Ultradiane Rhythmen im EEG

Summary

Ultradian rhythms (definition: Rhythms displaying frequencies with more than one cycle in 20 hours) have been found in human EEG, with cycles ranging from one in 12 hours (10) to 10-20 cycles in 24 hours (cycle-time 70-140 min.). The question arose as to whether extremly high-frequency rhythms (periodicity 2-100 s) had an influence on the modulations of the EEG background activity, and whether these correlated with other physiological rhythms, such as eg. rate of breathing, high-order blood-pressure waves, „ultra-slow-potentials”, or with pathophysiological rhythms, such as the B-rhythm of a paroxysmal dysrhythmia.

EEGs were recorded for a collective of 10 male patients (average age 34 yrs.) of the psychiatric clinic (3 schizophrenics 4 neurotics, 3 patients with other psychoses), before and after 10 days treatment with a daily 600 mg dosage of Perazin. The recordings were made over 6 channels (fronto-polar, temporobasal and parieto-occipital) on both sides. The recordings underwent analogue filtering and were split up into their β-, α- and ϑ-band frequency components; thereupon the power spectrum was calculated for a frequency of 0.01-0.5 Hz. Ultradian rhythms were expressed by definite peaks (significant maxima) occuring over individual spectral frequencies (fig. 1 and 2). The spectral frequency range corresponding to a maximum, together with the relative proportion and sum of the spectral power of the maxima with regard to the total spectrum were calculated. By means of a variance analysis the number of and relative proportions of the maxima were checked for inter-individual, lateral, topographic, and medicational dependencies.

The results from the patient collective were compared with a normal collective, consisting of 12 male subjects (average age 26 yrs.) whose EEGs were recorded at two-hourly intervals from 8.00 to 20.00 hrs. temporo-basal and occipital from both sides. The analysis of the ultradian rhythms and the other statistical calculations were carried out as described above.

The results (tables 1-3, fig. 3) display pronounced inter-individual differences in the patient collective as opposed to the normal collective, practically no lateral or topographic differences, merely alterations in the β-band brought about by medication (in the patient collective) and significant midday changes in the α-band for the normal collective. The proportion of ultradian rhythms was approximately one-third in all 3 bands for the patient collective, while for the normal collective, for the α-band it was 38 % and for the β-band 28 %. Two-thirds of the periodic activity of the total spectra of the patient collective (normal collective) was found in the lower spectral frequency range from 0.01-0.05 Hz: β-band 66 % (-), α-band 57 % (70 %), ϑ-band 56 % (48 %).

Zusammenfassung

Wir untersuchten den Einfluß ultradianer Rhythmen (Definition: Rhythmen mit mehr als einer Schwingung in 20 Stunden) auf die Modulation der Grundaktivität in dem an das untere EEG-Frequenzspektrum anschließenden spektralen Frequenzbereich von 0,01-0,5 Hz. (Periodenlänge 2-100 s). Im Bereich von 12 Stunden und im Bereich von 70-140 Minuten (Schwingungsdauer) war eine rhythmologische Modulation der Grundaktivität im EEG des Menschen objektiviert worden. An einem Patientenkollektiv von zehn männlichen psychisch Kranken und einem Normalkollektiv mit elf männlichen Probanden wurden systematische EEG-Registrierungen vorgenommen. Die Aufnahmen wurden analog gefiltert, im Frequenzbereich von 0,01-0,5 Hz spektral analysiert und varianzanalytisch auf interindividuelle, seitenabhängige, topographische und medikamentöse (Patientenkollektiv) und tageszeitliche Veränderungen (Normalkollektiv) geprüft.

Die Grundaktivität wird zu gut einem Drittel von ultradianen Rhythmen mit einer Periodenlänge von 2-100 s moduliert. Eine Korrelation mit der Atemrhythmik und den Blutdruckwellen höherer Ordnung kann nicht angenommen werden. Sie treten gehäuft (zu etwa zwei Drittel) über dem spektralen Frequenzbereich von 0,01-0,05 Hz (Periodenlänge 20-100 s) auf und lassen Rückschlüsse auf ein zugrunde liegendes Aktivierungssystem zu, für das der B-Rhythmus der Infra-Slow-Potentials (ISPO) angenommen werden könnte. Die starke interindividuelle Variation am Patientenkollektiv im Gegensatz zum Probandenkollektiv kann Ausdruck durch psychische Krankheit bedingter rhythmologischer Abweichungen sein. Im β-Band ist ein Therapieeffekt erkennbar; die periodischen Anteile nehmen darunter zu. Im übrigen haben die ultradianen Rhythmen eine bemerkenswerte Stabilität. Bei großer Variabilität bezüglich ihrer Lage innerhalb eines vorgegebenen spektralen Frequenzbereiches haben sie einen sehr konstanten Anteil an der Gesamt-Variabilität. Sie verfügen über eine unerwartete Gleichmäßigkeit bezüglich ihres topographischen Auftretens und eine beachtliche Invarianz gegenüber medikamentösen Einflüssen im α- und ϑ-Band, in letzterem noch zusätzlich auch gegenüber tageszeitlichen Veränderungen. Diese Rhythmen stellen offenbar ein vital bedeutsames Phänomen dar, das möglicherweise von der Geburt bis zum Tode seine Funktionsperiodik aufrechterhält.

Key-Words:

EEG - Ultradian rhythms - Diurnal rhythms - Spectral analysis - Perazine