Електроенцефалографія

Психофізіологія - експериментальна дисципліна, тому інтерпретаційні можливості психофізіологічних досліджень в значній мірі визначаються досконалістю і різноманітністю вживаних методів. Правильний вибір методики, адекватне використання її показників і відповідне вирішуючим можливостям методики тлумачення отриманих результатів є умовами, необхідними для проведення успішного психофізіологічного дослідження.

Центральне місце у ряді методів психофізіологічного дослідження займають різні способи реєстрації електричної активності центральної нервової системи, і насамперед головного мозку.

Електроенцефалографія - метод реєстрації і аналізу електроенцефалограми (ЕЕГ), тобто сумарній біоелектричній активності, що відводиться як з скальпа, так і з глибоких структур мозку. Останнє у людини можливо лише в клінічних умовах.

У 1929 р. австрійський психіатр Х. Бергер виявив, що з поверхні черепа можна реєструвати "мозкові хвилі". Він встановив, що електричні характеристики цих сигналів залежать від стану випробовуваного. Найбільш помітними були синхронні хвилі щодо великої амплітуди з характерною частотою близько 10 циклів в секунду. Бергер назвав їх альфа-хвилями і протиставив їх високочастотним "бета-хвилям", які виявляються тоді, коли людина переходить в активніший стан. Відкриття Бергера привело до створення електроенцефалографічного методу вивчення мозку, що полягає в реєстрації, аналізі і інтерпретації біострумів мозку тварин і людини.

Одна з самих вражаючих особливостей ЕЕГ - її спонтанний, автономний характер. Регулярна електрична активність мозку може бути зафіксована вже у плоду (тобто до народження організму) і припиняється тільки з настанням смерті. Навіть при глибокій комі і наркозі спостерігається особлива характерна картина мозкових хвиль.

Сьогодні ЕЕГ є найбільш перспективним, але поки що найменш розшифрованим джерелом даних для психофізіолога.

Умови реєстрації і способи аналізу ЕЕГ. У стаціонарний комплекс для реєстрації ЕЕГ і ряду інших фізіологічних показників входить звукоізолююча екранована камера, обладнане місце для випробовуваного, моногоканальниє підсилювачі, реєструюча апаратура (чернілопішущий енцефалограф, багатоканальний магнітофон). Зазвичай використовується від 8 до 16 каналів реєстрації ЕЕГ від різних ділянок поверхні черепа одночасно. Аналіз ЕЕГ здійснюється як візуально, так і за допомогою ЕОМ. У останньому випадку необхідне спеціальне програмне забезпечення.

По частоті в ЕЕГ розрізняють наступні типи ритмічних складових:

о дельта-ритм (0,5-4 Гц);

о тета-ритм (5-7 Гц);

о альфа-ритм (8-13 Гц) - основний ритм ЕЕГ, переважаючий в стані спокою;

о мю-ритм - по частотно-амплітудних характеристиках схожий з альфа-ритмом, але переважає в передніх відділах кори великих півкуль;

о бета-ритм (15-35 Гц);

о гамма-ритм (вище 35 Гц).

Слід підкреслити, що подібне розбиття на групи більш менш довільно, воно не відповідає ніяким фізіологічним категоріям. Зареєстровані і повільніші частоти електричних потенціалів головного мозку аж до періодів близько декількох годин і діб. Запис по цих частотах виконується за допомогою ЕОМ.

Інша важлива характеристика електричних потенціалів мозку - амплітуда, тобто величина коливань. Амплітуда і частота коливань зв'язані один з одним. Амплітуда високочастотних бета-волн у однієї і тієї людини може бути майже в 10 разів нижче за амплітуду повільніших альфа-волн.

Важливе значення при реєстрації ЕЕГ має розташування електродів, при цьому електрична активність одночасно реєстрована з різних точок голови може сильно розрізнятися. При записі ЕЕГ використовують два основні методи: біполярний і монополярний. У першому випадку обидва електроди поміщаються в електрично активні точки скальпа, в другому один з електродів розташовується в крапці, яка умовно вважається електрично за нейтральну (мочка вуха, перенісся). При біполярному записі реєструється ЕЕГ, що представляє результат взаємодії два електрично активних точок (наприклад, лобового і потиличного відведень), при монополярному записі - активність якогось одного відведення відносно електрично нейтральної крапки (наприклад, лобового або потиличного відведення щодо мочки вуха). Вибір того або іншого варіанту запису залежить від цілей дослідження. У дослідницькій практиці ширше використовується монополярний варіант реєстрації, оскільки він дозволяє вивчати ізольований внесок тієї або іншої зони мозку в процес, що вивчається.

Міжнародна федерація суспільств електроенцефалографії прийняла так звану систему "10-20", що дозволяє точно указувати розташування електродів. Відповідно до цієї системи у кожного випробовуваного точно вимірюють відстань між серединою перенісся (назіоном) і твердим кістковим горбком на потилиці (ініоном), а також між лівою і правою вушними ямками. Можливі точки розташування електродів розділені інтервалами, що становлять 10% або 20% цих відстаней на черепі. При цьому для зручності реєстрації весь череп розбитий на області, позначені буквами: F - лобова, Про - потилична область, Р - тім'яна, Т - скронева, З - область центральної борозни. Непарні номери місць відведення відносяться до лівого, а парні - до правої півкулі. Буквою Z - позначається відведення від верхівки черепа. Це місце називається вертексом і його використовують особливо часто

Клінічний і статичний методи вивчення ЕЕГ. З моменту виникнення виділилися і продовжують існувати як відносний самостійні два підходи до аналізу ЕЕГ: візуальний (клінічний) і статистичний.

Візуальною (клінічний) аналіз ЕЕГ використовується, як правило, в діагностичних цілях. Електрофізіолог, спираючись на певні способи такого аналізу ЕЕГ, вирішує наступне питання: чи відповідає ЕЕГ загальноприйнятим стандартам норми; якщо ні, то який ступінь відхилення від норми, чи виявляються у пацієнта ознаки осередкового ураження мозку і яка локалізація осередку ураження.

Клінічний аналіз ЕЕГ завжди строго індивідуальний і носить переважно якісний характер. Не дивлячись на те, що існують загальноприйняті в клініці прийоми опису ЕЕГ, клінічна інтерпретація ЕЕГ більшою мірою залежить від досвіду електрофізіолога, його уміння "читати" електроенцефалограму, виділяючи в ній приховані і нерідко дуже варіатівниє патологічні ознаки.

Слід, проте, підкреслити, що в широкій клінічній практиці грубі макроосередкові порушення або інші виразно виражені форми патології ЕЕГ зустрічаються рідко. Найчастіше (70-80% випадків) спостерігаються дифузні зміни біоелектричній активності мозку з симптоматикою, що важко піддається формальному опису. Тим часом саме ця симптоматика може представляти особливий інтерес для аналізу того контингенту досліджуваних, які входять до групи так званої "малої" психіатрії - станів, що граничать між "хорошою" нормою і явною патологією. Саме з цієї причини зараз робляться особливі зусилля по формалізації і навіть розробки комп'ютерних програм для аналізу клінічної ЕЕГ.

Статистичні методи дослідження електроенцефалограми виходять з того, що фонова ЕЕГ стаціонарна і стабільна. Подальша обробка в переважній більшості випадків спирається на перетворення Фурье, сенс якого полягає в тому, що хвиля будь-якої складної форми математично ідентична сумі синусоїдальних хвиль різної амплітуди і частоти.

Перетворення Фурье дозволяє перетворити хвилевий патерн фоновою ЕЕГ в частотний і встановити розподіл потужності по кожній частотній складовій. За допомогою перетворення Фурье найскладніші формою коливання ЕЕГ можна звести до ряду синусоїдальних хвиль з різними амплітудами і частотами. На цій основі виділяються нові показники, що розширюють змістовну інтерпретацію ритмічної організації біоелектричних процесів.

Наприклад, спеціальне завдання складає аналіз внеску, або відносної потужності, різних частот, яка залежить від амплітуд синусоїдальних складових. Вона вирішується за допомогою побудови спектрів потужності. Останній є сукупністю всіх значень потужності ритмічних складових ЕЕГ, обчислюваних з певним кроком дискретизації (у розмірі десятих доль герца). Спектри можуть характеризувати абсолютну потужність кожної ритмічної складової або відносну, тобто вираженість потужності кожної складової (у відсотках) по відношенню до загальної потужності ЕЕГ в аналізованому відрізку запису.

Спектри потужності ЕЕГ можна піддавати подальшій обробці, наприклад, кореляційному аналізу, при цьому обчислюють авто- і кросськорреляційні функції, а також когерентність, яка характеризує міру синхронності частотних діапазонів ЕЕГ в двох різних відведеннях. Когерентність змінюється в діапазоні від +1 (повністю співпадаючі форми хвилі) до 0 (абсолютно різні форми хвиль). Така оцінка проводиться в кожній точці безперервного частотного спектру або як середня в межах частотних піддіапазонів. За допомогою обчислення когерентності можна визначити характер внутрішньо- і міжппівкульних стосунків показників ЕЕГ у спокої і при різних видах діяльності. Зокрема, за допомогою цього методу можна встановити провідну півкулю для конкретної діяльності випробовуваного, наявність стійкої межполушарной асиметрії і ін. Завдяки цьому спектрально-кореляційний метод оцінки спектральної потужності (щільність) ритмічних складових ЕЕГ і їх когерентності є в даний час одним з найбільш поширених.

Джерела генерації ЕЕГ. Парадоксально, але власне імпульсна активність нейронів не знаходить віддзеркалення в коливаннях електричного потенціалу, що реєструється з поверхні черепа людини. Причина в тому, що імпульсна активність нейронів не співпадає з ЕЕГ по тимчасових параметрах. Тривалість імпульсу (потенціалу дії) нейрона складає не більше 2 мс. Тимчасові параметри ритмічних складових ЕЕГ обчислюються десятками і сотнями мілісекунд.

Прийнято вважати, що в електричних процесах, що реєструються з поверхні відкритого мозку або скальпа, знаходить віддзеркалення синаптична активність нейронів. Мова йде про потенціали, які виникають в постсинаптичній мембрані нейрона, що приймає імпульс. Збуджуючі постсинаптичні потенціали мають тривалість більше 30 мс, а гальмівні постсинаптичні потенціали кори можуть досягати 70 мс і більш. Ці потенціали (на відміну від потенціалу дії нейрона, який виникає по принципу "все або нічого") мають градуальний характер і можуть підсумовуватися.

Дещо спрощуючи картину, можна сказати, що позитивні коливання потенціалу на поверхні кори пов'язані або із збуджуючими постсинаптичними потенціалами в її глибинних шарах, або з гальмівними постсинаптичними потенціалами в поверхневих шарах. Негативні коливання потенціалу на поверхні кори імовірно відображають протилежне цьому співвідношення джерел електричної активності.

Ритмічний характер біоелектричної активності кори, і зокрема альфа-ритму, обумовлений в основному впливом підкіркових структур, насамперед таламуса (проміжний мозок). Саме у таламусі знаходяться головні, але не єдині пейсмекери або водії ритму. Одностороннє видалення таламуса або його хірургічна ізоляція від неокортексу приводить до повного зникнення альфа-ритму в зонах кори прооперованої півкулі. При цьому в ритмічній активності самого таламуса ніщо не міняється. Нейрони неспецифічного таламуса володіють властивістю авторитмічності. Ці нейрони через відповідні збуджуючі і гальмівні зв'язки здатні генерувати і підтримувати ритмічну активність в корі великих півкуль. Велику роль в динаміці електричної активності таламуса і кори грає ретикулярна формація стовбура мозку. Вона може робити синхронізуючий вплив, тобто сприяюче генерації стійкого ритмічного патерну, і дезінхронізірующєє, що порушує узгоджену ритмічну активність.

