Οι υπνικές άτρακτοι είναι χαρακτηριστικές κυματομορφές του ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος (ΗΕΓ) του σταδίου 2 του ήσυχου (NREM) ύπνου, που έχουν υπναγωγικό ρόλο και σχετίζονται με διαδικασίες μνήμης και μάθησης. Μια υπνική άτρακτος είναι ομάδα ρυθμικά επαναλαμβανόμενων κυρίως αρνητικών κυμάτων με πλάτος που σταδιακά αυξάνεται και στη συνέχεια, σταδιακά μειώνεται, εντός της ζώνης συχνοτήτων 12-15 Hz (ζώνη συχνοτήτων ρυθμού σίγμα) και με διάρκεια μεταξύ 0.5 και 2 δευτερολέπτων. Η απεικόνιση, για μια κορυφή της ατράκτου, της κατανομής καποιας ηλεκτροεγκεφαλογραφικής μεταβλητής (π.χ. του ηλεκτρικού δυναμικού) στο πεδίο των ηλεκτροδίων καλείται τοπογραφία της κορυφής αυτής. Σκοπός της μελέτης ήταν να διερευνηθεί η τοπογραφία των ταχέων υπνικών ατράκτων κατά μέσο όρο, έτσι από ένα σύνολο 1449 γρήγορων ατράκτων επιλέχθηκαν προς ανάλυση 843 οι οποίες εμφανίζονταν σποραδικά και τουλάχιστον 3 δευτερόλεπτα μακριά από άλλα εμφανή εγκεφαλογραφικά συμβάντα που θα μπορούσαν να τις επηρεάσουν. Οι υπνικές άτρακτοι σημαδεύτηκαν πάνω στο ΗΕΓ οπτικά στην πρώτη, στην μεσαία και στην τελευταία αρνητική κορυφή τους, ακολούθησε προ-επεξεργασία, αποθορυβοποίηση των δεδομένων και εν συνεχεία μεσοποίηση τους στο πεδίο του χρόνου και των συχνοτήτων. Από την ανάλυση προκύπτει ότι η μέση τοπογραφία των ατράκτων στην αρχή, στη μέση και στο τέλος μεγιστοποιείται κεντρικά της κεφαλής και είναι σχετικά σταθερή και στις τρεις περιπτώσεις με μικρή τάση μετατόπισης προς τα εμπρός καθώς το φαινόμενο εξελίσσεται. Ομως, οι μεμονωμένες άτρακτοι εμφανίζουν μεγάλη ποικιλία προτύπων κίνησης του σημείου μεγίστης ισχύος η οποία δεν αποτυπώνεται στο μέσο όρο αλλά γίνεται αντιληπτή εξετάζοντας την τοπογραφία ενός μεγάλου αριθμού ατράκτων πριν τη μεσοποίηση. / Sleep spindles are characteristic waveforms of NREM sleep stage 2 electroencephalogram (EEG) which are involved in the generation and preservation of sleep as well as learning and memory processes. A sleep spindle is a group of rhythmic waves with gradually increasing and then decreasing amplitude (crescendo decrescendo morphology) within the frequency band 11-15 Hz and duration from 0.5 to 2 seconds. The voltage map of all electrodes for a spindle’s peak is called topography of the peak (power distribution visualization). The purpose of this study was to investigate the topography of fast spindles average thus, from a set of 1449 fast spindles, 843 were at least 3 seconds away from other EEG notable events which could affect them and were chosen for the average study. Sleep spindles were marked on EEG signal visually at first, middle and last negative peak, the next steps were preprocessing and denoising and finally averaging in time and in frequency domains. After the analysis we conclude that the average topography of the spindles at their start, middle and end is relatively stable and maximizes at the center of the head with a little tension to move forward as the phenomenon evolves. However, individual spindles show a great variety of movement patterns of the point of maximal electrical potential which patterns are not depicted in their average but can be understood by examining a large number of spindles before averaging.

