 |
Краткое теоретическое введение
|
|
|
|
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Южный федеральный университет»
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ В Г.ТАГАНРОГЕ
ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАФА
«ЭНЦЕФАЛАН ЭЭГР 19/26»
Методические указания
К выполнению лабораторных работ №3, 4
По курсу
ИНФОРМАТИКА И ЭВМ В ПСИХОЛОГИИ
Для студентов, обучающихся по направлениям: 030300 – Психология; 080800 – Прикладная информатика в психологии
и специальностям: 030301 – Психология,
080801(2) – Прикладная информатика в психологии
ФИБ
Таганрог 2010
681.3х5:61(07.07)+88.3я73
Картавенко М.В., Вартанян В.А. Изучение работ электроэнцефалографа «Энцефалан ЭЭГР 19/26». – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2010. – 60 с.
Представлена информация о составе и принципе действия электроэнцефалографа «Энцефалан ЭЭГР 19/26», последовательность операций для подготовки прибора к проведению исследований, выполнение типовых процедур работы с прибором, проведение функциональных проб на приборе.
Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Информатика и ЭВМ в психологии» предназначены для студентов, обучающихся по направлениям: 030300 – Психология; 080800 – Прикладная информатика в психологии и специальностям: 030301 – Психология, 080801(2) – Прикладная информатика в психологии.
Табл. 2. Илл. 59. Библиогр.: 5 назв.
Рецензент А.В. Непомнящий д-р пед. наук, профессор, заведующий кафедрой психологии и безопасности жизнедеятельности ТТИ ЮФУ.
СОДЕРЖАНИЕ
Руководство к лабораторной работе №3 «Изучение устройства и принципов работы прибора «Энцефалан ЭЭГР 19/26» 3
1. Цель работы.. 3
|
|
|
2. Задачи работы.. 3
3. Краткое теоретическое введение. 3
4. Используемое оборудование. 3
5. Порядок работы с прибором.. 3
6. Порядок выполнения лабораторной работы.. 3
Контрольные вопросы.. 3
Руководство к лабораторной работе №4 «Проведение функциональных проб». 3
1. Цель работы. 3
2. Задачи работы.. 3
3. Теоретическое введение. 3
4. Используемое оборудование. 3
5. Порядок работы с прибором.. 3
6. Порядок выполнения лабораторной работы.. 3
Контрольные вопросы.. 3
Приложение 1 Состав оборудования прибора «Энцефалан ЭЭГР 19/26». 3
Приложение 2 Промывка электродной системы и шлема. 3
Приложение 3 Техника безопасности. 3
Приложение 4 Термины и определения. 3
Приложение 5 Основные ЭЭГ-ритмы головного мозга. 3
РУКОВОДСТВО К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №3
«Изучение устройства и принципов работы прибора «Энцефалан ЭЭГР 19/26»
Цель работы: изучение устройства и принципов работы электроэнцефалографа «Энцефалан ЭЭГР 19/26».
Задачи работы
1. Изучить основные физические принципы метода электроэнцефалографии.
2. Изучить аппаратное, программное и методическое обеспечение комплекса «Энцефалан ЭЭГР 19/26».
3. Изучить типовой порядок подготовки к проведению исследования с помощью прибора «Энцефалан ЭЭГР 19/26».
Краткое теоретическое введение
Электроэнцефалографией называется метод записи электроэнцефалограммы (далее–ЭЭГ) с поверхности черепа, основанный на регистрации электрических потенциалов мозга. В условиях полного покоя и отсутствия внешних раздражителей у человека регистрируют спонтанно изменяющуюся электрическую активность головного мозга. ЭЭГ представляет собой сложный колебательный электрический процесс, который может быть зарегистрирован при расположении электродов на поверхности черепа, и является результатом электрической активности и фильтрации элементарных электрических процессов, протекающих в нейронах мозга.
|
|
|
Регулярная электрическая активность мозга может быть зафиксирована уже у плода (т.е. до рождения организма) и прекращается только с наступлением смерти. Даже при глубокой коме и наркозе наблюдается особая характерная картина мозговых волн. Сегодня ЭЭГ является перспективным, но пока еще не до конца изученным источником данных о психической организации человека.
В стационарный комплекс для регистрации ЭЭГ и ряда других физиологических показателей входит звукоизолирующая экранированная камера, оборудованное место для испытуемого, многоканальные усилители, регистрирующая аппаратура. Обычно используется от 8 до 32 каналов регистрации ЭЭГ от различных участков поверхности черепа одновременно. Анализ ЭЭГ осуществляется как визуально, так и с помощью специального программного обеспечения.
