脳波（Electroencephalogram: EEG）とは、頭皮につけた電極で、脳の電気的な活動を連続して記録したものです。脳のはたらきをミリ秒単位で追える一方、「脳のどこで起きたか」を細かく決めるのは苦手です。
簡単な説明
心臓に心電図があるように、脳にも小さな電気の変化があります。サッカー場の外では観客一人ひとりの声は聞こえませんが、何万人がそろって手拍子をすると外まで響きます。同じように、たくさんの神経細胞の電気が同じタイミングでそろうと、頭皮の上からでも「波」として記録できます。これが脳波です。
波の形はそのときの状態で変わります。目を閉じてぼんやりしていると、後頭部に1秒間に10回前後の規則正しい波（α波）が出やすくなり、目を開けたり暗算をしたりすると弱まります。眠ると、ゆっくりした大きな波が増えていきます。手術をせずに測れるので、てんかんの検査や睡眠の研究、心理学の実験などで広く使われています。
由来
脳の電気活動は、それ以前にRichard Catonらが動物（イヌなど）の脳の表面から記録していました。これを人間の頭で記録して報告したのが、ドイツ・イェーナ大学の精神科医Hans Berger（1873〜1941）です。
| 年 | 主なできごと |
|---|---|
| 1924年 | Hans Bergerが、患者の頭の傷あとのまわりに置いた電極で弱い電流の変化をとらえる |
| 1929年 | Bergerが論文「Über das Elektrenkephalogramm des Menschen（人間の脳波について）」を発表。以後の論文でα波とβ波を区別し、目を開けるとα波が弱まることを示す |
| 1934年 | E. D. AdrianとB. H. C. MatthewsがBrain誌でα波と開眼による抑制を確認し、「Berger rhythm」と呼ぶ |
| 1958年 | 国際脳波学会連合が電極配置の標準として国際10-20法を提案（H. H. Jasperの報告として引用される） |
具体的な説明
何を測っているのか
頭皮上の脳波は、主にシナプスで生じる電流が、大脳皮質の錐体細胞などで多数同期して重なり合ったものです。神経細胞の「発火」である活動電位は2ミリ秒未満と短くそろいにくいため、寄与は小さいと考えられてきました。およそ10cm²以上の範囲がならされた信号で、頭蓋骨などを通るうちに弱まり、ぼやけます。成人のα波でも多くは50µV（マイクロボルト）以下という小さな信号です。
周波数帯
脳波は1秒あたりの波の数（周波数、Hz）で分類します。下の値は国際臨床神経生理学会連合（IFCN）の用語集（2017年）によります。境目の数値は文献によって少し違うので、「遅い順にδ・θ・α・β・γ」という並びとおおよその値をおさえましょう。α波を基準に、それより遅い波（θ・δ）を徐波、速い波（β・γ）を速波と呼びます。
| 名前 | 周波数 | よく出てくる場面 |
|---|---|---|
| δ（デルタ）波 | 4Hz未満 | 深いノンレム睡眠（N3） |
| θ（シータ）波 | 4Hz以上8Hz未満 | 問題解決などの課題中に前頭部の正中に出ることがある（前頭正中θ） |
| α（アルファ）波 | 8〜13Hz | 閉眼・安静の覚醒時。後頭部で大きい |
| β（ベータ）波 | 14〜30Hz | 覚醒時。前頭部〜中心部で目立つ |
| γ（ガンマ）波 | 30Hzより上（〜80Hz） | 最も速い活動 |
α波とαブロッキング
α波は覚醒中に後頭部で最大となり、目を閉じ、力を抜き、頭をあまり使っていないときによく見られます。注意（とくに視覚的な注意）や知的な努力で弱まり、目を開けると消える現象をαブロッキング（α減衰）といいます。
似た周波数（7〜11Hz）でも、中心部に出て反対側の体を動かす（動かそうと考える）と弱まる波はμ（ミュー）律動と呼び、α律動と区別します。
国際10-20法
