Нейронауки для всех. Методы: электроэнцефалография

01761565e50d7cb7fe87fb51146a93c3

Электроэнцефалография (ЭЭГ) — метод исследования головного мозга, с помощью которого можно «прочитать» его электрическую активность и представить результаты в виде графического изображения.

Мозг — структура очень замысловатая, в нем постоянно происходят сложные колебательные электрические процессы, которые можно зарегистрировать, расположив электроды на поверхности мозгового вещества, если черепная коробка отсутствует (электрокортикография) или на коже головы. Так каким же образом нейроны дают кожным электродам снаружи запечатлеть их активность?

c65185d5af994f3a1be1f5ed6fc75f44

Рис.1.  Модель синаптической организации, основа формирования волн ЭЭГ. Локальные сети таламуса посылаютритмичные сигналы в пирамидные нейроны коры (П1 и П2). В наиболее отдаленных от тел клетки (дистальных)дендритах возникают постсинаптические потенциалы, служащие источником внеклеточных токов (направлениетоков указано стрелками).  Между электродами 1 и 2, под которыми протекают токи, создается разностьпотенциалов, которая и регистрируется в виде ЭЭГ.

В ядрах таламуса, который располагается в среднем мозге, есть специальные генераторы потенциалов действия, посылающие по таламокортикальным волокнам импульсы к нейронам коры. Однако, ритм активности может определяться и активностью нейронных сетей самой коры.

Импульсы, исходящие от таламуса, принимаются дендритами пирамидных клеток коры и вызывают в них ответную электрическую реакцию в виде постсинаптического потенциала (проще говоря, мембрана «принимающей стороны» возбуждается). Здесь появляются местные внеклеточные токи, которые распространяются и «протекают» в области наложения электродов. Некоторые исследователи говорят, что ЭЭГ по большому счету отражает не активность мозга в целом, как принято считать, а лишь активность первого слоя коры, который как раз состоит из тесно переплетённых дендритов корковых нейронов.

Устройство электроэнцефалографа

Современные приборы представляют собой многоканальные (24 и более) регистрирующие устройства, которые позволяют одновременно регистрировать электрическую активность от соответствующего числа электродов, установленных на голове обследуемого. Сами же электроды представляют собой небольшие металлические пластины или стержни.

 790724a400d23aa77efd170e762bc01c

Рис.2. Типы электродов и способы их крепления на голове. а мостовый электрод, металлический стержень сдержателем, с одного конца покрыт гигроскопичным материалом и пропитывается раствором хлорида натрия.От противоположного конца отходит отводящий провод. б игольчатый электрод, вкалывается в кожу,используется во время хирургических операций для контроля за ЦНС. в чашечковый электрод. 1 металл, 2 липкая лента, 3 электродная паста, 4 кожа головы. г шапочка из жгутов, для закрепления электродов

Различия в потенциалах на кожной поверхности головы имеют маленькую амплитуду, в норме — около 100-150 мкВ. После «отлавливания» они подаются на входы усилительно-регистрирующих устройств. Современные усилители весьма чувствительны и позволяют обнаруживать электрические колебания с амплитудой всего в несколько микровольт (1 мкВ = 1/1000000 В). Помимо регистрирующих электродов, на теле обследуемого устанавливают электрод заземления (например, на мочке уха), он служит для выравнивания потенциалов тела пациента и усилителя.

160bfe784dbbf503df80c27e7eff5d12

Рис.3. Схема электроэнцефалографа. 1 голова исследуемого с электродами, 2 входная коробка, 3 соединительные кабели, 4 селекторный блок с переключателями для каждого канала, 5 блок усиления сфильтрами частот и регулировкой усиления, 6 блок регистрации

По способу регистрации данных ЭЭГ подразделяются на бумажные (перьевые), где данные записываются на бумажную ленту, и более современные – цифровые, где полученные данные отображаются на мониторе компьютера и обрабатываются с помощью специальных программ.

История ЭЭГ

Еще в 1849 году Дюбуа Рэймон продемонстрировал, что мозг обладает электрогенными свойствами. Английский физиолог Ричард Кэтон в 1875 году делал доклад на заседании Британской медицинской ассоциации о регистрации слабых токов от мозга кроликов и обезьян. Русский физиолог Василий Яковлевич Данилевский, независимо от Кэтона, в 1875 году в своей докторской диссертации осветил особенности электрической активности мозга собак. Данилевский писал, что у собак наблюдались «самостоятельные или спонтанные токи мозга», хотя на животных не оказывали внешнего раздражения.

