Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Методы изучения работы головного мозга

Центральное место в ряду методов психофизиологического ] следования занимают различные способы регистрации электрической активности центральной нервной системы и, в первую очередь, головного мозга.

2.1.1. Электроэнцефалография

Электроэнцефалография — метод регистрации и анализа электроэнцефалограммы (ЭЭГ), т.е. суммарной биоэлектрической активности, отводимой как с поверхности черепа, так и из глубоких структур мозга. У человека последнее возможно лишь в клинических условиях.

В 1929 году австрийский психиатр X. Бергер обнаружил, что поверхности черепа можно регистрировать «мозговые волны». Оь установил, что электрические характеристики этих сигналов зави-j сят от состояния испытуемого. Наиболее заметными были синхрон-] ные волны относительно большой амплитуды с характерной част той около 10 циклов в секунду. Бергер назвал их альфа-волнами:

противопоставил их высокочастотным бета-волнам, которые про-ниляются, тогда, когда человек переходит в более активное состояние. Открытие Бергера привело к созданию электроэнцефалографического метода изучения мозга, состоящего в регистрации, ана-ииче и интерпретации биотоков мозга животных и человека.

Одна из самых поразительных особенностей ЭЭГ — ее спонтанный, автономный характер. Регулярная электрическая активность мочга может быть зафиксирована уже у плода (т.е. до рождения ор- i,ii 1изма) и прекращается только с наступлением смерти. Даже при i нубокой коме и наркозе наблюдается особая характерная карта-:, т мозговых волн.

I la сегодняшний день ЭЭГ является наиболее перспективным, но цока еще наименее расшифрованным источником данных для пси- _t (и "физиологов.

Условия регистрации и способы анализа ЭЭГ. В стационар
ный комплекс для регистрации ЭЭГ и ряда других физиологических
показателей входит звукоизолирующая экранированная камера,^
оборудованное место для испытуемого, моногоканальные усилите
ли, регистрирующая аппаратура (чернилопишущий энцефало
граф, многоканальный магнитофон). Обычно используется от 8
до Hi каналов регистрации ЭЭГ от различных участков поверхно-;.,
1"ги черепа одновременно. Анализ ЭЭГ осуществляется как визу-;
IMIMU), так и с помощью ЭВМ. В последнем случае необходимо спе-1
цишплюе программное обеспечение. I

11о частоте в ЭЭГ различают следующие типы ритмических со-i гмнлиющих: дельта-ритм (0,5 — 4 щ); тета-ритм (5 — 7 гц); аль-1 фи ритм (8 —13 гц) — основной ритм ЭЭГ, преобладающий в co-_;_i П'омпми покоя; мю-ритм — по частотно-амплитудным характер ригтикам сходен с альфа-ритмом, но преобладает в передних от-црмпх коры больших полушарий; бета-ритм (15 — 35 гц); гамма- (iH'i'M (от 35 гц и по оценкам разных авторов до 200 гц или даже до II И) i ц) (рис. 2.1). Гамма-ритм имеет широкое представительство в ри шнчных структурах мозга, причем не только у человека, но и у аншотпых. Считается, что гамма-ритм принимает непосредствен-IMи- участие в сенсорных и когнитивных процессах.

50 мкВ

1с [50мкВ

1с | 50 мкВ

50мкВ

Альфа-волна — одиночное двухфазовое колебание разности потенциалов длительностью 75 —125 мс, по форме приближается к синусоидальной

Альфа-ритм — ритмическое колебание потенциалов с частотой 8—13 Гц, выражен чаще в задних отделах мозга при закрытых глазах в состоянии относительного покоя, средняя амплитуда 30—40 мкВ, обычно модулирован в веретена

/ f V

Бета-волна ■— одиночное двухфазовое колебание потенциалов длительностью менее 75 мс и амплитудой 10—15 мкВ (не более 30)

Бета-ритм — ритмическое колебание потенциалов с частотой 14—35 Гц. Лучше выражен в лобно-центральных областях мозга

