Метод исследования электрической активности головного мозга — электроэнцефалография

Регистрация и анализ временных зависимостей разностей потенциалов, созданных мозгом на поверхности головы, используется для диагностики различных видов патологии нервной системы: травм, эпилепсии, психических расстройств, нарушений сна. Электроэнцефалография применяется медицине для определения области опухоли мозга, для оценки функционального состояния мозга до и после введения лекарственного препарата. Регистрируемые разности потенциалов в 100 раз слабее, чем в ЭКГ:

0,1 - 5 мВ в ЭКГ;

0,001 - 0,05 мВ в ЭЭГ.

Поэтому у усилителей биопотенциалов ЭЭГ должны быть достаточно большие коэффициенты усиления: 10³ – 10⁴ - в ЭКГ; 10⁵ – 10⁶ - в ЭЭГ.

Электроэнцефалограмма - это график изменения разности потенциалов между различными участками (точками съема) поверхности головы человека во времени. Количество точек съема может существенно меняться (от 2 до нескольких десятков) в зависимости от целей исследования. Пример регистрации и вид ЭЭГ представлен на рис..

ЭЭГ отражает интегральную активность огромного числа нейронов коры головного мозга и распространение волн возбуждения в нейронных сетях.

Электроэнцефалограмма имеет вид сложных регулярных колебаний с различными частотами и амплитудой. 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 a-ритм - колебания с частотой 8-13 Гц. Кроме того, при исследовании электрической активности головного мозга наблюдается (b-ритм с частотой 14 - 35 Гц, g-ритм - 35 - 70 Гц. Выделяют еще δ-ритм -0,5 - 3 Гц, θ-ритм - 4 - 7 Гц и др). По виду электроэнцефалограмм, по появлению или исчезновению определенных ритмов можно судить о характере и степени сдвигов функционального состояния нервных структур головного мозга, о динамике измнений, обнаруживать область коры головного мозга, где эти изменения наиболее выражены. Так, при переходе от бодрствования ко сну a- и b-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

В настоящее время для моделирования электрической активности коры головного мозга в качестве эквивалентного генератора выбирают системы, состоящие из большого количества токовых диполей. Причем учитываются некоторые виды взаимодействия диполей между собой и геометрия их расположея. Однако эти модели воспроизводят лишь небольшую часть процесса генеза ЭЭГ и требуют дальнейшего усовершенствования.

Анализ реализаций ЭЭГ представляет собой сложную задачу. Для сжатия информации и представления ее в удобном для понимания виде строят частотные спектры сигналов ЭЭГ на некотором информативном интервале. После этого частотные спектры можно развернуть во времени и получить временной "ландшафт".

В настоящее время, используя компьютерную технику, электрическую активность мозга анализируют с помощью картирования поверхности головы.

Рис. 5.9. Автоматизированный анализ ЭЭГ. а) четырехсекундные

реализации ЭЭГ, б) частотный Фурье-анализ этих реализаций;

в) временной ланшафт ЭЭГ-изменения α-ритма во времени

ГЛАВА 6. АВТОВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В АКТИВНЫХ СРЕДАХ

Автоволновыми процессами называют процессы распространения волн возбуждения в активных средах.

Стимулом к изучению автоволновых процессов явилось открытие в 1959 г. Б.П. Белоусовым автоколебательных процессов при реакции окисления лимонной кислоты броматом с катализатором - ионами церия. Наблюдались периодические переходы церия из трехвалентной в четырехвалентную форму и обратно: Се³⁺ ↔ Се⁴⁺, Процесс сопровождался периодическими изменениями окраски: от розовой к голубой и обратно. Исследования, проведенные A.M. Жаботинским с сотрудниками в 70-е гг., доказали существование автоколебаний и автоволн не только в различных химических системах, но и в биологических процессах, таких, как гликолиз, фотосинтез и др.

В организме волны возбуждения обеспечивают электромеханическое сопряжение и координацию сокращений мышечных структур, синхронизацию отдельных частей и систем органов, работу двигательного аппарата, осуществляют многие жизненно важные функции.

Нарушение распространения автоволн может приводить к нарушениям функционирования различных органов и систем организма. Такие нарушения могут возникнуть в проводящей и мышечной системах сердца, в нейронных сетях головного мозга, в гладкомышечных структурах сосудов, в сетчатке глаза и других системах. Показано, что нарушение распространения автоволн в сердце может вызывать различные виды аритмий, а образование источников спиральных и концентрических автоволн - фибрилляцию желудочков.

В настоящее время изучению автоволн посвящено большое число экспериментальных работ, а также разработан математический аппарат, описывающий распространение автоволн в самых разных по своей природе активных средах. Автоволновые процессы являются одним из характерных проявлений самоорганизации систем.

Дата добавления: 2014-11-29