2.4. Электроэнцефалография
История электроэнцефалографии (В.Н.Кирой, 1998, В.Н.Кирой, П.Н.Ермаков, 1998) начинается с работ английского ученого R.Caton, который в 1875 году показал, что с помощью электродов, приложенных к поверхности мозга животного, можно регистрировать его электрическую активность. В 1913-1925 годах русский ученый В.В.Правдич-Неминский в острых опытах на собаках зарегистрировал спонтанную электрическую активность зрительных и моторных зон коры больших полушарий. В этой активности он выделил 7 различающихся по частоте видов волн, среди которых - медленные волны (OR - 1-2 кол/с), волны первого порядка (10-15 кол/с), второго порядка (20-30 кол/с) и т.д. Работы Р.Кейтона и В.В.Правдич-Неминского, выполненные на высоком для того времени методическом уровне, продемонстрировали наличие спонтанной электрической активности мозга и принципиальную возможность ее регистрации, однако не привлекли к себе сколь-нибудь значительного внимания.
Регистрацию электрической активности мозга человека с поверхности головы в 1929 году впервые осуществил австрийский психиатр H.Berger, область научных интересов которого была связана с поиском "физической основы психических функций". Именно он впервые описал основные ритмы ЭЭГ и предложил использовать буквы греческого алфавита для их обозначения.
В настоящее время спектр ЭЭГ частот, в котором выделяется от 4 до 10-12 ритмов, ограничивается диапазоном 0,5 - 30 кол/сек. Основными ритмами ЭЭГ человека являются дельта (5), тета (9), альфа (а) и бета ((3). За пределами этого частотного диапазона в электрической активности мозга описаны как более медленные, так и более быстрые колебания. Первые отчасти были рассмотрены выше при описании сверхмедленной электрической активности мозга. Последние известны как так называемые гамма-частоты (от 30 до 70 и даже 200 кол/с). В последние годы они привлекают пристальное внимание специалистов в связи с их взаимосвязью с информационными процессами, протекающими в нейронных сетях мозга.
При различных формах патологии мозга в ЭЭГ могут появляться разнообразные генерализованные или локальные изменения. Они являются предметом клинической электроэнцефалографии - достаточно развитой области электрофизиологии мозга (В.И.Егорова, 1973, Л.Р.Зенков, М.А.Ронкин, 1991).
2.4.1. Технические средства, используемых при регистрации ээг
Низкая величина полезного сигнала (порядка единиц и десятков мкВ) и его слабая помехозащищенность определяют методические сложности, возникающие при регистрации ЭЭГ. Для их преодоления используются высокочувствительные низкошумяшие биоусилители, серийно выпускаемые, в том числе, в виде электроэнцефалографов, и помехозащищенные схемы отведения.
Современный электрофизиологический стенд, предназначенный для регистрации ЭЭГ у человека (Рис.7), включает в качестве основных элементов коммутационную панель, усилители (электроэнцефалограф), многоканальный аналогово-цифровой преобразователь и компьютер типа Pentium, Macintosh или Motorola.
Рис.7 . Схема стенда, предназначенного для регистрации ЭЭГ у человека.
1 - обследуемый, 2 - коммутационная панель, 3 - соединительные кабели, 4 - усилители (злектроэнцефалограф), 5 - аналоговые фильтры усилителей, 6 - аналогово-цифровой преобразователь, 7 - ЭВМ, 8 -монитор для формирования симульных последовательностей.
Коммутационная панель предназначена для подключения электродов, размещаемых на голове человека, к входам усилителей, являющихся основными элементами электрофизиологического стенда. Они обеспечивают усиление входных сигналов, как правило, в 100000 раз и более, а частотные фильтры ограничивают область регистрируемых сигналов по частоте. Современные биоусилители имеют встроенные схемы управления (коэффициентами усиления и частотными полосами) непосредственно с ЭВМ через цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). Аналогово-цифровые преобразователи (АЦП), входящие в состав многоканальных преобразователей сигналов, позволяют преобразовать сигнал с выхода усилителя в форму, доступную для регистрации в ЭВМ. Регистрация электрограмм может осуществляться и на специальных магнитных накопителях (магнитографах), которые зачастую входят в структуру электроэнцефалографического стенда.
Стандартными средствами визуализации регистрируемых сигналов являются чернильно-пишущие гальванометры, в том числе, входящие в состав элекгроэнцефалографов, специализированные многоканальные мониторы и/или мониторы, входящие в состав ЭВМ. Обладая значительным быстродействием, обширной памятью (как встроенной, так и на специальных носителях), развитыми программными средствами,
обеспечивающими визуализацию, отбор и последующий анализ электрограмм, современные ПЭВМ позволяют решать практически все научные и прикладные задачи, включая формирование стимульных последовательностей и моделей деятельности.
Используемые в настоящее время дифференциальные усилители критичны к величине входного сопротивления под электродами, которое должно измеряться, и составляет, как правило, 10-15 кОм. Для обеспечения необходимого контакта электродов с поверхностью кожи места их установки предварительно обрабатываются обезжиривающими растворами (в частности, спиртом или эфиром), после чего на них наносится токопроводящая паста. Зачастую в тех же целях используются специальные прокладки, пропитанные пастой.
Для регистрации ЭЭГ используются различные типы электродов (Рис. 8), некоторые из которых конструктивно содержат прокладки, смачиваемые токопроводящими растворами. Установка электродов предполагает использование специальных шлемов (Рис.8 г), позволяющих осуществлять их фиксацию. В некоторых случаях, в частности, при длительной регистрации ЭЭГ, они приклеиваются к коже специальным клеем (как правило, медицинским коллодием).