ЭЭГ головного мозга — Что показывает диагностика головного мозга

Зачем, и в каких случаях делается ЭЭГ головного мозга?

Что такое ЭЭГ и его особенности

Электроэнцефалография – это обследование головного мозга, его электрической активности. Сокращенно процедура называется ЭЭГ. Исследования вовремя помогают обнаружить воспалительные процессы, сосудистые аномалии, опухоли, эпилепсию, другие серьезные патологии.

ЭЭГ головного мозга – единственный метод, который позволяет проводить обследование и диагностировать состояние пациента, даже если он потерял сознание. Исследования абсолютно безопасны для организма. Процедура проведения – не более 30 минут.

С помощью электроэнцефалографии врач прослеживает динамику патологии, корректирует терапию, оценивает действие на организм уже применяемых лекарственных препаратов. ЭЭГ в состоянии отслеживать все изменения в мозге, и это отличает метод от МРТ.

Активность работы органа выясняется по специальной карте. По этой схеме прослеживается степень проявления патологии, проблемы с ЦНС, которым соответствует конкретный ритм. Врач определяет синхронность работы отделов головного мозга и как он использует свои возможности.

Способы записи ЭЭГ

Обследование основывается на регистрации биоэлектрических параметров. Активность мозга может быть записана одним из четырех способов:

Ночная проверка активности мозга называется ЭЭГ-мониторингом. Этот вариант проведения процедуры нуждается в использовании дополнительного оборудования, поэтому обследование проводится строго в стационаре.

Как работает ЭЭГ-аппаратура

Еще в 19 веке ученые установили, что мозг человека в состоянии излучать электромагнитные импульсы. Стартовали исследования нейронов. Дебютные опыты с ЭЭГ головного мозга начали проводиться немного позже.

Аппаратура ЭЭГ подключается к электродам, считывающим любые импульсы. Одновременно информация передается на энцефалограф. На нем установлены программы, помощью которых происходит обработка поступающих сигналов.

В программном обеспечении зафиксированы нормальные параметры мозговой активности. При этом показатели во время проведения исследования могут меняться из-за возраста или конкретных условий (во время бодрствования, сна). Энцефалограмма расшифровывается с помощью когерентного анализа, во время проведения которого обнаруживаются даже минимальные отклонения и спектрального, когда определяются нарушения во взаимосвязях коры мозга с его полушариями.

Цели диагностики

Обследование позволяет не только оценить тяжесть заболевания, но и выявить, где конкретно находится пораженная область. Врач изучает активность нервной системы. С помощью ЭЭГ-процедуры определяются нарушения в функционировании мозга у больных под наркозом либо тех, кто находится в коме.

Показания для ЭЭГ

Обследование без направления от врача не делается. Сначала ставится диагноз без использования аппаратуры. Она применяется только при необходимости. ЭЭГ головного мозга делается если:

  • это больной ребенок, неспособный описать свои ощущения;
  • имеется подозрение на опухоль;
  • нарушения сна;
  • больной находится в коме;
  • человек длительное время страдает бессонницей;
  • у пациента наблюдается развитие некроза после хирургической операции;
  • возникают приступы эпилепсии;
  • у пациента тяжелое состояние после отравления или тяжелой травмы;
  • имеются различные поражения головного мозга;
  • наблюдаются нервные срывы, психозы;
  • есть проблемы с сосудистой системой мозга.

Электроэнцефалография делается после сотрясений или при подозрении на образование кист. Исследования показаны при неврологических проявлениях в виде онемения рук, ног, внезапных обмороков. ЭЭГ делается также при гипертонии.

Как проводится процедура

Для проведения ЭЭГ на голову пациента врач надевает специальный прибор. В него встроены электроды, количество их зависит от возраста пациента. Для детей до 18 лет используется 12, для взрослых – 20 и один непарный, который накладывается на темя. При подозрении на эпилепсию врач крепит на височную область отдельные дополнительные датчики.

Электроды смазываются специальным веществом, быстро проводящим электричество. С электроэнцефалографом соединяются проводами. При включении аппарата электроды сначала усиливают сигналы, которые поступают от головного мозга. Затем импульсы передаются в компьютер для последующей обработки.

Во время процедуры сигналы отображаются на мониторе как волнообразная линия. Это позволяет врачам сразу определить активность клеток. Информация на мониторе одновременно указывает на очаги воспаления, опухоли и области, где нарушена работа органа. Длительность проведения процедуры – до 10 минут.