В частотной картине получаемых при помощи ЭЭГ сигналов, выделяют ряд устойчивых ритмических составляющих:
дельта-ритм (0,5-4 Гц);
тэта-ритм (5-7 Гц);
альфа-ритм (8-13 Гц) – основной ритм ЭЭГ, преобладающий в состоянии покоя;
мю-ритм – по частотно-амплитудным характеристикам сходен с альфа-ритмом, но преобладает в передних отделах коры больших полушарий;
бета-ритм (15-35 Гц);
гамма-ритм (выше 35 Гц).
Важное значение при регистрации ЭЭГ имеет расположение электродов, так как электрическая активность, одновременно регистрируемая с различных точек головы, может сильно различаться. При записи ЭЭГ используют два основных метода: биполярный и монополярный. В первом случае оба электрода помещаются в электрически активные точки скальпа, во втором один из электродов располагается в точке, которая условно считается электрически нейтральной (мочка уха, переносица). При биполярной записи регистрируется ЭЭГ, представляющая результат взаимодействия двух электрически активных точек (например, лобного и затылочного отведений), при монополярной записи – активность какого-то одного отведения относительно электрически нейтральной точки (например, лобного или затылочного отведения относительно мочки уха). Выбор того или иного варианта записи зависит от целей исследования. В исследовательской практике шире используется монополярный вариант регистрации, поскольку он позволяет изучать изолированный вклад той или иной зоны мозга в изучаемый процесс.
|
|
|
С момента возникновения выделились и продолжают существовать как относительно самостоятельные два подхода к анализу ЭЭГ: визуальный (клинический) и статистический.
Визуальный (клинический) анализ ЭЭГ используется, как правило, в диагностических целях в медицинских исследованиях. Он позволяет проводить «качественный» анализ ЭЭГ и относить получаемые данные к одному из классов нормы или патологии мозговой активности. В психологических исследованиях чаще всего применяется статистические методы исследования электроэнцефалограммы. Они основываются на утверждении о том, что фоновая ЭЭГ стационарна и стабильна. Дальнейшая обработка в подавляющем большинстве случаев опирается на преобразование Фурье, смысл которого состоит в том, что волна любой сложной формы математически идентична сумме синусоидальных волн разной амплитуды и частоты. С помощью преобразования Фурье самые сложные по форме колебания ЭЭГ можно свести к ряду синусоидальных волн с разными амплитудами и частотами. На этой основе выделяются новые показатели, расширяющие содержательную интерпретацию ритмической организации биоэлектрических процессов.
Существенное значение имеет вопрос о функциональном значении отдельных составляющих ЭЭГ. Наибольшее внимание исследователей привлекает альфа-ритм – доминирующий ритм ЭЭГ человека в состоянии покоя. Существует ряд 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 возбуждение в тех отделах мозга, которые кодируют внутримозговую информацию и создают оптимальный фон для процесса приема и переработки афферентных сигналов. Его роль состоит в своеобразной функциональной стабилизации состояний мозга и обеспечении готовности реагирования. 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. 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, тэта-ритм тесно связан с эмоциональным и умственным напряжением. Его иногда так и называют стресс-ритм или ритм напряжения. У человека одним из ЭЭГ симптомов эмоционального возбуждения служит усиление тэта-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 тэта-ритм связан с кортико-лимбическим взаимодействием. Предполагается, что усиление тэта-ритма при активизации эмоциональной деятельности отражает активацию коры больших полушарий со стороны подкорковых структур.
Переход от состояния покоя к напряжению всегда сопровождается реакцией десинхронизации ритмов головного мозга, 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, осуществляемой нейронными сетями, продуцирующими высокочастотную активность ЭЭГ.