Функціональне значення ЕЗГ і її складових. Істотне значення має питання про функціональне значення окремих складових ЕЕГ. Найбільшу увагу дослідників тут завжди привертав альфа-ритм < - домінуючий ритм ЕЕГ спокою у людини.

Існує немало припущень, що стосуються функціональної ролі альфа-ритму. Основоположник кібернетики Н. Вінер і услід за ним ряд інших дослідників вважали, що цей ритм виконує функцію тимчасового сканування ("прочитування") інформації і тісно пов'язаний з механізмами сприйняття і пам'яті. Передбачається, що альфа-ритм відображає реверберацію збуджень, що кодують внутрішньомозкову інформацію і що створюють оптимальний фон для процесу прийому і переробки аферентних сигналів. Його роль полягає в своєрідній функціональній стабілізації станів мозку і забезпеченні готовності реагування. Передбачається також, що альфа-ритм пов'язаний з дією селектірующих механізмів мозку, що виконують функцію резонансного фільтру, і таким чином регулюючих потік сенсорних імпульсів.

У спокої в ЕЕГ можуть бути присутніми і інші ритмічні складові, але їх значення краще всього з'ясовується при ізмененіїі функціональних станів організму. Так, дельта-ритм у здорової дорослої людини у спокої практично відсутній, але він домінує в ЕЕГ на четвертій стадії сну, яка отримала свою назву по цьому ритму (медленноволнової сон або дельта-сон). Навпаки, тета-ритм тісно пов'язаний з емоційною і розумовою напругою. Його іноді так і називають стрес-ритм або ритм напруги. У людини одним з ЕЕГ симптомів емоційного збудження служить посилення тета-ритму з частотою коливань 4-7 Гц, супроводжуюче переживання як позитивних, так і негативних емоцій. При виконанні розумових завдань може посилюватися і дельта-, і тета-активність. Причому посилення останньої складової позитивно співвідноситься з успішністю вирішення завдань. По своєму походженню тета-ритм пов'язаний з кортіко-лімбічеським взаємодією. Передбачається, що посилення тета-ритму при емоціях відображає активацію кори великих півкуль з боку лімбічеськой системи.

Перехід від стану спокою до напруги завжди супроводиться реакцією десинхронізації, головним компонентом якої служить високочастотна бета-активність. Розумова діяльність у дорослих супроводиться підвищенням потужності бета-ритму, причому значуще посилення високочастотної активності спостерігається при розумовій діяльності, що включає елементи новизни, тоді як стереотипні розумові операції, що повторюються, супроводяться її зниженням. Встановлено також, що успішність виконання вербальних завдань і тестів на зрительно-пространственные стосунки виявляється позитивно пов'язаною з високою активністю бета-діапазона ЕЕГ лівої півкулі. По деяких припущеннях, ця активність пов'язана з віддзеркаленням діяльності механізмів сканування структури стимулу, здійснюваної нейронними мережами, що продукують високочастотну активність ЕЕГ.

Магнітоенцефалографія - реєстрація параметрів магнітного поля, обумовлених біоелектричною активністю головного мозку. Запис цих параметрів здійснюється за допомогою надпровідних квантових інтерференційних датчиків і спеціальної камери, що ізолює магнітні поля мозку від сильніших зовнішніх полів. Метод володіє рядом переваг перед реєстрацією традиційної електроенцефалограми. Зокрема, радіальні складові магнітних полів, що реєструються з скальпа, не зазнають таких сильних спотворень, як ЕЕГ. Це дозволяє точніше розраховувати положення генераторів ЕЕГ-АКТІВНОСТІ, що реєструється з скальпа.

Дата добавления: 2015-07-11