nenaudokite mirgančios šviesos prietaisų, jei jūs ar kas nors iš šeimos serga epilepsija ar yra patyręs priepuolį.

Šumano rezonansas ir smegenų bangos: ar jie susiję?

Šumano rezonansas yra tikras fizikinis reiškinys: žaibai visame pasaulyje priverčia erdvę tarp žemės ir jonosferos skambėti maždaug 7,8 Hz dažniu, su obertonais apie 14, 20 ir 26 Hz (Price, 2016). Vokiečių fizikas Winfriedas Otto Schumannas šiuos rezonansus numatė 1952 m., o Balseris ir Wagneris pirmą kartą išmatavo 1960 m. Dažnis svyruoja; populiarus 7,83 Hz skaičius yra dažnai cituojamas pirmosios modos vidurkis.

Pagal klinikinį žodyną 7,83 Hz patenka į teta juostą, kiek žemiau alfa pradžios ties 8 Hz, ir šis skaitinis sutapimas įkvėpė daug teiginių, kad Žemė derina žmogaus smegenis. Įrodymai apsiriboja koreliaciniais darbais, daugiausia iš vienos Kanados laboratorijos: 238 EEG įrašuose iš 184 žmonių pikai prie pirmųjų trijų Šumano dažnių buvo įžiūrimi suvidurkintoje EEG „kai kuriems, bet ne visiems dalyviams“ (Saroka, Vares ir Persinger, 2016). Kontroliuojami tyrimai neparodė, kad rezonansas formuoja smegenų veiklą. Svetainės kasdienis puslapis apie šiandienos Šumano rezonansą rodo dabartinius duomenis.

Ar buitinė EEG juosta gali išmatuoti jūsų smegenų bangas?

Buitinė juosta užrašo tikrą EEG, bet iš gerokai mažiau vietų ir su didesniu triukšmu nei medicininė sistema. Pavyzdžiui, juosta „Muse“ turi keturis jutiklius ant kaktos ir už ausų, vietose arti AF7, AF8, TP9 ir TP10. Tyrėjai su ja 60 studentų užrašė standartinius smegenų atsakus, tokius kaip P300 (Krigolson ir kolegos, 2017), tačiau pažymėjo, kad ji neturi elektrodo galvos vidurio linijos gale, kur šis atsakas paprastai didžiausias.

Tiesiogiai lyginant dvi medicinines ir dvi buitines sistemas su 5 žmonėmis per du apsilankymus, „Muse“ rodė plataus ruožo galios padidėjimą ir didžiausius skirtumus tarp apsilankymų, o buitiniai prietaisai buvo jautresni mirksėjimo ir raumenų judesių artefaktams. Autoriai padarė išvadą, kad medicininės sistemos turi „aiškių pranašumų duomenų kokybės, patikimumo ir analizės gylio požiūriu“ (Ratti ir kolegos, 2017). Buitinė EEG vis tiek plačiai naudojama tyrimuose: 2024 m. apžvalga suskaičiavo 916 tyrimų, daugiausia apie smegenų ir kompiuterio sąsajas (Sabio ir kolegos).

Juosta gali parodyti stambius pokyčius, pavyzdžiui, daugiau alfa užmerkus akis. Ji negali skaityti minčių, nieko diagnozuoti ar tiksliai išmatuoti „ramybės“, o rodmeniui, pažymėtam „gama“, reikia daugiausia atsargumo, nes raumenų įtampa ir akių judesiai patenka į tą patį dažnių ruožą.

Seminaras „Biohackingas“: visa programa ir 50 garso įrašų

Smegenų bangos rodo, kaip keičiasi smegenų būsena per dieną ir naktį, o seminaras „Biohackingas“ moko tvarkyti tai, kas tą būseną lemia. Jame yra 8 temos ir 7 valandos vaizdo paskaitų: ryto rutina, kūno signalai, šviesa, miegas, cirkadinis ritmas, ramybė, badavimas ir šaltis.

Seminare rasite 50 paruoštų garso įrašų: delta, teta, alfa, beta ir gama ritmus, solfedžio dažnius, 432 Hz, baltą, rožinį ir rudą triukšmą, taip pat vedamą meditaciją lietuvių kalba. Pabaigoje gausite asmeninį 30 dienų planą, sudarytą pagal jūsų atsakymus. Pirmos 3 pamokos nemokamos.