Ритмы активности

Конечный результат электроэнцефалографии выводится из биоритмов в разные периоды, в зависимости от ситуации. Характеристики основных сигналов активности головного мозга:

  1. Альфа-ритм (9-13 Гц, с амплитудой колебания 5-100 мкВ) имеется практически у каждого здорового человека во время отдыха. Как только глаза открываются и в мозг начинают поступать зрительные образы, а-ритм уменьшается. При дальнейшем возрастании активности органа сигналы исчезают вовсе. Угасание сигналов вызывают стрессы, страх, активация нервной системы.
  2. Бета-ритм (13-39 Гц с амплитудой колебаний до 20 мкВ) появляется при активных мыслительных процессах. В обычном состоянии волны довольно слабые, их избыток указывает на реакцию мозга на стресс.
  3. Тета-ритм (4-8 Гц, с амплитудой колебания 20-100 мкВ) отражает замедленное сознание (дрема, полусон). У здорового человека во время засыпания тета-ритм увеличивается в количестве. Волновым усилениям также способствуют психические расстройства, сотрясение мозга и неврологические заболевания. Тета-ритм увеличивается при сумеречных состояниях и большой эмоциональной нагрузке.
  4. Дельта-ритм ( 0,3-4 Гц, с амплитудой колебания 20-200 мкВ) свидетельствует о глубоком сне или погружении в наркоз. При прогрессировании неврологических заболеваний волны усиливаются.

Кроме перечисленных, есть гамма-ритм с частотой до 100 Гц. Каппа-ритм образуется в височных областях, когда наблюдается активность умственной деятельности. Мю-ритм указывает на психическое напряжение. Эти волны при диагностике большого значения не имеют, так как появляются обычно в состоянии перенапряжения мозговой деятельности, где требуется высокая концентрация внимания.

Подготовка к процедуре

Перед ЭЭГ необходимо тщательно вымыть волосы. Нельзя использовать средства для укладки (пену, лак и т.д.). Перед процедурой снимаются все металлические предметы (пирсинг, заколки и др.). За два дня до ЭЭГ нужно прекратить употребление спиртных и возбуждающих нервную систему напитков. Из рациона исключается шоколад.

Перед процедурой проведения ЭЭГ необходимо поставить врача в известность о приеме лекарственных препаратов (снотворных, противосудорожных и т.д.). При невозможности приостановить лечение во время расшифровки делаются пометки об употреблении конкретных медикаментов. Нельзя есть за 2 часа до процедуры и курить. Электроэнцефалография не делается во время обострения респираторных болезней, при заложенном носе.

Проведение электроэнцефалографии у детей

ЭЭГ у детей проводится в первый год жизни во время сна. Процедура помогает оценить состояние мозга, проанализировать его развитие на клеточном уровне. Одновременно выявляются аномалии, которые можно вылечить, пока они не начали прогрессировать в серьезные заболевания.

Электроэнцефалография для детей назначается при:

  1. Припадках эпилепсии, судорогах или похожих приступах. ЭЭГ делается также для корректировки лечения.
  2. Нарушении сна.
  3. Необходимости оценки развития мозга, его формирования и биологической активности.
  4. Наличии ишемического нарушения центральной нервной системы.
  5. Для оценки тяжести заболевания.

ЭЭГ способна выявить отклонения в развитии уже на первом году жизни. Для детей более старшего возраста в подготовку к процедуре входят игровые моменты. Так как у малышей повышенная активность, им трудно усидеть на месте. Ребенок должен постепенно научиться не двигаться несколько минут и побороть страх перед надеванием шлема с присосками. Остальные требования стандартные.

Расшифровка ЭЭГ

При расшифровке сигналов головного мозга учитывается возраст пациента, общее состояние, когда был последний припадок, прочие факторы. Важные параметры а-ритма, которые учитываются впоследствии:

  • амплитуда (мкВ)над полушариями;
  • доминирующая частота (Гц) в конкретных областях (затылке, темени);
  • межполушарная асимметрия (в процентах).

О результатах ЭЭГ делают выводы после расшифровки сведений обследования пациента. Положительный итог, если в области темени и затылка были обнаружены альфа-ритм 8-12 Гц и с амплитудой колебания 50 мкВ. В лобной части должен наблюдаться бета-ритм 12 Гц и не более 20 мкВ. Эти параметры относятся к норме.

Отдельные волны не свидетельствуют о наличии конкретного заболевания. Например, эпилептиформные острые могут наблюдаться и у здорового человека, который не страдает от эпилепсии. Между приступами острые волны и пики, которые характерны для заболевания, можно и не заметить вовсе.

На патологию с небольшими припадками прямо указывает пик-волна 3 Гц. Острые сигналы в 1 Гц говорят о прогрессировании патологии Крейтцфельда-Якоба. Эти волны относятся к важным факторам при установке диагноза. Исключить наличие эпилепсии (если есть признаки заболевания) только по одному тесту невозможно, но данные ЭЭГ учитываются при диагностике.