Дельта-волна — одиночное двухфазное колебание разности потенциалов длительностью более 250 мс

Дельта-ритм — ритмическое колебание потенциалов с частотой 1—3 Гц и амплитудой от 10 до 250 мкВ и более

1с

Тета-волна — одиночное, чаще двухфазное колебание разности потенциалов длительностью 130—250 мс

Тета-ритм — ритмические колебания потенциалов с частотой 4—7 Гц, чаще двусторонние синхронные, амплитудой 100—200 мкВ. иногда с веретенообразной модуляцией, особенно в лобной области

Рис. 2.1 Основные ритмы и параметры энцефалограммы

('лсдует подчеркнуть, что подобное разбиение ритмических со-> шилягощихЭЭГна группы достаточно произвольно и не соответ-i нует никаким физиологическим категориям. Зарегистрированы i> '"Hviee медленные частоты электрических потенциалов головно-| ■ мочга вплоть до периодов порядка нескольких часов и суток. Запись по этим частотам выполняется с помощью ЭВМ.

Другая важная характеристика электрических потенциалов моз-

i i --амплитуда, т.е. величина колебаний. Амплитуда и частота ко-

!■ гиший связаны друг с другом. Например, амплитуда высокочас-

i ■ ■ i пых бета-волн у одного и того человека может быть почти в 10

I ■ м ниже амплитуды более медленных альфа-волн.

Важное значение при регистрации ЭЭГ имеет расположение элек-1! ч>дсж, при этом электрическая активность одновременно реги-

■ i |црусмая с различных точек головы может сильно различаться.

■ и 'шписи ЭЭГ используют два основных метода: биполярный и
пополярный. В первом случае оба электрода помещаются в элек-

i -тески активные точки скальпа, во втором один из электродов! i полагается в точке, которая условно считается электрически ней-■ |' ин.иой (мочка уха, переносица). При биполярной записи реги-

■ i >ирустся ЭЭГ, представляющая результат взаимодействия двух
t •кфически активных точек (например, лобного и затылочного
i иедсиий), при монополярной записи — активность какого-то од-

.... о отведения относительно электрически нейтральной точки (на-

"I 'Чмер, лобного или затылочного отведения относительно мочки i), Hi.[бор того или иного варианта записи зависит от целей ис-■цомппия. В исследовательской практике шире используется мо-

■ мшярный вариант регистрации, поскольку он позволяет изучать
" ииронанный вклад работы той или иной зоны мозга в изучав-

" >и процесс.

Международная федерация обществ электроэнцефалографии чинила так называемую систему «10-20», позволяющую точно ' i п.шать расположение электродов (рис.2.2). В соответствии с • <' '0 системой, у каждого испытуемого точно измеряют расстоя-Ни*¹ между серединой переносицы (назионом) и твердым костным ЙУ! 11| жом па затылке (инионом), а также между левой и правой ушными ямками. Возможные точки расположения электродов разде-Це||ы интервалами, составляющими 10% или 20% этих расстоя-

■I jr.) ^;Kf ■ If. YJ):

спектров мощности. Последний представляет собой совокупность всех значений мощности ритмических составляющих ЭЭГ, вычисляемых с определенным шагом дискретизации (в размере десятых долей герца). Спектры могут характеризовать абсолютную мощность каждой ритмической составляющей (рис.2.3)или относительную, т.е. выраженность мощности каждой составляющей (в процентах) по отношению к общей мощности ЭЭГ в анализируемом отрезке записи.

ии,и 50,4 ■	* с*	• ^»,
23,1	.'Т^:
	•. Й:
8,2	.-■•■&&-■ i-^
no	■ ■ '■■ ■ 1 i!*■ i I i i i i I	Г I¹ 1 1 1 1 ■ 1 * > 1 1 1» ■ 1

0,0 5,0

10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 Гц

Рис. 2.3 Индивидуальный спектр ЭЭГ в состоянии покоя.

