Электроэнцефалография

В качестве индифферентной точки берут такой участок на голове или лице, на котором какие-либо электрические процессы минимальны и их можно принять за нуль: обычно это — мочка уха или сосцевидный отросток черепа. В этом случае с элект­рода, наложенного на скальп, регистрируются изменения потенци­ала с определенного участка мозга.

Отводящие электроды можно накладывать на самые разные учас­тки поверхности головы с учетом проекции на них тех или иных областей головного мозга. На заре применения ЭЭГ исследователи так и делали, но при этом они обязательно предоставляли в своих отчетах и публикациях координаты расположения электродов. Одна­ко потребность сопоставления электроэнцефалографических резуль­татов, полученных у людей с разными размерами головы в разных лабораториях и в разных странах, привела к созданию единой стан­дартной системы наложения электродов, получившей название сис­темы «10—20» [Jasper, 1958].

В соответствии с этой системой у испытуемого делают три изме­рения черепа (рис. 2.2): а) продольный размер черепа — измеряют расстояние по черепу между точкой перехода лобной кости в пере­носицу (назион) и затылочным бугром; б) поперечный размер че­репа — измеряют расстояние по черепу через макушку (вертекс) между наружными слуховыми проходами обоих ушей; в) длину окружности головы, измеренной по этим же точкам. Подробно см. правила расчета в [Методы исслед. в психофизиол., 1994, с. 10—12]. Измеренные расстояния разделяют на интервалы, причем длина каждого интервала, начинающегося от точки измерения, со­ставляет 10%, а остальные интервалы составляют 20% от соответ­ствующего размера черепа. Имея эти основные размеры, поверхность черепа можно разметить в виде сетки, на пересечении линий кото­рой накладываются электроды (см. рис. 2.2). Электроды, расположен­ные по средней линии, отмечаются индексом Z; отведения на левой половине головы имеют нечетные индексы, на правой — четные. Отведения в системе «10—20»: фронтальные (F1, F2, F3, F4, Fz); лоб­ные полюса (Fp1, Fp2); центральные (С1, C2, C3, C4, Cz,); париеталь­ные (P1, P2, P3, P4, Pz,); темпоральные (T1, T2 T3, T4, T5, T6); окципитальные (О1 О2, Oz).

В системе расположения электродов «10—10», которая является модификацией системы «10—20», количество отведений увеличено; эта система предусматривает установку дополнительных электродов, смещенных по отношению к положению электродов в системе «10—20» вперед (обозначаются ') или назад ("), например, отведе­ние С1' в системе «10—10» находится кпереди от отведения С1 в сис­теме «10-20» [Chartian et al., 1985].

ЭЭГ продолжает оставаться сложным для расшифровки показате­лем мозговой активности. При некоторых состояниях субъекта в этом сложном колебательном процессе можно визуально выделить рит­мические колебания определенной частоты (рис. 2.3). Альфа-ритм — наиболее часто встречающийся ритм, который состоит из волн пра­вильной, почти синусоидальной формы, с частотой от 8 до 13 Гц у разных лиц и с амплитудой

Рис. 2.2. Схема расположения электроэнцефалографических электродов на скальпе [Jasper, 1958]: А — вид сверху; Б — вид сбоку справа; В — вид спереди; Г — вид сверху

50—100 мкВ. Наблюдается он в состоянии спокойного бодрствования, медитации и длительной монотонной деятельности. В первую очередь появляется в затылочных областях, где он наиболее выражен, и может периодически распространяться на другие области мозга. Часто амплитуда колебания альфа-ритма постепенно увеличивается, а затем уменьшается. Этот феномен по­лучил название «веретено альфа-ритма». Длительность веретен со­ставляет от долей секунды до нескольких секунд. Если испытуемого отвлечь каким-либо раздражителем, то этот ритм десинхронизиру­ется, т.е. заменяется низкоамплитудной высокочастотной ЭЭГ. Этот феномен в литературе обозначается терминами реакция активации, пробуждения или

Рис. 2.3. Основные ритмы электроэнцефалограммы:

1 — бета-ритм; 2 — альфа-ритм; 3 — тета-ритм; 4 — дельта-ритм

десинхронизации. По данным Л.А. Новиковой [1978],у слепых людей с врожденной или многолетней слепотой, а также при сохранности только светоощущения альфа-ритм отсутствует. Ис­чезновение альфа-ритма наблюдалось в случае атрофии зрительного нерва. Автор предполагает, что альфа-ритм совпадает с наличием предметного зрения. По мнению П.В. Симонова [1979], альфа-ритм связан с квантованием внешних стимулов. Мю-ритм (роландический или аркообразный) регистрируется в роландической борозде. Бли­зок по частоте и амплитуде к альфа-ритму, но отличается формой волн, имеющих округленные вершины и поэтому похожих на арки; встречается редко. Связан с тактильным и проприоцептивным раз­дражением и воображением движения. Выражен у слепых, компен­сирующих потерю зрения развитием тактильного и двигательного исследования среды [Новикова, 1966]. Каппа-ритм сходен по частоте с альфа-ритмом, регистрируется в височной области при подавле­нии альфа-ритма в других областях в процессе умственной деятель­ности. Альфа-, мю- и каппа-ритмы относят к одной частотной кате­гории ритмов ЭЭГ [Коган, 1983]. Бета-ритм — колебания в диапазо­не от 14 до 30 Гц с амплитудой 5—30 мкВ. Наиболее выражен в лоб­ных областях, но при различных видах интенсивной деятельности резко усиливается и распространяется на другие области мозга [Ко­ган, 1983]. Гамма-ритм — колебания потенциалов в диапазоне выше

30 Гц. Амплитуда этих колебаний не превышает 15 мкВ и обратно пропорциональна частоте. Наблюдается при решении задач, требую­щих максимального сосредоточения внимания. Тета-ритм имеет час­тоту 4—8 Гц и амплитуду от 20 до 100 мкВ (и даже более). Наиболее выражен в гиппокампе. Связан с поисковым поведением, усилива­ется при эмоциональном напряжении. П.В. Симонов [1979] считает, что тета-ритм связан с квантованием извлекаемых из памяти энг-рамм. Дельта-ритм состоит из высокоамплитудных (сотни микровольт) волн частотой 1—4 Гц. Возникает при естественном и наркотическом сне, а также наблюдается при регистрации ЭЭГ от участков коры, граничащих с областью, пораженной опухолью. Сверхмедленные по­тенциалы коры имеют период колебаний от нескольких секунд до нескольких часов и амплитуду от сотен микровольт до десятков мил­ливольт. Регистрируются специальными усилителями постоянного тока. Условно их разделяют на 5 групп в соответствии с периодом (Т) колебаний: секундные (Т=3—10 с), декасекундные (Т=15—60 с), ми­нутные (Т=2—9 мин), декаминутные (Т=10—20 мин) и часовые (Т=0,5—1,5 ч) [Коган, 1969]. Наблюдаются при бодрствовании, сне, повторных предъявлениях проб на объем оперативной памяти, па­тологиях мозга, действии фармакологических веществ [Илюхина, 1977]. Однако описанные ритмы довольно редко встречаются в чистом ииде в реальном психофизиологическом эксперименте; когда испы­туемый вовлечен в определенный вид деятельности, его ЭЭГ пред­ставляет постоянно меняющуюся по амплитуде и частоте кривую. В настоящее время выпускаются самые разнообразные пакеты про­грамм для анализа ЭЭГ на персональных компьютерах. Мы не будем здесь подробно останавливаться на методах анализа ЭЭГ, так как эта проблема требует специального обсуждения. Отметим лишь, что можно выделить два направления в анализе ЭЭГ у субъекта, выпол­няющего определенный вид деятельности. Одно из них — это сопос­тавление описанных ритмов ЭЭГ или ее частотного спектра, выяв­ляющего выраженность альфа-, бета-, тета- или каппа-ритмов, с теку­щей деятельностью (решение задач, счет в уме, выполнение ассоциа­тивных тестов, мысленное представление зрительных или слуховых ощущений, выполнение задач на объем кратковременной памяти и т.д.) [Труш, Кориневский, 1978; Ливанов, Хризман, 1978 ]. Сюда же можно отнести и выявление особенностей того или иного ритма ЭЭГ и их сопоставление с индивидуальной способностью выпол­нять определенный психологический тест, причем проведение этих исследований может быть разделено во времени [см., например, гл. 6; Психофизиол. закономерн., 1985 ]. В рамках другого направления ЭЭГ описывается на основе прямого сопоставления тех или иных ее компонентов с реально развивающимися этапами экспериментально контролируемой деятельности. Одним из примеров подобного подхода является сопоставление амплитудно-временных характеристик компонентов связанных с событием потенциалов (ССП) с выделяемыми характеристиками реализующегося в это время поведения (см. гл.16).

