Клинический и статический методы изучения ээг

Визуальный (клинический) анализ ЭЭГ используется обычно в диагностических целях (соответствует ли ЭЭГ общепринятым стандартам нормы, какова степень отклонения от нормы, обнаруживаются ли у пациента признаки очагового поражения мозга и какова локализация очага поражения). Клинический анализ ЭЭГ всегда строго индивидуален и носит преимущественно качественный характер. Кроме этого, в 70-80% случаев изменения биоэлектрической активности мозга носят диффузный характер, а их смптоматика, представляющая особый интерес для анализа контингента испытуемых, входящих в группу "малой" психиатрии, трудно поддается формальному описанию.

С татистический анализ ЭЭГ в подавляющем большинстве случаев опирается на преобразование волнового паттерна ЭЭГ в частотный (анализ Фурье, построение спектров мощности). С помощью преобразования Фурье сложные по форме колебания сводят к ряду синусоидальных волн с разными амплитудами и частотами.

Спектры могут характеризовать абсолютную мощность ритмической составляющей или относительную (в процентах от общей мощности ЭЭГ).

Спектры мощности ЭЭГ подвергают дальнейшей обработке, например, вычисляют авто- и кросскорреляционные функции, а также когерентность, которая характеризует меру синхронности частотных диапазонов ЭЭГ в двух различных отведениях. Когерентность изменяется 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.

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 межполушарной асимметрии и др. Благодаря этому спектрально-корреляционный метод оценки спектральной мощности (плотности) ритмических составляющих ЭЭГ и их когерентности является в настоящее время одним из наиболее распространенных.

Топографическое картирование электрической активности мозга

На основе многоканальной ЭЭГ (от 16 до 32, иногда до 128 электродов) регистрации ЭЭГ был разработан метод картирования биотоков мозга (brain mapping, ТКЭАМ). Картирование дает представление о пространственном распределении по коре любого показателя электрической активности мозга. Это может быть ВП, один из его компонентов или другие частотные полосы спектра ЭЭГ.

Способы представления данных. Современные средства картирования мозга позволяют отражать все этапы анализа: "сырые данные" ЭЭГ и ВП, спектры мощности, статистические и динамические топографические карты, графики, диаграммы и таблицы.

Т опографические карты представляют собой контур черепа, на котором изображен какой-либо параметр ЭЭГ. Значения мощности выбранного показателя подразделяются на уровни. В одном варианте каждому уровню приписывается свой цвет и изменение локуса активности выглядит как перемещение определенного цвета по карте. В другом варианте значения показателя, принадлежащие одному уровню, соединяются изолиниями. Используется процедура вычитания одной карты потенциалов из другой, что позволяет связать паттерн ЭЭГ-активности с той или другой когнитивной операцией.

ВП и ПСС

ВП – биоэлектрические колебания, возникающие в нервных структурах в ответ на внешнее раздражение и находящиеся в строго определенной временной связи с началом его действия.

ВП – ответы на сенсорные стимулы, регистрируемые из проекционных зон коры и стволовых проекционных структур, в виде ряда позитивно-негативных отклонений, длящихся после стимула в течение 0,5-1 сек.

У человека ВП обычно включены в ЭЭГ, но на фоне спонтанной биоэлектрической активности трудно различимы (амплитуда одиночных ответов в несколько раз меньше амплитуды фоновой ЭЭГ). Для выделения ВП из фоновой ЭЭГ используют технику когерентного накопления ответов – синхронизация ЭЭГ относительно момента предъявления повторяющегося стимула. Сначала использовалась суперпозиция нескольких реакций на фотопленке, затем эта процедура была заменена на получение усредненного ВП (average evoked potential).

В клинике часто применяют анализ звукового ВП. Они позволяют определить сохранность слухового анализатора на периферическом и стволовом уровнях. Особенно это важно при обследовании слуха у новорожденных детей. СВП применяют также для выявления опухолей, определения коматозного состояния, обследования пациентов с демиелинизацией волокон. Если СВП полностью отсутствуют, можно говорить о смерти мозга.

По ЛП его компоненты делятся на три группы: потенциалы ствола мозга (с ЛП до 10-12 мс), среднелатентные (до 50 мс) и длиннолатентные (более 100 мс). Звуковые ВП состоят из 7 отклонений. Волна I зависит от реакции волокон слухового нерва улитки. Волна II с латенцией 3,8 мс возникает в том случае, если импульсы слухового нерва достигают ствола мозга. Волна III отражает реакцию верхней оливы на уровне моста. Волна IV с латенцией около 4,5 мс связана с активностью латеральных лемнисков. Волна V имеет латенцию около 5,2 мс и отражает активность нижнего двухолмия. Фазы VI-VII – распространение сигналов по таламо-кортикальной радиации, они совпадают с медленной негативностью, предшествующей корковому ответу. Ранние компоненты нечувствительны к сну, наркозу. Они вызываются звуковыми тонами частотой 2000-4000 Гц. Звуки на частоте ниже 2000 Гц вызывают только волну V.

С реднелатентные компоненты (Н₀, П₀, Н_a, П_a, Н_б) регистрируются от первичной слуховой коры, имеют малую амплитуду, более лабильны, чем стволовые потенциалы, чувствительны к сну, наркозу. Максимальная амплитуда вызывается звуковыми тонами речевого диапазона.

Длиннолатентные ответы включают компонент Н₁ с латенцией пика в 100 мс. Потенциал характеризуется полимодальностью и чувствительностью к активации. Кроме того, на него может накладываться другой потенциал – негативность рассогласования (HP), которую связывают с процессами предвнимания. Компонент П₂ имеет специфические и неспецифические составляющие. Волна Н₂ также включает несколько компонентов.

ССП

Способы выделения сигнала из шума позволяют отмечать в записи ЭЭГ изменения потенциала, связаные с любым фиксированным событием (событийно-связанные потенциалы – ССП – последовательность позитивных и негативных колебаний в интервале до 500 мс, иногда до 1000 мс):

• к олебания, связанные с активностью двигательной коры (моторный потенциал, или потенциал, связанный с движением);

• потенциал, связанный с намерением произвести определенное действие (так называемая Е-волна);

• потенциал, возникающий при пропуске ожидаемого стимула.

Количественные методы оценки ВП и ССП предусматривают, в первую очередь, оценку амплитуд (размах колебаний компонентов, мкВ) и латентностей (время от начала стимуляции до пика компонента, мс).

Помимо этого, используются и более сложные варианты анализа.

Феноменологический уровень – анализ конфигурации, компонентного состава и топографических особенностей ВП. Его возможности связаны с совершенствованием способов количественной обработки ВП, начиная от оценки латентностей и амплитуд и кончая производными показателями. Математический аппарат обработки ВП, включает факторный, дисперсионный, таксономический и другие виды анализа.

Физиологический уровень – выделение источников генерации компонентов ВП, т.е. установление роли отдельных структур мозга в происхождении отдельных компонентов ВП. Наиболее признанным здесь является деление ВП на экзогенные (отражают активность специфических проводящих путей и зон) и эндогенные компоненты (отражают активность неспецифических ассоциативных проводящих систем мозга). Длительность тех и других зависит от модальности стимула (в зрительной системе ЛП экзогенных компонентов ВП не превышает 100 мс).

Функциональный уровень предполагает использование ВП как инструмента, позволяющего изучать физиологические механизмы поведения и познавательной деятельности человека и животных (?).

ВП как единица психофизиологического анализа.¹ Если рассматривать психофизиологический анализ как метод изучения мозговых механизмов психической деятельности, то ВП отвечают большинству требований, которые могут быть предъявлены единице такого анализа.

ВП является психонервной реакцией, т.е. прямо связан с процессами психического отражения.

ВП имеет количественные характеристики в виде параметров отдельных непрерывно связанных между собой компонентов (латентности и амплитуды), а значит, может быть операционализирован. Существенно, что эти параметры имеют разное функциональное значение в зависимости от особенностей экспериментальной модели.

В то же время, ВП обладает структурной однородностью. Его разложение на элементы (компоненты), осуществляемое как метод анализа, позволяет охарактеризовать лишь отдельные стадии процесса переработки информации, при этом утрачивается целостность процесса как такового.

ВП занимает весь временной интервал между стимулом и реакцией, а значит, соответствуют всем процессам, приводящим к возникновению поведенческого ответа. При этом конфигурация ВП зависит от характера поведенческого акта и особенностей функциональной системы, обеспечивающей данную форму поведения. Отдельные компоненты ВП рассматриваются как отражение этапов афферентного синтеза, принятия решения, включения исполнительных механизмов, достижения полезного результата. В такой интерпретации ВП выступают как единица психофизиологического анализа поведения. Идеи о целостности и системности ВП как корреляте поведенческого акта нашли наиболее полное отражение в исследованиях В.Б. Швыркова.

Основная область применения ВП в психофизиологии связана с изучением физиологических механизмов и коррелятов познавательной деятельности человека (когнитивная психофизиология). ВП в нем используются в качестве полноценной единицы психофизиологического анализа.

МЭГ

Первые электромагнитные поля (ЭМП) нервной системы были зарегистрированы у лягушки с расстояния 12 мм при возбуждении седалищного нерва. Магнитное поле сердца человека (около 1 миллионной доли земного магнитного поля) впервые было записано в 1963 г, мозга – Д. Коеном (Koen D.) из Массачусетского технологического института в 1968 г. Магнитным методом он зарегистрировал спонтанный альфа-ритм у здоровых испытуемых и изменение активности мозга у эпилептиков. Первые ВП с помощью магнитометров были получены несколько лет спустя.

Сначала для регистрации ЭМП были использованы индукционные катушки с большим количеством витков. С увеличением их числа чувствительность системы возрастает. Число витков в первых таких катушках достигало миллиона. Однако чувствительность их оставалась невысокой и они не регистрировали постоянное ЭМП. Создание новых магнитометров связано с открытием Б. Джозефсона, за которое он получил Нобелевскую премию (между двумя сверхпроводниками, разделенными диэлектриком, вблизи ЭМП возникает ток). На основе этого открытия Б. Джозефсона были созданы СКВИДы – сверхпроводниковые квантомеханические интерференционные датчики. Магнитометры, работающие на базе СКВИДа, очень дороги, в качестве диэлектрика их регулярно заполняют жидким гелием.

Дальнейшее совершенствование магнитометров связано с удешевлением – разработкой квантовых магнитометров с оптической накачкой (МОН), в которых вместо жидкого гелия используются пары щелочного металла цезия (не требуют криогенной техники). В них от общего источника по световодам поступает световой сигнал, и достигает фотодетекторов. Колебания ЭМП мозга человека модулируют сигнал на фотодетекторах. Каждый магнитометр имеет множество датчиков, что позволяет получать пространственную картину распределения ЭМП. Современные магнитометры (СКВИДы и др.) обладают высокой временной и пространственной разрешающей способностью (до 1 мм и 1 мс).

Для МЭГ, так же как и для ЭЭГ, существует проблема увеличения соотношения "сигнал-шум", поэтому усреднение ответов также необходимо. Из-за различной чувствительности ЭЭГ и МЭГ к источникам активности особенно полезно комбинированное их использование. МЭГ по сравнению с ЭЭГ обладает рядом преимуществ:

• бесконтактный метод регистрации,

• не испытывает искажений от кожи, подкожной жировой клетчатки, костей черепа, твердой мозговой оболочки, крови и др.

• в МЭГ отражаются только источники активности, которые расположены тангенциально (параллельно черепу), МЭГ не реагирует на радиально ориентированные источники. Благодаря этим свойствам МЭГ позволяет определять локализацию только корковых диполей, тогда как в ЭЭГ суммируются сигналы от всех источников независимо от их ориентации, что затрудняет их разделение.

• МЭГ не требует индифферентного электрода и снимает проблему выбора места для реально неактивного отведения.