По оси абцисс — частота в Гц; по оси ординат — спектральные плотности в логарифмической шкале (по D. Lykken et al., 1974). На рисунке хорошо видно, что максимальное значение спектральной мощности приходится на частоту альфа-ритма.

Спектры мощности ЭЭГ можно подвергать дальнейшей обра
ботке, например, корреляционному анализу, при этом вычисляют
авто- и кросскорреляционные функции, а также когерентность.
Последняя характеризует меру синхронности частотных диапазо
нов ЭЭГ в двух различных отведениях. Когерентность изменяет
ся в диапазоне от +1 (полностью совпадающие формы волны) до
0 (абсолютно различные формы волн). Такая оценка проводится в
каждой точке непрерывного частотного спектра или как средняя в!
пределах частотных поддиапазонов. s

При помощи вычисления когерентности можно определить характер внутри- и межполушарных отношений показателей ЭЭГ в покое и при разных видах деятельности. В частности, с помощью этого метода можно установить ведущее полушарие для конкретной деятельности испытуемого, наличие устойчивой межполушар-ной асимметрии и др. Благодаря этому спектрально-корреляционный метод оценки спектральной мощности (плотности) ритми-

, mix составляющих ЭЭГ и их когерентности является в настоя*-

ч■ ■' ирсмя одним из наиболее распространенных.

Источники генерации ЭЭГ. Парадоксально, но собственно им- n.i'iuui активность нейронов не находит отражения в колеба-

" 1\ электрического потенциала, регистрируемого с поверхности

■ |кч1п человека. Причина в том, что импульсная активность ней-
"юн не сопоставима с ЭЭГ по временным параметрам. Длитель-

■ •■. п. импульса (потенциала действия) нейрона составляет не бо-
■» 2 мс. Временные параметры ритмических составляющих ЭЭГ
1И1М1яются десятками и сотнями миллисекунд.

I |рииято считать, что в электрических процессах, регистрируемых 'нжерхиости открытого мозга или скальпа, находит отражение си-

• итическая активность нейронов. Речь идет о потенциалах, которые
тикиют в постсинаптической мембране нейрона, принимающего
(tiVJii.c. Возбуждающие постсинаптические потенциалы имеют дли-
ныкить более 30 мс, а тормозные постсинаптические потенциалы
|1Ы могут достигать 70 мс и более. Эти потенциалы (в отличие от
грщцплла действия нейрона, который возникает по принципу «все
•и ничего») имеют градуальный характер и могут суммироваться.

I It-iKOjibKO упрощая картину, можно сказать, что положительна колебания потенциала на поверхности коры, связаны либо с • «пуждающими постсинаптическими потенциалами в ее глубин-

■■nt ноях, либо с тормозными постсинаптическими потенциалами нмисрхностных слоях. Отрицательные колебания потенциала на •»>■ | >хпости коры предположительно отражают противоположное

■i.iMV соотношение источников электрической активности.

1'итмический характер биоэлектрической активности коры и, в

ч.и пи iri'n, альфа-ритма обусловлен в основном влиянием подкорко-

»ы«i груктур, в первую очередь, таламуса (промежуточный мозг).

i Ihhiiiio м таламусе находятся главные, но не единственные нейсмеке-

i (I и и и иодители ритма. Одностороннее удаление таламуса или его (фургическая изоляция от неокортекса приводит к полному исчезно-

■ «ими I;им.фа-ритма в зонах коры прооперированного полушария. При

• him и ритмической активности самого таламуса ничто не меняется.
I Миримы неспецифического таламуса обладают свойством авторит-
•МИИ1К-П1. Эти нейроны через соответствующие возбуждающие и
tt!|iM<> ни,ic связи способны генерировать и поддерживать ритмиче-

скую активность в коре больших полушарий. Большую роль в динамике электрической активности таламуса и коры играет ретикулярная формация ствола мозга. Она может оказывать как синхронизирующее влияние, т.е. способствовать генерации устойчивого ритмического паттерна, так и десинхронизирующее, нарушающее согласованную ритмическую активность.