Важное значение в изучении активности мозга имеет сравнитель­ный анализ биоэлектрических потенциалов, регистрируемых одно­временно в разных областях мозга [Труш,Кориневский, 1978]. Так, в школе М.Н. Ливанова впервые был обнаружен феномен развития пространственной синхронизации потенциалов в диапазоне опреде­ленного ритма (чаще тета-ритма) при формировании поведенческо­го навыка у животных и у человека при различных психологических тестах [Ливанов, Хризман, 1978]. В настоящее время компьютерные программы просчитывают амплитуды ЭЭГ, ВП и ССП в каждом частотном диапазоне — альфа-, бета-, тета- и дельта-ритмов для каждого отведения. Цифровые данные в виде черно-белых или цвет­ных шкал переносятся на соответствующие места отведений на че­репе, что дает наглядное представление о том, в каких частях мозга и в какой степени выражена та или иная частота колебаний или тот или иной потенциал [Kaplan et al., 1994].

Артефакты (рис. 2.4). При записи ЭЭГ могут регистрироваться элек­трические процессы, не связанные с активностью мозга. Их называ­ют артефактами. Все артефакты можно разделить на технические и биологические.

При удовлетворительном состоянии усилительной и регистриру­ющей техники и при соблюдении всех правил регистрации электро­физиологических показателей технические артефакты, как правило, связаны с неудовлетворительным контактом отводящих электродов с кожными покровами головы, в результате чего контактное сопро­тивление резко возрастает, т.е. увеличивается внутреннее сопротив­ление источника электрических потенциалов, а это приводит к сни­жению электрического сигнала на входе усилителя и увеличению амплитуды сигналов, наводящихся на электроды от внешних источ­ников. В этих случаях при регистрации ЭЭГ чаще всего наблюдается синусоидальная кривая с частотой 50 Гц (наводка переменного тока), осложненная низкоамплитудными биопотенциалами. Сходная артефактная картина имеет место при отсутствии заземления испытуе­мого. Все технические артефакты относительно легко устранимы. Биологические артефакты появляются в ЭЭГ от других источников организма и в большинстве случаев неустранимы техническими сред­ствами. К этим артефактам относятся артефакты от движения глаз, которые больше всего выражены в передних областях мозга, и ак­тивности скелетных мышц, особенно жевательных и мимических. Избавиться от «глазных» и «мышечных» артефактов можно только изменением условий проведения эксперимента, исключающих по­стоянные движения глаз и мышечную активность, а также специальным инструктированием испытуемого. Иногда на ЭЭГ «пробивает» элект­рокардиограмма. В этом случае нужно проверить сопротивление на электродах.

10

Рис. 2.4. Артефакты на электроэнцефалограмме:

I, 2, 3 — электродные артефакты; 4 — посторонние электрические помехи; 5 — артефакты, вызванные движением испытуемого; 6, 7 — мышечные потенциалы, вызванные напряжением мышц корпуса и сморщиванием лба соответственно; 8 — кожные потенциалы; 9— моргание; 10— электрокардиограмма на фоне элетроэнцефалограммы; 11— пульсовые волны [Егорова, 1973]

Вероятно, придет день, когда биолог,

и не только он, но и физиолог протянут

руку психологу и встретятся с ним в тун­неле,

который они взялись копать с раз­ных

сторон горы неизвестного.

К.Г.Юнг

Сейчас большее чем когда-либо лю­ди начинают

осознавать, что они суще­ства психофизиологические.

Г. Шварц