Изменения параметров электрической активности мозга используются в качестве индикатора динамики уровня активации. Разным уровням бодрствования соответствуют характерные изменения спектрального состава ЭЭГ. Для спокойного бодрствования характерно преобладание альфа-ритма, наиболее явно проявляющегося при закрытии глаз. При открывании глаз и повышении уровня бодрствования наступает явление блокады альфа-ритма. Для активного бодрствования характерно отсутствие синхронизации ЭЭГ и преобладание высокочастотных составляющих бета- и гамма- ритмов. При эмоциональном напряжении и умственной активности в ЭЭГ может появляться и усиливаться тэта-ритм. В состоянии утомления начинает отчётливо проявляться медленноволновая активность в диапазонах частот тэта- и дельта-ритмов. По мере возрастания утомления продолжительность этих периодов увеличивается и возникает картина «гиперсинхронизации».
|
|
|
Пространственно-временная организация биоэлектрической активности мозга и ее динамика тесно связаны с особенностями функционального состояния мозга, поэтому наряду с оценкой отдёльных ритмических составляющих ЭЭГ используются характеристики их пространственно-временных отношений. Средний уровень когерентности (согласованности) определяется для отдельных частотных диапазонов (например, альфа или бета) и для двух спектров мощности по всем частотам, взятым вместе. Установлено, что средний уровень когерентности, вычисленный для симметричных точек в разных полушариях или для двух точек в одном полушарии, при неизменном функциональном состоянии оказывается индивидуально устойчивым и сохраняет свое значение через несколько дней и месяцев. Хорошим показателем нормального состояния мозга является также средний уровень когерентности по отдельным спектральным составляющим (дельта, тэта, альфа и бета).
Используемое оборудование
Назначение прибора
Электроэнцефалограф «Энцефалан ЭЭГР 19/26» (далее – «Энцефалан») предназначен для регистрации, обработки, анализа и индикации электроэнцефалографических (ЭЭГ), реоэнцефалографичес-ких (РЭГ) и полиграфических каналов. «Энцефалан» позволяет проводить анализ сверхмедленной активности головного мозга и вызванных потенциалов (ВП) на фото-, фоно- и видеостимуляцию. Одновременно может осуществляться регистрация 20 каналов ЭЭГ и двух дополнительных полиграфических каналов (или датчиков):
– электрокардиографического канала (ЭКГ);
– электромиографического канала (ЭМГ);
– электроокулографического канала (ЭОГ);
– фотоплетизмографического канала (ФПГ),
– пневмографического канала (ПГ);
– датчика кожного потенциала (КП);
– датчика рекурсии дыхания (РД);
– датчика положения (ДП).
Особенностью прибора является возможность проводить исследования как в стационарном, так и мобильном варианте. Портативный «Энцефалан» не ограничивает свободу перемещения испытуемого и не препятствует исследователю при выполнении необходимых манипуляций за счет автономного батарейного питания, внутреннего накопителя ЭЭГ данных и телеметрического канала связи с персональным компьютером (далее–ПК). Данные от прибора «Энцефалан» полностью совместимы с программным обеспечением стационарного электроэнцефалографа «Энцефалан 131-03».
Телеметрический канал связи электроэнцефалографа с ПК используется для задания начальных установок предстоящего исследования и позволяет осуществить контроль качества наложения электродов и регистрируемых сигналов на экране ПК в реальном времени.
Программное обеспечение прибора «Энцефалан» позволяет проводить следующие виды обработки данных и их представления:
1) частотно-временной анализ ЭЭГ;
2) спектральный анализ ЭЭГ;
3) корреляционный анализ ЭЭГ;
4) построение кросс-спектра (функции, показывающей степень синхронности изменений ЭЭГ в частотной области в различных отделах мозга);
5) построение схемы межцентральных связей;
6) топографическое картирование ЭЭГ в реальном времени;
7) исследования вызванных потенциалов мозга.
«Энцефалан» может применяться в кабинетах функциональной диагностики, диагностических и реабилитационных центрах различных медицинских учреждений, а также для научных исследований и в учебных целях. В психологии может применяться для исследований в следующих областях: клинической психологии, психофизиологии, инженерной психологии, общей психологии и т.д.
Состав оборудования
Оборудование включает в себя следующие составляющие:
1) автономный блок пациента (далее–АБП);
2) интерфейсный блок ИБ-4;
3) калибратор;
4) стимулятор;
5) комплект ЭЭГ - видеомониторинга;
6) комплект ЭЭГ электродов и принадлежностей;
7) аккумуляторные батареи;
8) диктофон.
9) накопитель CompactFlash (далее–CF);
10) наборы интерфейсных кабелей.
Внешний вид прибора, подготовленного к проведению исследования, представлен на рис. 1. Описание составных частей прибора и особенности работы с ними приведено в прил. 1.
Рис. 1. Внешний вид прибора «Энцефалан» в сборке
Порядок работы с прибором
|
|
|