Over the course of a typical night, sleep is comprised of multiple different stages that involve changes in brainwave patterns. Intracranial EEG (iEEG) is an invasive brain recording technique used in hospital settings in epileptic patients to determine the focus of their seizure activity. The intracranial data recorded allows one to directly observe the neural activity of deep brain structures such as the hippocampus and to detect single unit activity and local field potentials, thus providing a level of physiological detail normally available only in animal studies. In this thesis we employ intracranial data to advance our understanding of sleep neural dynamics in humans, and to this end its focus is in two areas : (1) developing a way of sleep scoring iEEG data and (2) investigating the neural dynamics of a particular waveform found during sleep, the sleep spindle, and its role in memory consolidation. Typically, iEEG recordings do not include electrooculogram or electromyogram recordings, which are normally needed for sleep scoring—especially for scoring rapid-eye movement (REM) sleep. We identified differences in alpha power between wake and REM sleep to develop a methodological way to reliably differentiate between wake and REM sleep states. We also wanted to investigate the neural dynamics involved with a particular brainwave seen during sleep, the sleep spindle, which is thought to be important for sleep-mediated memory consolidation. Historically, sleep spindles were thought to occur synchronously across the cortex, but recent findings using iEEG have identified that sleep spindles can also be local. We utilized intracranial EEG to confirm previous findings that iEEG can identify local sleep spindles. In addition to identifying local sleep spindles, we aimed to investigate the potential role that sleep spindles have on learning and memory using standard targeted memory reactivation paradigms for iii both procedural and declarative memories. We found that local sleep spindles occurred at a specific time following auditory stimulation for both procedural and declarative memories. This work has opened up the use of iEEG recordings to investigations of REM sleep dynamics and laid the groundwork for examining the role of local sleep spindles in memory consolidation. / Master of Science / During a night of sleep, our brain goes through different stages that exhibit changes in brainwave patterns. Intracranial EEG (iEEG) is an invasive brain recording technique used in hospital settings in epileptic patients to determine the focus of their seizure activity; this particular brain recording technique allows one to observe the brain activity of deep brain structures. By using iEEG data, we aimed to (1) develop a way of sleep scoring iEEG data and (2) investigate the neural dynamics of a particular waveform found during sleep, the sleep spindle, and its role in memory consolidation.  Electrooculograms (EOG) are used to record the electrical activity of eye movements, and electromyograms (EMG) are used to measure muscle activity. Both of these recording techniques, in addition to EEG, are needed for sleep scoring, especially rapid eye movement (REM) sleep. However, typical iEEG recordings do not have EOGs and EMGs applied to the patient. Using iEEG data, we were able to identify differences in a specific brainwave, the alpha rhythm, between wakeful brain activity and REM sleep brain activity. Furthermore, we were able to use this difference to reliably score REM sleep in iEEG data without the need for EOGs and EMGs.  We also wanted to investigate the brainwave changes in a particular waveform, the sleep spindle, that has been thought to be important for sleep-mediated memory consolidation. Previous research using typical EEG recordings showed that sleep spindles occur synchronously across the cortex, but recent findings using iEEG have identified that sleep spindles can also occur asynchronously across the cortex. We replicated previous research showing that these local sleep spindles are identifiable using iEEG recordings. In addition to identifying local sleep spindles, we investigated the potential role that sleep spindles have on learning and memory. To do so, we used standard targeted memory reactivation paradigms for two types of memory: declarative and procedural memory. We found that local sleep spindles occurred at a specific time following auditory stimulation for both procedural and declarative memories.  This work has opened up the use of iEEG recordings to investigations of REM sleep dynamics and laid the groundwork for examining the role of local sleep spindles in memory consolidation.