Функциональное значение ЭЭГ и ее составляющих. Существенное значение имеет вопрос о функциональном значении отдельных составляющих ЭЭГ. Наибольшее внимание исследователей здесь всегда привлекал альфа-ритм — доминирующий ритм ЭЭГ покоя у человека.

Существует немало предположений, касающихся функциональной роли альфа-ритма. Основоположник кибернетики Н. Винер и вслед за ним ряд других исследователей считали, что этот ритм выполняет функцию временного сканирования («считывания») информации и тесно связан с механизмами восприятия и памяти. Предполагается, что альфа-ритм отражает реверберацию возбуждений, кодирующих вну-тримозговую информацию, и создающих оптимальный фон для процесса приема и переработки афферентых сигналов. Его роль состоит в своеобразной функциональной стабилизации состояний мозга и обеспечении готовности реагирования, его определяют как ритм сенсорного покоя нейронных сетей зрительной системы. Предполагается также, что альфа-ритм связан с действием селектирующих механизмов мозга, выполняющих функцию резонансного фильтра и таким образом регулирующих поток сенсорных импульсов.

В покое в ЭЭГ могут присутствовать и другие ритмические составляющие, но их значение лучше всего выясняется при изменении функциональных состояний организма (Данилова, 1992). Так, дельта-ритм у здорового взрослого человека в покое практически отсутствует, но он доминирует в ЭЭГ на четвертой стадии сна, которая получила свое название по этому ритму (дельта-сон). Напротив, те-та-ритм тесно связан с эмоциональным и умственным напряжением. Его иногда так и называют — стресс-ритм или ритм напряжения (Гусельников, 1976). У человека одним из ЭЭГ симптомов эмоционального возбуждения служит усиление тета-ритма с частотой колебаний 4 — 7 Гц, сопровождающее переживание как положительных, так и отрицательных эмоций. При выполнении мыслительных

заданий может усиливаться и дельта, и тета активность. Причем усиление последней составляющей положительно соотносится с успешностью решения задач. По своему происхождению тета-ритм связан с кортико-лимбическим взаимодействием. Предполагается, что усиление тета-ритма при эмоциях отражает активацию коры больших полушарий со стороны лимбической системы.

Переход от состояния покоя к напряжению всегда сопровождается реакцией десинхронизации, главным компонентом которой служит высокочастотная бета-активность. Умственная деятельность у взрослых сопровождается повышением мощности бета-ритма, причем значимое усиление высокочастотной активности наблюдается при умственной деятельности, включающей элементы новизны, в то время как стереотипные, повторяющиеся умственные операции, сопровождаются ее снижением. Установлено также, что успешность выполнения вербальных заданий и тестов на зрительно-пространственные отношения оказывается положительно связанной с высокой активностью бета-диапазона ЭЭГ левого полушария. По некоторым предположениям эта активность связана с отражением деятельности механизмов сканирования структуры стимула, осуществляемую нейронными сетями, продуцирующими высокочастотную активность ЭЭГ.

Магнитоэнцефалография (МЭГ) — регистрация параметров магнитного поля организма человека и животных. При помощи маг-питоэнцефалографии можно регистрировать основные ритмы ЭЭГ и вызванные потенциалы. Запись этих параметров осуществляется с помощью сверхпроводящих квантовых интерференционных датчиков в специальной камере, изолирующей магнитные поля мозга от более сильных внешних полей. Метод обладает рядом преимуществ перед регистрацией традиционной электроэнцефалограммы. Так, вследствие того, что используется большое количество датчиков, легко получается пространственная картина распределения электромагнитных полей. Кроме того, поскольку запись магнтито-энцефалограммы происходит бесконтактно, то различные составляющие магнитных полей, регистрируемые со скальпа, не претерпевают таких сильных искажений, как при записи ЭЭГ. Последнее позволяет более точно рассчитывать локализацию генераторов ЭЭГ активности, расположенных в коре головного мозга.

Воспользуйтесь поиском по сайту: