Лабораторная работа

Современные методы регистрации и анализа ЭЭГ

Регистрация и анализ временных зависимостей разностей потенциалов электрических полей, созданных мозгом, используются для диагностики различных патологий нервной системы: травм, эпилепсии, психических расстройств, нарушений сна. Электроэнцефалография применяется для оценки функционального состояния мозга до и после введения лекарственного препарата.

Цель занятия:

1. Научиться объяснять неинвазивный метод съема информации при исследовании электрической активности головного мозга.

2. Научиться объяснять, как, используя теорему Фурье, можно выделить на электроэнцефалограмме диагностические ритмы – α, β, θ, δ.

3. Научиться объяснять, каким образом можно получить сжатую информационную картину исследуемых ЭЭГ.

4. Научиться объяснять метод картирования с помощью современных компьютеров.

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ:

ИСХОДНЫе ЗНАНИя:

1. Иметь понятие о электрическом поле, его основных характеристиках. Знать их единицы измерения.

2. Знать основные характеристики колебаний и их единицы измерения.

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ:

1. Электроэнцефалограмма. Метод регистрации.

2. Спектральные составляющие. Теорема Фурье.

3. Альфа-,бета-, тета-, дельта- ритмы.

4. Метод картирования с помощью современных компьютеров.

Литература:

1. Лекции.

2. В.Ф. Антонов и др. Биофизика. М. Владос, 2000. гл. 5, с.123 - 127.

3. В.Ф. Антонов и др. Практикум по биофизике, М. Владос, гл. 2,. с. 86-96.

2. Рубин А.Б. Биофизика, М. Высшая школа, 1987. т. 2.

ТЕОРЕТИЧЕСКие предпосылки работы

Электроэнцефалограмма – это кривая, отражающая интегральную активность огромного числа нейронов коры головного мозга и распространение волн возбуждения в нейронных сетях. По своим биофизическим свойствам нейроны коры сходны с другими нервными клетками. Потенциал покоя пирамидных клеток составляет от -50 до -80 мВ, а амплитуда их потенциала действия – 60-100 мВ при длительности 0,5-2 мс. Потенциалы действия в нейронах коры возникают в области аксонного холмика и распространяются не только по аксону, также по телу и дендритам клетки. Поскольку вслед за потенциалом действия в этих нейронах не возникает, частота их импульсации достигает 100 ГЦ.

Колебания электрического потенциала во времени регистрируются с кожного покрова головы человека. Для этого на голову устанавливают n электродов в различных ее точках. Количество электродов определяется целью данного исследования и может варьировать в широких пределах.

Электроэнцефалограммы (ЭЭГ) имеют вид сложных регулярных колебаний с различными частотами и амплитудами как в зависимости от времени, так и от положения электрода на поверхности головы. Частотный диапазон ЭЭГ лежит в пределах от 1-100 Гц.

Для исследования электрической активности мозга при различных функциональных состояниях обычно рассматриваются спектральные составляющие (простые синусоидальные колебания различных частот и амплитуд, на которые, согласно теореме Фурье, можно разложить сложное колебание – электроэнцефалограмму). У взрослого бодрствующего человека доминирует α-ритм – колебания с частотой 8- 13 Гц. Кроме того, при исследовании электрической активности головного мозга наблюдается β-ритм с частотой 14-35 Гц, γ-ритм – 35-70 Гц. Выделяют еще δ-ритм – 0,5-3Гц, θ-ритм – 4-7 Гц. И др. На рис 1. представлены фрагменты различных типов сигналов здорового человека после прохождения электрического сигнала ЭЭГ через соответствующие частотные полосовые фильтры.

Рис.1.

По виду электроэнцефалограмм, по появлению или исчезновению определенных ритмов можно судить о характере и степени сдвигов функционального состояния нервных структур головного мозга, о динамике изменений, обнаружить область коры головного мозга, где эти изменения наиболее выражены. Так, при переходе от бодрствования ко сну α-и β-ритмы замещаются существенно более медленными δ- и θ-ритмами. Существенно меняется спектральный состав ЭЭГ при наркозе различной глубины, физической нагрузке. В неврологической клинике анализ спектрального состава электрической активности мозга широко используется для оценки патологических состояний. Основные ритмы ЭЭГ отсутствуют или меньше проявляются при тяжелых формах эпилепсии, опухолях коры больших полушарий и др.

Спектральная мощность сигналов с различных точек съема (с различных участков головы) сильно различается. Для описания распределения активности головного мозга по поверхности головы используют метод картирования.

Он заключается в том, что различные величины мощности сигнала ЭЭГ искусственно окрашивают в различные цвета. Так, слабые сигналы окрашивают в темно-синий цвет, сигналы 2-3 мкВ² – в бело-голубые, сигналы 5 и более мкВ² – в темно-красные. На картах обязательно представляется шкала цветов по уровням мощности.

В электроэнцефалографии, используемой для целей нейрохирургии, персональные компьютеры позволяют строить в реальном времени мгновенные карты распределения электрического поля мозга с использованием потенциалов от 16 до 32 электродов, размещенных на обоих полушариях, через временные интервалы порядка нескольких мс.

Вопросы для самоконтроля:

1. Что такое электроэнцефалограмма (ЭЭГ), каков Метод ее регистрации.

2. Как устанавливают электроды на поверхность головы при регистрации ЭЭГ?

3. Что такое частотные фильтры и для чего они нужны?

4. В чем смысл разложения сложных колебаний по теореме Фурье? Что такое спектр сложного колебания?

5. Каким образом выделяют альфа-,бета-, тета-, дельта- ритмы при клинических исследованиях электрической активности головного мозга?

6. Что такое карты мощности, как их можно получить с помощью компьютера?

Приборы и принадлежности:

Персональный компьютер.

Схема работы:

Последовательность действий

Способ выполнения задания

1. Изучение методов регистрации и анализа ЭЭГ.

1. Выбрать один из комплексов ЭЭГ, снятых с 16-ти электродов. 2. Получите спектры мощности для Alpha-, Th-1, Th-2 и Delta-ритмов с каждого из 16 электродов. Данные занесите в тетрадь. 3. Получите на экране компьютера карты для указанных ритмов.. Данные занесите в тетрадь. 4. Постройте на экране для выбранной частоты в диапазоне от5 до 12 Гц карту распределения мощности. Данные занесите в тетрадь. 5. Постройте карту спектральной мощности сигнала для указанного преподавателем ритма. Данные занесите в тетрадь.