Το σύμπλεγμα-Κ και η άτρακτος είναι από τα χαρακτηριστικότερα ηλεκτροεγκεφαλογραφικά στοιχεία του δευτέρου NREM σταδίου του ύπνου στον άνθρωπο. Η παρούσα μελέτη διεξήχθη με σκοπό να διερευνήσει πιθανές σχέσεις μεταξύ των φαινομένων αυτών που εμφανίζονται κατά το δεύτερο στάδιο του NREM ύπνου, με ταυτόχρονη φιλοδοξία να απαντήσει σε ερωτήματα σχετικά με τον λειτουργικό ρόλο αυτών. Δέκα υγιή υποκείμενα έλαβαν μέρος στην μελέτη, κατά την οποία ελήφθη το ολονύχτιο ηλεκτροεγκεφαλογράφημα του ύπνου τους. Τα φαινόμενα ενδιεφέροντος αναγνωρίστηκαν, επιλέχθησαν και σημειώθηκαν προκειμένου να υποβληθούν σε συμβαντο-σχετιζόμενη ανάλυση, η οποία ενισχύθηκε από την εφαρμογή ανάλυσης χρόνου-συχνοτήτων καθώς και διδιάστατης τοπογραφικής απεικόνισης στον χώρο των ηλεκτροδίων. Η παρούσα μελέτη οδήγησε στα παρακάτω ευρήματα σχετικά με τα κύρια ηλεκτροεγκεφαλογραφικά στοιχεία του δευτέρου NREM σταδίου του ανθρώπινου ύπνου. Ταχείες άτρακτοι στην πορεία των οποίων τυγχάνει να εμφανιστεί σύμπλεγμα-Κ διακόπτουν την ταλάντωσή τους. Άτρακτοι οι οποίες με μεγάλη πιθανότητα εμφανίζονται μετά την πάροδο του συμπλέγματος-Κ έχουν υψηλότερη συχνότητα ταλάντωσης τόσο από εκείνες που διεκόπησαν όσο και από τις σποραδικές, μη-συσχετισμένες με σύμπλεγμα-Κ, ατράκτους. Η εν λόγω αύξηση στην συχνότητα τείνει προς μια μέγιστη συχνότητα ταλάντωσης και δεν εξαρτάται από κάποιο από τα ηλεκτροεγκεφαλογραφικά καταγραφόμενα χαρακτηριστικά του συμπλέγματος-Κ. Αντίστοιχα, και η διακοπή της ταλάντωσης των ατράκτων πρό του συμπλέγματος-Κ δεν μπορεί με βεβαιότητα να αποδωθεί στο σύμπλεγμα-Κ. Εντός του συμπλέγματος-Κ εμφανίζεται με μεγάλη πιθανότητα ρυθμική δραστηριότητα στο άνω όριο της θήτα ζώνης συχνοτήτων. Η δραστηριότητα αυτή είναι ανεξάρτητη του συμπλέγματος-Κ, καθώς εμφανίζει κατά πλειονότητα προσθιο-οπίσθιο προφίλ διάδοσης όταν το αργό κύμα του συμπλέγματος-Κ έχει μετωπιαία εντόπιση. Ο υψηλός θήτα ρυθμός αυτός, όσο περισσότερες ταλαντώσεις επιτυγχάνει εντός του συμπλέγματος-Κ τόσο περισσότερο τείνει να εισέλθει συχνοτικά στην άλφα ζώνη συχνοτήτων, από την οποία κατά πλειονότητα επανέρχεται στα αρχικά συχνοτικά επίπεδα κατά την τελευταία ταλάντωση˙ μια φασματική επαναφορά προτύπου πέδησης, την οποία ελλείψει άλλων οπτικά αξιολογήσιμων στοιχείων αποδίδουμε στην ύστερη δράση του συμπλέγματος-Κ. Η μελέτη αυτή έδειξε: α) ότι το σύμπλεγμα-Κ και οι άτρακτοι αποτελούν υπναγωγικά στοιχεία του φλοιού και του θαλάμου αντίστοιχα, τα οποία αντικατοπτρίζουν ανεξάρτητες αλλά συνεργές διαδικασίες που σκοπό έχουν να διατηρήσουν την συνέχεια του ύπνου, και β) ότι οι αλληλεπιδράσεις του συμπλέγματος-Κ με τους περί αυτό ρυθμούς υποδεικνύουν την ύπαρξη μιας ακόμη πιο βραχύχρονης δυναμικής διεργασίας στην μικρο-αρχιτεκτονική του ύπνου. Παράλληλα η μελέτη οδήγησε στην ανάπτυξη ενός νέου εργαλείου ταυτόχρονης απεικόνισης της μακρο-αρχιτεκτονικής και της μικρο-αρχιτεκτονικής του ύπνου: του υπνοφασματογραφήματος, του διαγράμματος χρόνου-συχνοτήτων του ολονύχτιου ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος του ύπνου. / The K-complex and the sleep spindle are the most distinctive electroencephalographic features of the the second stage of NREM human sleep. This study was performed in order to investigate the potential relations between these phenomena that make their appearance in the second stage of NREM sleep, at the same time aiming in answering questions regarding their physiological role. Ten healthy individuals participated in this study, during which the whole-night sleep electroencephalogram was derived. The features of interest were identified, selected and marked in order to undergo event-related analysis, empowered by time-frequency analysis and 2-dimentional topography in electrode space. This study led to the following conclusions regarding the main electroencephalographic features of the second stage of NREM human sleep. Fast sleep spindles, during the course of which a K-complex happens to appear, interrupt their oscillation. The spindles that appear with high probability after the K-complex have higher frequency of oscillation from both the interrupted ones as well as form the sporadic, non-cprrelated to the K-complex, spindles. This increment in frequency tends towards a maximum oscillation frequency and is not dependent in any of the electroencephalographically recorded features of the K-complex. Respectively, the interruption of the oscillation of the pre-K-complex spindles cannot be credited to the K-complex with certainty. During the course of the K-complex a rhythmic activity of the upper theta band appears with high probability. This activity is independent from the K-complex as, in majority, it exhibits a antero-posterior profile of displacement when the slow wave of the K-complex has a frontal localization. This high-theta rhythm, the more oscillation peaks it achieves during the K-complex, the more it tends to enter the alpha band, from which, in majority, it returns to the initial frequency levels during the last oscillation; a spectral breaking profile that, in the absence of other visually evaluated elements, we credit to the late action of the K-complex. This study showed that: a) the K-complex and the sleep spindle are sleep-promoting elements of the cortex and the thalamus, respectively, that represent independent but cooperative processes that aim in preserving the continuity of sleep, and b) that the interactions of the K-complex with the rhythms around it reveal the existence of an even briefer dynamic process of the micro-architecture of sleep. At the same time, this study led to the development of a novel tool for concurrent visualization of the macro-architecture and the micro-architecture of sleep: the hypnospectrogram, the time-frequency plot of the whole-night sleep electroencephalogram.

Healthy ageing has been found to be accompanied by changes in slow wave activity (SWA) and cognitive function. Furthermore, these changes have been seen predominantly in the prefrontal cortex (PFC) compared to other regions of the cortex. Current theories of cognitive ageing propose that this occurs due to a specified deterioration of neuronal substrates of the PFC, and as such, changes in SWA and cognitive function may decline at similar rates due to similar underlying aetiology. The main aim of the current thesis was to explore age-related differences in electroencephalographic (EEG) SWA during the first NREM period and cognitive performance that relies on the integrity of the PFC: executive function and social cognition. The extent to which executive function (reliant on dorsolateral PFC areas) and social cognitive function (reliant on ventromedial PFC regions) show similar age-related deterioration was investigated in Study 1. Here, 16 young (22.2 years) and 16 older (71.5 years) adults were administered with a cognitive testing battery including executive function measures: Verbal Fluency (VF) and Tower of London (TOL); as well as measures of social cognition: Go/No-go, Emotional Prosody and Ekman 60 Faces. Not all measures of PFC function were affected to the same extent. The older group performed significantly worse on the TOL, but not on the VF test. Additionally, simple aspects of social cognition did not display differences between the groups, but the older group performed significantly worse than the young group on more complex aspects of recognition of emotion from facial expression (Ekman 60 Faces) and Emotional Prosody. As most studies of cognitive ageing are cross-sectional and show large agerelated changes, the remainder of this thesis focused on age-related changes using a longitudinal design over a relatively small ageing period (mean = 6.29 years). The average age of participants at baseline was 67.1 years and the average age at follow-up was 73.4 years. In Study 2, in a sample of 11 participants, performance on executive function tests was measured (TOL, VF and Wisconsin Card Sorting Test: WCST). As found in the cross-sectional analyses reported in Study 1, the TOL task was found to be the most sensitive indicator of age-related changes, as this showed a decline with age; whereas, VF and WCST remained stable over time. Furthermore, in Study 3, localised SWA was recorded via EEG, and significant declines were found in low frequency delta (0.5 – 1 Hz), which was localised to the left frontal region.

Les fuseaux de sommeil sont générés par le noyau réticulaire thalamique puis transmis dans la boucle thalamo-corticale durant le sommeil lent. Ils sont considérés comme ayant un rôle protecteur du sommeil en inhibant les entrées sensorielles. L'objectif de notre travail était de tester ce rôle inhibiteur sur les réactions d'éveil et les réponses évoquées par des stimulations nociceptives chez l'homme en menant trois études électrophysiologiques au cours de nuits entières. Les deux premières études ont utilisé des stimuli laser thermo-nociceptifs délivrés pendant ou en dehors de fuseaux. Les réponses cérébrales étaient obtenues par enregistrements de surface chez des sujets sains, ou intracérébraux chez des patients épileptiques. Les résultats n'ont pas montré de différence significative des réactions d'éveil ou des réponses évoquées, que les stimuli aient été délivrés pendant ou en dehors de fuseaux. Ceci était le cas dans l'étude de surface, mais également dans celle en intracérébral dans laquelle les fuseaux étaient détectés dans le thalamus et les réponses analysées dans l'insula, connue pour répondre systématiquement aux stimuli nociceptifs. Dans la troisième étude, afin d'augmenter la quantité de stimuli, des stimulations électriques ont été utilisées à intensité nociceptive. La relation temporelle entre fuseau et traitement sensoriel a ainsi été étudiée avec des enregistrements de surface à haute densité chez des sujets sains. Les réponses évoquées, présentes dans tous les cas, étaient de plus grande amplitude lors des stimuli délivrés autour du début du fuseau. Ainsi, l'effet inhibiteur du fuseau de sommeil ne semble pas s'appliquer au traitement des informations nociceptives et la modulation des réponses corticales selon le moment du fuseau pourrait refléter l'influence de l'onde lente corticale / Sleep spindles are generated by thalamic reticular nuclei and transmitted into the thalamo-cortical network during nonREM sleep. They are commonly thought to have a sleep-protecting role by inhibiting sensory inputs. The aim of our work was to test their inhibitory effect on behavioural and evoked responses to nociceptive inputs in humans by conducing three electrophysiological experiments during a whole night of sleep. The first two experiments used thermo-nociceptive laser stimuli delivered during or apart from sleep spindles. Cerebral responses were obtained with surface recordings in healthy subjects, or intracerebral ones in epileptic patients. Results showed no significant difference in arousal reactions and cortical evoked responses to stimuli delivered during or apart from sleep spindles. This was the case on surface recordings as well as on intracerebral ones in which spindles were detected within the thalamus while responses were analysed in the insula, known to systematically respond to nociceptive stimuli. In the third experiment, in order to increase the rate of stimuli, electrical ones were used at nociceptive intensities. The relationship between spindle activity and sensory processing was then investigated with surface high-density recordings in healthy subjects. Evoked responses were present in any case, but of higher amplitude around the initiation of spindle activity. Thus, the spindles inhibitory effect of sensory processing does not seem to apply to nociceptive inputs and the modulation of cortical responses according to the timing of spindle might reflect the influence of the slow oscillation

Les avancées techniques et méthodologiques de la neuroscience ont permis de caractériser le sommeil comme un état actif et dynamique où des événements neuronaux cohésifs organisent les fonctions cérébrales. Les fuseaux de sommeil et les ondes lentes sont les marqueurs électroencéphalographiques de ces événements, et la mesure de leurs paramètres reflète et nuance les interactions neuronales à l’oeuvre pendant le sommeil lent. Considérant leur implication dans les fonctions hypniques et cognitives, les événements du sommeil lent sont particulièrement pertinents à l’étude du vieillissement, où l’intégrité de ces fonctions est mise au défi. Le vieillissement normal s’accompagne non seulement de réductions importantes des paramètres composant les événements du sommeil lent, mais aussi de modifications précises de l’intégrité anatomique et fonctionnelle du cerveau. Récemment, les études ont souligné la régulation locale des événements du sommeil lent, dont l’évolution avec l’âge demeure toutefois peu explorée. Le présent ouvrage se propose de documenter les liens unissant la neurophysiologie du sommeil, le vieillissement normal et l’activité régionale du cerveau par l’évaluation topographique et hémodynamique des événements du sommeil lent au cours du vieillissement. Dans une première étude, la densité, la durée, l’amplitude et la fréquence des fuseaux de sommeil ont été évaluées chez trois groupes d’âge au moyen de l’analyse topographique et paramétrique de l’électroencéphalogramme. Dans une seconde étude, les variations hémodynamiques associées à l’occurrence et modulées par l’amplitude des ondes lentes ont été évaluées chez deux groupes d’âge au moyen de l’électroencéphalographie combinée à l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle. Globalement, les résultats obtenus ont indiqué : 1) une dichotomie des aires corticales antérieures et postérieures quant aux effets d’âge sur les paramètres des fuseaux de sommeil; 2) des variations de la réponse hémodynamique associées aux ondes lentes dans une diversité de régions corticales et sous-corticales chez les personnes âgées. Ces résultats suggèrent la réorganisation fonctionnelle de l’activité neuronale en sommeil lent à travers l’âge adulte, soulignent l’utilité et la sensibilité des événements du sommeil lent comme marqueurs de vieillissement cérébral, et encouragent la recherche sur l’évolution des mécanismes de plasticité synaptique, de récupération cellulaire et de consolidation du sommeil avec l’âge. / As demonstrated by recent advancements in the field of neuroscience, sleep is an active and dynamic state in which cohesive neural oscillations organize brain functions. Sleep spindles and slow waves are hallmarks of non-rapid eye movement (NREM) sleep and are used as markers on the electroencephalogram to characterize the underlying neural activity. Because of their implication in sleep and cognitive processes, these oscillations are particularly relevant in aging research, as functional challenges to sleep and memory are well known among this population. Normal aging not only reduces the characteristics of NREM sleep oscillations, but it also modifies anatomical and functional measures of brain integrity. Local regulation of NREM sleep oscillations have recently been described, yet few evidence is currently available on this process in aging. The present work aims to characterize the relationship between sleep neurophysiology, normal aging and regional brain activity with the assessment of the topography and hemodynamics of NREM sleep oscillations throughout adulthood. In a first study, sleep spindle density, duration, amplitude and frequency will be assessed in three age groups in relation to brain topography using electroencephalography. In a second study, hemodynamic responses to slow wave events and their modulation by amplitude will be assessed in two age groups using electroencephalography combined with functional magnetic resonance imaging. Our results can be summarized as follows: 1) age effects on sleep spindle characteristics showed an intriguing dichotomy between anterior and posterior cortical areas; 2) hemodynamic variations related to slow waves were observed in a wide array of cortical and subcortical regions in older individuals. These results suggest the functional reorganization of neural activity during NREM sleep throughout adulthood, support NREM sleep oscillations as useful and sensible biomarkers of brain aging, and promote further research on age-related changes in synaptic plasticity, cell restoration and sleep maintenance.

Abstract Several anaesthetics are able to induce a burst-suppression (B-S) pattern in the electroencephalogram (EEG) during deep levels of anaesthesia. A burst-suppression pattern consists of alternating high amplitude bursts and periods of suppressed background activity. All monitors measuring the adequacy of anaesthesia recognize the EEG B-S as one criterion. A better understanding of EEG burst-suppression is important in understanding the mechanisms of anaesthesia. The aim of the study was to acquire a more comprehensive understanding of the function of neural pathways during deep anaesthesia. The thesis is comprised of four prospective clinical studies with EEG recordings from 64 patients, and of one experimental study of a porcine model of epilepsy with EEG registrations together with BOLD fMRI during isoflurane anaesthesia (II). In study I, somatosensory cortical evoked responses to median nerve stimulation were studied under sevoflurane anaesthesia at EEG B-S levels. In study III, The EEGs of three Parkinson`s patients were observed to describe the characteristics of B-S during propofol anaesthesia using scalp electrodes and depth electrodes in the subthalamic nucleus. In study IV, EEG topography was observed in 20 healthy children under anaesthesia mask induction with sevoflurane. Twenty male patients were randomized to either controlled hyperventilation or spontaneous breathing groups for anaesthesia mask induction with sevoflurane in study V. EEG alterations in relation to haemodynamic responses were examined in studies IV and V. Somatosensory information reached the cortex even during deep anaesthesia at EEG burst-suppression level. Further processing of these impulses in the cortex was suppressed. The EEG slow wave oscillations were synchronous over the entire cerebral cortex, while spindles and sharp waves were produced by the sensorimotor cortex. The development of focal epileptic activity could be detected as a BOLD signal increase, which preceded the EEG spike activity. The epileptogenic property of sevoflurane used at high concentrations especially during hyperventilation but also during spontaneous breathing together with heart rate increase, was confirmed in healthy children and male. Spike- and polyspike waveforms concentrated in a multifocal manner frontocentrally. / Tiivistelmä Useat anestesia-aineet pystyvät aiheuttamaan aivosähkökäyrän (EEG) purskevaimentuman syvän anestesian aikana. Purskevaimentuma koostuu EEG:n suuriamplitudisten purskeiden sekä vaimentuneen taustatoiminnan vaihtelusta. Kaikkien anestesian syvyyttä mittaavien valvontalaitteiden toiminta perustuu osaltaan EEG:n purskevaimentuman tunnistamiseen. Tämän ilmiön parempi tunteminen on tärkeää anestesiamekanismien ymmärtämiseksi. Tutkimuksen päämääränä oli saada kattavampi käsitys hermoratojen toiminnasta syvässä anestesiassa. Väitöskirjatyö koostuu neljästä prospektiivisesta yhteensä 64 potilaan EEG-rekisteröinnit sisältävästä tutkimuksesta sekä yhdestä kokeellisen epilepsiatutkimuksen koe-eläintyöstä, jossa porsailla käytettiin isofluraanianestesiassa sekä EEG-rekisteröintejä sekä että magneettikuvantamista (fMRI) samanaikaisesti (II). Ensimmäisessä osatyössä tutkittiin keskihermon stimulaation aiheuttamia somatosensorisia herätepotentiaaleja aivokuorella EEG:n purskevaimentumatasolla sevofluraanianestesian aikana. Kolmannessa osatyössä selvitettiin propofolianestesian aiheuttamaa EEG:n purskevaimentumaa kolmelta Parkinsonin tautia sairastavalta potilaalta käyttäen sekä pintaelektrodien että subtalamisen aivotumakkeen syväelektrodien rekisteröintejä. Neljännessä osatyössä tutkittiin EEG:n topografiaa 20:llä terveeellä lapsella indusoimalla anestesia sevofluraanilla. Kaksikymmentä miespotilasta nukutettiin sevofluraanilla ja heidät satunnaistettiin joko kontrolloidun hyperventilaation tai spontaanin hengityksen ryhmiin osatyössä V. EEG-muutoksia sekä niiden yhteyttä verenkiertovasteisiin selviteltiin molemmissa osatöissä IV ja V. Omasta kehosta tuleviin tuntoärsykkeisiin liittyvä somatosensorinen informaatio saavutti aivokuoren myös syvässä EEG:n purskevaimentumatasoisessa anestesiassa. Impulssien jatkokäsittely aivokuorella oli kuitenkin estynyt. EEG:n hidasaaltotoiminta oli synkronista koko aivokuoren alueella, sen sijaan unisukkulat ja terävät aallot paikantuivat sensorimotoriselle aivokuorelle. Paikallisen epileptisen toiminnan kehittyminen oli mahdollista havaita jo ennen piikikkäiden EEG:n aaltomuotojen ilmaantumista edeltävänä BOLD-ilmiöön liittyvänä aivoverenkierron lisääntymisenä. Sevofluraanin epileptogeenisyys varmistui erityisesti hyperventilaation, mutta myös spontaanin hengityksen yhteydessä ja näihin liittyi sykkeen nousu sekä terveillä lapsilla että miehillä. Piikkejä ja monipiikkejä käsittävien aaltomuotojen keskittymistä esiintyi otsalohkon keskialueilla.