НЕЙРОТОН, занимательные истории о нервном импульсе (А.Волошин)

НЕЙРОТОН,   ОГЛАВЛЕНИЕ       

Электроэнцефалография (ЭЭГ)

Первые работы по записи суммарной активности полушарий мозга животных выполнили Адольф Бек и Наполеон Цибульский в конце 1880-х годов. В этих работах электроды помещали непосредственно на поверхность мозга животного. Гораздо сложнее оказалось получить запись токов с помощью электродов, устанавливаемых на поверхность тела. Начало электроэнцефалографическим исследованиям положил В.В.Правдич-Неминский, опубликовав 1913 году первую электроэнцефалограмму, записанную с мозга собаки. В своих исследованиях он использовал струнный гальванометр. А также Правдич-Неминский ввёл термин электроцереброграмма.

Первая же запись ЭЭГ человека была создана немецким психиатром Гансом Бергером в 1928 году. И, хотя ЭЭГ снимается через электроды с поверхности головы, Г. Бергер сумел доказать, что часть электрической активности обусловлена деятельностью мозга, а не покры¬вающих его поверхностных тканей.

Открытие Г. Бергера было встречено весьма холодно, и этот метод полу¬чил признание лишь после того, как Е.Д.Эдриан (Adrian) и Б.Х.Мэттьюз (Metthews) смогли не¬посредственно продемонстрировать его на заседании Английского физиологического общества в Кембридже в 1935 году. Сам Е.Д.Эдриан был в качестве испытуемого. Открывая и закрывая глаза, он продемонстрировал появление альфа-ритма на ЭЭГ.

Частотный диапазон процессов, протекающих в мозгу, лежит в пределах от 0 до 10 кГц, а амплитудный - в пределах от десятков микровольт до сотен милливольт.

В бытовом представлении при ЭЭГ на голову накладывают сеть датчиков, которые считывают «всё, что творится внутри черепной коробки» и передают «умному» прибору полный объём информации. На самом же деле электроды записывают изменения разности потенциалов между парами датчиков в различных отведениях. Взрослым предусмотрено симметричное прикрепление к поверхности головы 20 датчиков + 1 непарный, который накладывается на теменную область.

Система «10–20%» – стандартная система размещения электродов на поверхности головы, которая рекомендована Международной федерацией электроэнцефалографии и клинической нейрофизиологии. Схему предложил в 1950-х годах канадский нейрофизиолог Герберт Генри Джаспер.

Нейротон. Электроэнцефалография (ЭЭГ)

Этот метод исследования базируется на предположении, что наблюдаемая электрическая активность – есть совокупность электрических реакций головного мозга, отражающих функции целого мозга и его отдельных образований.

Когда какой-либо участок головного мозга активируется, то, меняется его электрическая активность. Это местная электрическая активность мозга. Однако наряду с ней существует и общая электрическая активность коры головного мозга, например, ритмичные волны, захватывающие всю кору. Примером регистрации местной электрической активности служит метод вызванных потенциалов, общей – электроэнцефалография.

Одним из проявлений местной активности головного мозга служат вызванные потенциалы – локальные изменения электрической активности, возникающие в каком-либо участке ЦНС в ответ на поступление возбуждения. Чаще всего регистрируют вызванные потенциалы, возникающие в ответ на раздражение сенсо́рных рецепторов, например, тактильных, зрительных или слуховых. Регистрацию вызванных потенциалов используют как в исследовательских, так и в диагностических целях.

Потенциалы регистрируют путём наложения электродов на кожу головы. Естественно, что при этом вызванный потенциал, будучи небольшим по амплитуде сигналом, «утонет» в общей электрической активности мозга. В связи с этим используют методы выделения сигнала из шума, позволяющие регистрировать вызванные потенциалы не только коры, но даже подкорковых структур.

Местная электрическая активность отражает деятельность отдельных участков коры, например, восприятие и анализ раздражителя, формирование команды, направляемой к отдельным группам мышц. В состоянии бодрствования активно функционируют все отделы коры (мы одновременно видим, слышим, думаем, осуществляем какие-то движения и пр.). Оказывается, однако, что если какие-либо участки коры в данный момент не занимаются присущей им деятельностью, то они не находятся в состоянии полного покоя: этим участкам свойственна ритмичная электрическая активность. Таким образом, в коре головного мозга всегда присутствует электрическая активность, обусловленная либо специфической деятельностью её отделов, либо навязанными ритмами. Эта активность, регистрируемая с поверхности черепа, головы, называется электроэнцефалограммой (ЭЭГ).

До недавнего времени он оставался единственным методом, позволявшим в динамике исследовать активность мозга. Но записи, получаемые с его помощью, по мнению самих медиков, с трудом поддаются расшифровке, и поэтому чаще всего электроэнцефалография даёт лишь грубое представление об активности популяции нейронов, расположенных под электродом.

Одна из самых поразительных особенностей ЭЭГ – её спонтанный, автономный характер. Регулярная электрическая активность мозга может быть зафиксирована уже у плода (т. е. до рождения организма) и прекращается только с наступлением смерти. Даже при глубокой коме и наркозе наблюдается особая характе́рная картина мозговых волн.

Парадоксально, но собственно импульсная активность нейронов не находит отражения в колебаниях электрического потенциала, регистрируемого с поверхности черепа человека. Причина в том, что импульсная активность нейронов несопоставима с ЭЭГ по временны́м параметрам. Длительность импульса (потенциала действия) нейрона составляет не более 2 мс. Временны́е параметры ритмических составляющих ЭЭГ исчисляются десятками и сотнями миллисекунд. Принято считать, что в электрических процессах, регистрируемых с поверхности открытого мозга или скальпа, находит отражение синаптическая активность нейронов. Речь идёт о потенциалах, которые возникают в постсинаптической мембране нейрона, принимающего импульс. Возбуждающие постсинаптические потенциалы имеют длительность более 30 мс, а тормозные постсинаптические потенциалы коры могут достигать 70 мс и более. Эти потенциалы (в отличие от потенциала действия нейрона, который возникает по принципу «всё или ничего») имеют градуальный характер и могут суммироваться.

Несколько упрощая картину, можно сказать, что положительные колебания потенциала на поверхности коры связаны либо с возбуждающими постсинаптическими потенциалами в её глубинных слоях, либо с тормозными постсинаптическими потенциалами в поверхностных слоях. Отрицательные колебания потенциала на поверхности коры предположительно отражают противоположное этому соотношение источников электрической активности.

Кроме естественных колебаний потенциала мозга наблюдаемых на ЭЭГ при отсутствии специальных воздействий, существует ещё и другая форма активности мозга – вызванные потенциалы (ВП). ВП – биоэлектрические колебания, возникающие в нервных структурах в ответ на внешнее раздражение (вспышку света, звук и т. д.) Так как на яркую вспышку света отвечают почти одновременно сразу много нейронов мозга, то суммарные ВП обычно имеют гораздо большую величину, чем ЭЭГ. Фактически именно они и были обнаружены первооткрывателями ЭЭГ.

С помощью ВП можно решать интересные научные задачи. Например, после вспышки света ответ (ВП) раньше всего возникает в затылочной области мозга. Отсюда можно сделать вывод, что именно в эту область поступают сигналы о свете. При раздражении кожи руки они возникают в одном месте, кожи ноги – в другом. Можно составить карту таких ответов, и эта карта показывает, что поверхность кожи даёт проекцию на теменную область коры мозга человека. Интересно, что при этом проектировании нарушаются некоторые пропорции, например, проекция кисти руки оказывается непропорционально большой (вспомните о карикатурном «сенсо́рном гомункулусе» Пенфилда).

У человека ВП обычно включены в ЭЭГ, но на фоне спонтанной биоэлектрической активности одиночные ВП трудно различимы (их амплитуда в несколько раз меньше амплитуды фоновой ЭЭГ). В связи с этим регистрация ВП осуществляется специальными техническими устройствами, которые позволяют выделять полезный сигнал из шума путём последовательного его накопления, или суммации.

Эти потенциалы представляют собой последовательность позитивных и негативных колебаний, регистрируемых, как правило, в интервале 0–500 мс. после внешнего раздражения. В Количественные методы оценки ВП включают оценку амплитуд и латентностей. Амплитуда – размах колебаний компонентов, латентность – время от начала стимуляции до пика компонента. Помимо этого, используются и более сложные варианты анализа. На основании этих измерений и сравнения их с параметрами здорового организма делаются соответствующие выводы.

О точности выводов можно судить, например, по таким косвенным данным. «Детектор лжи», использующий те же принципы работы, что и ЭЭГ, позволяет выявить до 71% случаев обмана.

Сигнал, получаемый при ЭЭГ — это лишь суммарные изменения электрического поля, порождаемые миллиардами нервных клеток. Использовать его для точной локализации нейрофизиологических процессов в мозге почти невозможно — это как пытаться идентифицировать личности пловцов по волнам на поверхности бассейна. Зато характерный, нездоровый плеск или наоборот, его пугающее отсутствие — вполне можно отличить. Именно поэтому в наши дни ЭЭГ уже крайне редко используется исследователями, а вот медиков она по-прежнему популярна. Так, электроэнцефалографию используют для диагностики тяжёлых нарушений, таких как эпилепсия, и общего мониторинга состояния мозга.

На мой взгляд, ЭЭГ является самым грубым и малоинформативным, но до недавнего времени единственным способом исследования мозговой деятельности, как совокупности работающих нейронов. (О более совершенном методе – МЭГ, поговорим ниже.) Все другие методы более современные, более точные дают нам информацию об общей структуре мозга, о его сосудистой системе (кровоснабжении), о его активности по активности опять же кровоснабжения, но ничего не говорят нам о работе собственно нейронов.

Между делом все как-то подзабыли, что ещё в 1888 году И.Р.Тарханов заметил резкое усиление электрических явлений в коже человека (любом, необязательно скальпа) при мнимом воображении ощущения, при абстрактной умственной деятельности, при возбуждении нервной системы или при утомлении.

По поводу неэффективности ЭЭГ бытует байка о том, как в 1956 году директор Государственного института мозга профессор Виктор Петрович Осипов попросил коллег-профессоров дать заключение по предложенной им энцефалограмме. После пяти совершенно разных диагнозов – рак мозга, эпилептические припадки, развёрнутая эпилепсия, тяжёлая травма мозга – профессор Осипов сказал, что снял энцефалограмму с мокрой тряпки.

47eeg.php

ОГЛАВЛЕНИЕ