2.7 Методы оценки функционального состояния нервной системы.

2.7.1 Методы оценки функционального состояния отдельных нервных клеток

Элементы нервной системы (НС) – нервные клетки, тельца обычно менее 0,1 мм в диаметре. Все части нейрона (нервной клетки) заключены в мембрану.

Рис. 2.11 Нервная клетка

Основные характеристики нервной клетки для млекопитающих составляют:

– сопротивление ~ 10³ Ом/см²

– емкость ~ 3 мкФ/см²

Мембраны клеток Беца:

– сопротивление Ом/ см²

– емкость ~ 2 мкФ/см²

Изменения ΔR составляет ~ от 400 до 1000 Ом/см.²

В процессе функционирования нервных клеток изменения сопротивления ΔR может составлять ~ от 400 до 1000 Ом/см.²

Дендриты нейрона контактируют с аксонами других нейронов с помощью структурных образований, называемых синапсами. Большинство синапсов в ЦНС являются химическими, и возбуждение в аксоне приводит к выходу в синаптическую щель специальных веществ (трансмиттеров), которые связываются с рецепторами на мембране дендрита.

Т.о. нервный импульс – это не электрический ток, текущий вдоль волокна, а есть ионный электрический ток, получающийся последовательностью ионных сдвигов, электрическое выражение которых составляет потенциал действия. Электрические явления в нервном волокне обусловлены в основном различной проницаемостью поверхностной мембраны для ионов калия (K+) и натрия (Na+).

На рис 2.12 показано прохождение положительной и отрицательной части электрического сигнала в нервном волокне.

Рис. 2.12 Прохождение электрического сигнала в нервном волокне

2.7.2 Метод исследования головного мозга

Основными клетками, формирующими нервную ткань (в т.ч. головной мозг), являются нейроны и глиальные клетки. Генерация и проведение электрических сигналов связаны, в основном, с активностью нейронов, а глия выполняет вспомогательные функции (структурные, метаболические и т.д.)

В общем случае в состав нейрона входят следующие морфологические структуры (рис. 2.13):

- тело нейрона (сома);

- дендриты;

- аксон.

Дендриты нейрона контактируют с аксонами других нейронов при помощи специальных структурных образований, называемых синапсами. Большинство синапсов в ЦНС являются химическими, т.к. возбуждение в аксоне вызывает выход специальных веществ (трансмиттеров) в синаптическую щель, которые связываются с рецепторами на мембране дендрита.

Рис. 2.13 Участок коры больших полушарий

В результате активации синапса меняется ионная проводимость постсинаптической мембраны, и в дендрите возникает постсинапстический потенциал (ПСП) – локальное отклонение мембранного потенциала от потенциала покоя (рис. 2.14). Знак отклонения зависит от типа синапса:

- при активации возбуждающих синапсов генерируется возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП), т.е. происходит локальная деполяризация мембраны;

- при активации тормозных синапсов генерируется тόрмозный постсинаптический потенциал (ТПСП) и, следовательно, происходит локальная гиперполяризация мембраны.

ПСП является градуальным сигналом, т.е. плавно зависит от степени активации синапса. После возникновения ПСП пассивно распространяется вдоль дендритов к соме (затухая по мере удаления от синапса). Длительность ПСП может достигать сотен миллисекунд, и возможно суммирование многих ПСП, возникших в разных синапсах в пределах некоторого временного окна. Результирующий мембранный потенциал в области сомы определяется степенью и порядком активации синапсов, а также их количеством, типом и расположением на дендритном дереве.

Рис. 2.14 Электрические сигналы в нейроне [2.6]

При достаточно сильной деполяризации в районе начала аксона (аксонального холмика) может быть инициирован потенциал действия (ПД). Генерация ПД распространяется вдоль аксона, вызывая активацию последующих синапсов. В отличие от ПСП, потенциал действия является стереотипным событием и имеет для конкретного нейрона относительно постоянные амплитуду и длительность (рис. 2.14). Продолжительность ПД составляет 1…2 мс, после чего мембрана переходит в состояние рефрактерности, что делает невозможной суммацию ПД на уровне аксона; степень активности нейрона кодируется частотой следования ПД в серии.

На поверхности головного мозга человека в коре больших полушарий, имеющей толщину 2…4 мм, насчитывают шесть слоев, верхний из которых представлен, в основном, дендритными деревьями, а остальные содержат тела нейронов. Около 80% нейронов коры составляют возбуждающие пирамидные нейроны, ориентированные перпендикулярно поверхности коры и параллельно друг другу, причем ветви апикальных дендритов и тела нейронов находятся на удалении друг от друга.

Запись электрической активности головного мозга, регистрируемая с поверхности головы с помощью электродов, называется электроэнцефалограммой (ЭЭГ).

В отличие от ЭКГ электроэнцефалограмма не может быть прямо связана с каким-либо одним электрическим явлением в мозге, это всегда активность большого количества отдельных нейронов.

ЭЭГ характеризует медленные изменения потенциалов коры и используется для диагностики эпилепсий, опухолей и прекращения функционирования мозга.

Выделяют несколько характерных ритмов, определяемых диапазонами частот сигналов ЭЭГ:

сверхмедленные колебания 0.02…0.1 Гц;

медленные колебания 0.2…1 Гц;

δ – ритм 0.5…4 Гц;

θ – ритм 4…8 Гц;

α – ритм 8…13 Гц;

β – ритм 13…22 Гц;

γ – ритм 22...30 Гц;

Кроме этих ритмов возможны специфические формы колебаний:

– низкоамплитудные колебания в состоянии сна, напоминающие ЭЭГ в состоянии активного внимания;

– высокоамплитудные медленные колебания – «сонные веретёна», при эпилептическом припадке колебания большой амплитуды (синхронные) с частотой ~ 10 Гц; малые миоклонические припадки – колебания типа спайк – волна с частотой ~ 3 Гц.

На рис.2.15 показаны способы отведения сигналов ЭЭГ.

Рис.2.15 Способы отведения электроэнцефалографических сигналов

Большими буквами латинского алфавита обозначены следующие участки головы:

F – лобный

C - центральный

P - теменной

O – затылочный

T - височный

Методы обработки ЭЭГ аналогичны методам обработки ЭКГ, при этом используется многоканальная запись по каналам общим числом от 6 до 32 с усилителями большей чувствительности примерно на ~ 2 порядка и полосой частот 0.1…100 Гц.

Информативным также представляется одновременное наблюдение изменяющихся во времени спектров.