国際10-20法では、鼻のつけ根（ナジオン）、後頭部の出っぱり（イニオン）、左右の耳のあたりという4つの頭の目印の間の距離を測り、その10％または20％の間隔で、標準21個の電極を置きます。電極名の文字は脳の部位（Fp＝前頭極、F＝前頭、C＝中心、P＝頭頂、T＝側頭、O＝後頭）、数字は奇数が左・偶数が右、z（Czなど）は正中線です。
睡眠と脳波
睡眠段階は、脳波・眼球運動・筋電図を同時に記録する睡眠ポリグラフで判定します。浅いノンレム睡眠（N1・N2）では振幅の低い脳波に睡眠紡錘波（11〜16Hz）やK複合が現れ、深いノンレム睡眠（N3）では0.5〜2Hzの大きな徐波が目立ちます。レム睡眠では、振幅が低くさまざまな周波数がまざった、覚醒時に近い脳波になります。詳しくは「睡眠（Sleep）」をご覧ください。
てんかんの検査
脳波はてんかんの診断で重要な検査です。発作のない時期にも棘波（スパイク）や鋭波などのてんかん性の波形が見られることがあり、子どもの欠神てんかんでは、発作中に左右そろって出る3Hz棘徐波複合が特徴的です。過呼吸や光刺激で異常を引き出しやすくする方法（賦活法）も使われます。
長所と短所
| 長所 | 短所 |
|---|---|
| 時間分解能が高い（ミリ秒単位） | 空間分解能が低い（信号がぼやけ、発生源を決めにくい） |
| 神経の電気活動を直接とらえる（fMRIは血流による間接的な指標） | まばたき・眼球運動・筋肉・心電図などのアーチファクト（脳以外から来る信号）がまざる |
刺激に合わせて脳波を加算平均し、特定の出来事への反応を取り出したものが「事象関連電位（Event-Related Potential: ERP）」です。
実験や観察の方法と結論
方法 Bergerは、息子や自分自身、頭蓋骨に欠損のある患者、健康な人などから記録をとり、脳波と並べて心電図も記録しました。そして、目を閉じたときと開けたときの脳波を比べました。
結論 閉眼・安静ではα波がはっきり現れ、開眼で弱まりました。1934年にAdrianとMatthewsも同じ現象を確かめ、脳波が雑音ではなく脳から来る信号であることが認められていきました。
例文
「目を閉じて安静にしていた参加者が目を開けると、後頭部のα波が弱まりました。これはαブロッキングと呼ばれる現象です。」
「単語を読んでから意味がわかるまでの数百ミリ秒の流れを調べたかったので、fMRIではなく時間分解能の高い脳波を使いました。」
疑問
Q: α波がたくさん出ている人ほど、心が落ち着いていて優れているのですか？
A: いいえ。α波は目を閉じて力を抜いているというその時の状態で目立つ波で、目を開けたり考えごとをしたりすれば誰でも弱まります。α波が多いこと自体を「優れている」しるしと考えることはできません。
Q: 脳波で異常が見つからなければ、てんかんではないと言えますか？
A: 言えません。IFCNの用語集も、てんかん性の波形はてんかんのある人に典型的に見られるが、いつも見られるとは限らないとしています。
Q: 脳波では、脳のどこがはたらいているかはわからないのですか？
A: おおまかにはわかります。電極を増やし、MRIで調べた脳の形を使って発生源を推定する方法で、空間分解能は大きく上がってきています。
理解度を確認する問題
問題1. 目を閉じて安静にしていた実験参加者に目を開けてもらったところ、後頭部で記録されていた8〜13Hzの律動が急に小さくなった。この現象を表す用語として、最も適切なものはどれか。
- A. 睡眠紡錘波
- B. αブロッキング
- C. μ律動の抑制
- D. K複合
正解：B 後頭部の8〜13Hzの律動はα律動で、開眼で弱まる現象がαブロッキングです。Cはまぎらわしいですが、μ律動は中心部に出て体の動きで弱まる波なので、「後頭部」「開眼」に合いません。AとDは浅いノンレム睡眠で見られる波形で、起きている参加者には当てはまりません。
問題2. 国際10-20法に関する説明として、最も適切なものはどれか。
- A. 電極の間隔を、頭の大きさにかかわらず10cmまたは20cmに固定する
- B. 電極名の「C」は小脳（cerebellum）の上に置く電極であることを表す
- C. 頭の目印の間の距離の10％または20％の間隔で電極を置き、標準では21個の電極を用いる
- D. 電極名の数字は、偶数が左半球、奇数が右半球を表す
正解：C Aはまぎらわしいですが、「10」「20」はcmではなく距離の割合（％）です。Bは誤りで、Cは中心（central）を表します。Dは左右が逆で、奇数が左・偶数が右、正中線はzです。
問題3. 脳波に関する記述として、最も適切なものはどれか。
- A. 1958年にJasperが、人間の脳波を初めて報告した
- B. 頭皮上の脳波は、主に多数の神経細胞の活動電位が重なり合ったものである
- C. 時間分解能はミリ秒単位と高いが、空間分解能は低い
- D. てんかんのある人では、発作のない時期の脳波にも必ずてんかん性の波形が見られる
正解：C 脳波は電気活動をミリ秒単位でとらえますが、発生源の位置を決めるのは苦手です。Aは人名の取り違えで、ヒトの脳波はBerger（1929年）、Jasperは国際10-20法（1958年）です。Bはまぎらわしいですが、主な源はシナプス電流です。Dは「必ず」が誤りです。
関連キーワード
- 事象関連電位（Event-Related Potential: ERP）
- 睡眠（Sleep）
- 神経画像検査（Neuroimaging）
- 大脳皮質（Cerebral Cortex）
- シナプス（Synapse）
- 国際10-20法（International 10-20 System）
- 睡眠ポリグラフ（Polysomnography）
- てんかん（Epilepsy）
関連論文
まずこの1本
Berger, H.（1929）Über das Elektrenkephalogramm des Menschen. Archiv für Psychiatrie und Nervenkrankheiten, 87(1), 527–570.
人間の脳波を初めて報告した論文です。ドイツ語の精神医学の雑誌に載り、広く認められ始めたのは1934年の追試からでした。試験ではBerger・1929年・ヒトの脳波の最初の報告の組み合わせと、α波（閉眼安静・後頭部優位・開眼で抑制）がセットで問われやすいです。英語で追試したAdrianとMatthews（1934, Brain, 57(4), 355–385）は2つめのURLです。
https://doi.org/10.1007/BF01797193
doi.orgその他の参考文献
Kane, N., et al.（2017）“A revised glossary of terms most commonly used by clinical electroencephalographers and updated proposal for the report format of the EEG findings. Revision 2017.” Clinical Neurophysiology Practice, 2, 170–185.
概要 IFCNによる脳波用語集の改訂版で、周波数帯、α律動、μ律動、αブロッキング、睡眠紡錘波、K複合、3Hz棘徐波複合、10-20法などを定義しています。無料で読めます。
https://doi.org/10.1016/j.cnp.2017.07.002ほそめがねのひとこと
むずい！
覚え方
①周波数の順番：「デシ・アベ・ガ」。遅い順にδ→θ→α→β→γ。境目は「4・8・13・30」とおおまかに覚えます。
②α波：「目を閉じてアルファ、開けたらアウト」。閉眼安静の後頭部で目立ち、開眼で消えます（αブロッキング）。μ律動は「ミューは（体が）ムーブで消える」です。
③人名と年：「ベルガーはニク（29）、ジャスパーはゴハチ（58）」。Berger 1929年＝ヒトの脳波、Jasper 1958年＝国際10-20法。
④長所短所：「脳波は『いつ』が得意、『どこ』が苦手」。時間分解能が高く、空間分解能が低い。
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