В 1882 году Иван Михайлович Сеченов, один из основоположников русской физиологии, опубликовал работу «Гальванические явления в продолговатом мозге лягушки», в которой установил факт наличия ритмической активности мозга. В 1884 году Николай Евгеньевич Введенский, ученик Сеченова, в своей работе «Исследования над нервными центрами» описал телефонический метод изучения активности нервной системы. Ученый прослушивал с помощью телефона активность продолговатого мозга лягушки и коры больших полушарий кролика и собаки.

С 1889 по 1912 год выходит серия работ русских физиологов, посвященных уточнению и детализации методов регистрации активности ЦНС. Русский физиолог Наполеон Осипович Цибульский, будучи уже в Польше, со своим ассистентом Адольфом Беком в 1890-1892 годах проводил подробные исследования электрических явлений коры мозга собак, обезьян, кроликов.

Новый этап электрофизиологии головного мозга связан с именем Владимира Владимировича Правдича-Неминского, русского ученого, положившего начало электрофизиологическим исследованиям. Он использовал чувствительный струнный гальванометр для записи биотоков мозга собак, и впервые описал мозговые волны в работах 1913 и 1925 года, которые впоследствии получат название альфа-, бета- и сигма-волн. Его работы — основа для перехода к регистрации активности мозга человека. Немецкий психиатр и физиолог, Ганс Бергер, в 1929 году опубликовал данные о первой  записи ЭЭГ с поверхности головы своего сына.

d161acb46814f5a696533ea3a5ac63e1

Рис. 4. Первая запись ЭЭГ выполненная Гансом Бергером. Нижняя запись является электрической синусоидоймасштаба времени с частотой в 10 Гц

С 1930 года электроэнцефалография становится признанным методом исследования мозга. Сразу же наметились две области применения ЭЭГ: клиническая ЭЭГ и экспериментальная электрофизиология мозга животных. В Советском Союзе с 30-х годов появляются лаборатории занимающиеся клинической ЭЭГ и общими вопросами физиологии мозга.

В конце XX века в клиническую практику пришли новейшие методы нейровизуализации: ядерно-магнито-резонансная томография, компьютерная и позитронно-эмиссионная томографии, однако электроэнцефалография не стала достоянием истории, вопреки прогнозам. Более того, наблюдается активизация исследований в области электроэнцефалографии с совершенствованием аппаратуры и методов анализа, расширения областей применения метода. До появления современных методов нейровизуализации ЭЭГ  выполняла  как задачи функциональной диагностики, так и определения органических поражений — опухолей, очагов склероза и некроза.

ЭЭГ сегодня

Основная задача электроэнцефалографии в настоящее время — это оценка именно функциональной активности мозга, в то время как анатомические дефекты можно выявить множеством других методов. Особенно важна роль ЭЭГ — в изучении эпилепсии. Возросла роль ЭЭГ исследований в области функциональных расстройств: эмоциональных, когнитивных, невротических и поведенческих нарушений, психиатрических заболеваний. Очень давно ЭЭГ используют при исследованиях сна — в сомнологии.

Новейшие способы обработки данных ЭЭГ позволяют создавать совсем уж фантастические способы применения ЭЭГ — так называемые «интерфейсы мозг-компьютер». В будущем этот метод позволит управлять различными приборами буквально «силой мысли». Но это уже совсем другая история…

Источники:

1.    Зенков Л. Р. Клиническая электроэнцефалография (с элементами эпилептологии): руководство для врачей. – Медпресс-информ, 2004.

2.    Шеперд Г. Нейробиология: В 2 т./Т. 2. – 1987.

3.    Гусельников В. И. Электрофизиология головного мозга //М.: Высшая школа. – 1976.

4.    Б. Баарс, Н. Гейдж. Мозг, познание, разум: введение в когнитивные нейронауки. Часть 1 . М.: Бином. 2014г.

5.    Шульговский В. В. Основы нейрофизиологии. – М. : Аспект Пресс, 2000.

Текст: Дарья Прокудина

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *