Нейронауки для всіх. Методи: електроенцефалографія

1. пристрій електроенцефалограф
2. Історія ЕЕГ
3. ЕЕГ сьогодні
4. джерела:

Електроенцефалографія (ЕЕГ) - метод дослідження головного мозку, за допомогою якого можна «прочитати» його електричну активність і представити результати у вигляді графічного зображення.

Мозок - структура дуже мудра, в ньому постійно відбуваються складні коливальні електричні процеси, які можна зареєструвати, розташувавши електроди на поверхні мозкової речовини, якщо черепна коробка відсутня (електрокортікографія) або на шкірі голови. Так яким же чином нейрони дають шкірним електродів зовні відобразити їх активність?

Рис .1. Модель синаптичної організації, основа формування хвиль ЕЕГ. Локальні мережі таламуса посилають ритмічні сигнали в пірамідні нейрони кори (П 1 і П 2). У найбільш віддалених від тел клітини (дистальних) дендритах виникають постсинаптические потенціали, що служать джерелом позаклітинних струмів (напрямок струмів вказано стрілками). Між електродами 1 і 2, під якими протікають струми, створюється різниця потенціалів, яка і реєструється у вигляді ЕЕГ.

В ядрах таламуса, який розташовується в середньому мозку, є спеціальні генератори потенціалів дії, що посилають по таламокортікальную волокнам імпульси до нейронам кори. Однак, ритм активності може визначатися і активністю нейронних мереж самої кори.

Імпульси, які виходять від таламуса, приймаються дендритами пірамідних клітин кори і викликають в них відповідну електричну реакцію у вигляді постсинаптичного потенціалу (простіше кажучи, мембрана «приймаючої сторони» порушується). Тут з'являються місцеві позаклітинні струми, які поширюються і «протікають» в області накладення електродів. Деякі дослідники говорять, що ЕЕГ за великим рахунком відображає не активність мозку в цілому, як прийнято вважати, а лише активність першого шару кори, який якраз складається з тісно переплетених дендритів коркових нейронів.

пристрій електроенцефалограф

Сучасні прилади є багатоканальні (24 і більше) самописці, які дозволяють одночасно реєструвати електричну активність від відповідного числа електродів, встановлених на голові обстежуваного. Самі ж електроди являють собою невеликі металеві пластини або стрижні.

Рис .2. Типи електродів і способи їх кріплення на голові. а - мостовий електрод, металевий стрижень з власником, з одного кінця покритий гігроскопічним матеріалом і просочується розчином хлориду натрію. Від протилежного кінця відходить відвідний провід. б - голчастий електрод, вколюється в шкіру, використовується під час хірургічних операцій для контролю за ЦНС. в - чашечково електрод. 1 - метал, 2 - липка стрічка, 3 - електродний паста, 4 - шкіра голови. г - шапочка з джгутів для закріплення електродів.

Відмінності в потенціалах на шкірної поверхні голови мають маленьку амплітуду, в нормі - близько 100-150 мкв. Після «відлову» вони подаються на входи підсилювально-реєструючих пристроїв. Сучасні підсилювачі вельми чутливі і дозволяють виявляти електричні коливання з амплітудою всього в кілька мікровольт (1 мкВ = 1/1000000 В). Крім реєструють електродів, на тілі обстежуваного встановлюють електрод заземлення (наприклад, на мочці вуха), він служить для вирівнювання потенціалів тіла пацієнта і підсилювача.

Рис .3. Схема електроенцефалографії. 1 - голова досліджуваного з електродами, 2 - вхідна коробка, 3 - сполучні кабелі, 4 - селекторний блок з перемикачами для кожного каналу, 5 - блок посилення з фільтрами частот і регулюванням посилення, 6 - блок реєстрації.

За способом реєстрації даних ЕЕГ поділяються на паперові (пір'яні), де дані записуються на паперову стрічку, і більш сучасні - цифрові, де отримані дані відображаються на моніторі комп'ютера і обробляються за допомогою спеціальних програм.

Історія ЕЕГ

Ще в 1849 році Дюбуа Реймон продемонстрував, що мозок має Електрогене властивостями. англійський фізіолог Річард Катон в 1875 році робив доповідь на засіданні Британської медичної асоціації про реєстрацію слабких струмів від мозку кроликів і мавп. Російський фізіолог Василь Якович Данилевський, незалежно від Катона, в 1875 році у своїй докторській дисертації висвітлив особливості електричної активності мозку собак. Данилевський писав, що у собак спостерігалися «самостійні або спонтанні струми мозку», хоча на тварин не чинили зовнішнього роздратування.

У 1882 році Іван Михайлович Сєченов, один з основоположників російської фізіології, опублікував роботу «Електричні явища в довгастому мозку жаби», в якій встановив факт наявності ритмічної активності мозку. У 1884 році Микола Євгенович Введенський, учень Сєченова, у своїй роботі «Дослідження над нервовими центрами» описав телефоніческій метод вивчення активності нервової системи. Вчений прослуховував за допомогою телефону активність довгастого мозку жаби і кори великих півкуль кролика і собаки.

З 1889 по 1912 рік виходить серія робіт російських фізіологів, присвячених уточненню та деталізації методів реєстрації активності ЦНС. Російський фізіолог Наполеон Осипович Цибульський, будучи вже в Польщі, зі своїм асистентом Адольфом Беком в 1890-1892 роках проводив докладні дослідження електричних явищ кори мозку собак, мавп, кроликів.

Новий етап електрофізіології головного мозку пов'язаний з ім'ям Володимира Володимировича Правдіч-Немінского, російського вченого, який поклав початок електрофізіологічних досліджень. Він використовував чутливий струнний гальванометр для запису біострумів мозку собак, і вперше описав мозкові хвилі в роботах 1913 і 1925 року, які згодом отримають назву альфа-, бета- і сигма-хвиль. Його роботи - основа для переходу до реєстрації активності мозку людини. Німецький психіатр і фізіолог, Ганс Бергер, в 1929 році опублікував дані про першого запису ЕЕГ з поверхні голови свого сина.

Рис. 4. Перший запис ЕЕГ виконана Гансом Бергером. Нижня запис є електричної синусоїдою масштабу часу з частотою в 10 Гц.

З 1930 року електроенцефалографія стає визнаним методом дослідження мозку. Відразу ж намітилися дві області застосування ЕЕГ: клінічна ЕЕГ і експериментальна електрофізіологія мозку тварин. У Радянському Союзі з 30-х років з'являються лабораторії займаються клінічної ЕЕГ і загальними питаннями фізіології мозку.

В кінці XX століття в клінічну практику прийшли новітні методи нейровізуалізації: магнітно-резонансна, комп'ютерна та позитронно-емісійна томографії, однак електроенцефалографія не стала надбанням історії, всупереч прогнозам. Більш того, спостерігається активізація досліджень в області електроенцефалографії з удосконаленням апаратури і методів аналізу, розширення областей застосування методу. До появи сучасних методів нейровізуалізації ЕЕГ виконувала як завдання функціональної діагностики, так і визначення органічних уражень - пухлин, вогнищ склерозу і некрозу.

ЕЕГ сьогодні

Основне завдання електроенцефалографії в даний час - це оцінка саме функціональної активності мозку, в той час як анатомічні дефекти можна виявити безліччю інших методів. Особливо важлива роль ЕЕГ - в вивченні епілепсії. Зросла роль ЕЕГ досліджень в області функціональних розладів: емоційних, когнітивних, невротичних і поведінкових порушень, психіатричних захворювань. Дуже давно ЕЕГ використовують при дослідженнях сну - в сомнологи.

Нові методи обробки даних ЕЕГ дозволяють створювати зовсім вже фантастичні способи застосування ЕЕГ - так звані «інтерфейси мозок-комп'ютер». У майбутньому цей метод дозволить управляти різними приладами буквально «силою думки». Але це вже зовсім інша історія ...

джерела:

1. Зенков Л. Р. Клінічна електроенцефалографія (з елементами епілептології): керівництво для лікарів. - МЕДпресс-інформ, 2004.

2. Шеперд Г. Нейробіологія: У 2 т. / Т. 2. - тисяча дев'ятсот вісімдесят сім.

3. Гусельников В. І. Електрофізіологія головного мозку // М .: Вища школа. - тисячу дев'ятсот сімдесят шість.

4. Б. Баарс, Н. Гейдж. Мозок, пізнання, розум: введення в когнітивні нейронауки. Частина 1 . М .: Біном. 2014р.

5. Шульговскій В. В. Основи нейрофізіології. - М.: Аспект Пресс, 2000.

Текст: Дарина Прокудіна