Электроэнцефалография может указать на замедление активности головного мозга, судорожных очагах, наличие диффузных изменений при различных заболеваниях. Медленный ритм с множеством альфа- и дельта- волн свидетельствует о сумеречном состоянии, которое возникает из-за опухолей, инсультов.

Если не установлена причина поражения головного мозга, а на записи ЭЭГ указаны диффузные изменения, то это позволяет определить:

  • энцефалиты;
  • менингиты;
  • метаболическую энцефалопатию.

Диффузные изменения наблюдаются у людей с сотрясением мозга или его травмировании. Однако могут наблюдаться и у здоровых людей, которые не жалуются на здоровье. Врач может назначить дополнительные исследования.

9 основных показаний для назначения энцефалограммы головного мозга

Для ежедневных исследований в клинической практике подходят не инвазивные методы исследования разных органов и систем. Пациенту гораздо проще согласиться на исследование, если метод исследования комфортный, не требует дополнительных пособий (вроде анестезиологического) и не вызывает неприятных ощущений.

Читайте также:  Овитрель раствор пк 250мкг0,5мл шприц №1 купить в Москве по цене от 2750 рублей

Таким методом исследования мозговой активности является ЭЭГ (электроэнцефалография). В случае с исследованием мозга установить его функциональную активность можно довольно просто.

Суть метода ЭЭГ

Нервные клетки способны генерировать электрические импульсы для обмена информацией друг с другом. Процесс возникновения импульса в нервной клетке обусловлен сложным каскадом биохимических реакций внутри клетки и обменом ионами на её мембране.

Благодаря работе специфических белков-насосов на мембране клетки, на ней постоянно присутствует заряд. И этот заряд можно уловить с помощью электродов.

Что лежит в основе?

Любые клетки организма, не только нервные, являются источниками биоэлектрических импульсов. При расположении электродов на голове пациента становится возможным уловить суммарную электрическую активность мозга, перевести в электрический сигнал и записать на бумаге или вывести на экран монитора.

Используют для исследования два вида электродов:

  • монополярный — в этом случае на поверхности головы устанавливают электрод «ноль», в сравнении с которым сопоставляют интенсивность сигнала от остальных электродов. Чаще этот электрод устанавливают на мочку уха. Остальные датчики ставятся в зонах проекции долей — над фронтальной, височными, центральной, теменной и затылочной зонами, симметрично над правым и левым полушарием;
  • биполярный — регистрируются потенциалы между различными зонами мозга.

Кто впервые применил ЭЭГ?

История развития электроэнцефалографии уходит корнями в 1929 год, когда некий немецкий психиатр Карл Бергер опубликовал труд, в котором была описана процедура регистрации суммарных потенциалов с головного мозга человека. Этот учёный считается отцом современной клинической электроэнцефалографии. Бергер проводил исследования на здоровых людях, на психически больных и тщательно регистрировал результаты своих наблюдений, отмечая сходства и различия в мозговой активности.

Итогом работ Карла Бергера стал труд «Об электроэнцефалограмме человека», который был опубликован после долгих сомнений. Всего он написал 23 работы на тему исследования потенциалов головного мозга, но они были холодно встречены коллегами.

Но ещё раньше вклад в становление метода внесли учёные из России — В.В.Правдич-Неминский, П.Ю.Кауфман, В.М.Бехтерев. Правдич-Неминским была впервые зарегистрирована электрическая активность с интактных покровов кожи головы. А Кауфман и Бехтерев доказали, что эта активность связана с работой головного мозга.

Что касается исследований, которые ещё раньше проводились на животных, в них была доказана зависимость электрической активности головного мозга от стимуляции рецепторов, от фазы сна или бодрствования, интенсивности кровоснабжения головного мозга. Эти эксперименты проводились на открытом мозге собак и лягушек. Только после того, как учёные убедились в безопасности метода, они перешли к изучению потенциала мозга человека.

Метод ЭЭГ получил распространение только после 1932 года, когда Э.Д.Адрианом и Ч.Шеррингтоном была получена Нобелевская премия за исследование функциональной активности нейронов.

Мировые войны несколько приостановили темпы развития нейрофизиологии, но все исследования были возобновлены в послевоенное время.

С появлением КТ метод несколько утратил свою значимость, но до сих пор он не исключён из протоколов и стандартов диагностики широкого спектра неврологической патологии.

Описание процедуры

Стандартная ЭЭГ проводится в течение 20 минут. Пациенту надевают на голову шапочку, в которую встроены электроды. Шапочки разные по размеру, подбираются в зависимости от возраста и пола пациента.

Единственной официально одобренной схемой является схема «10-20». Это международная схема размещения электродов на голове. Она была создана в 1958 году физиологом Гербертом Генри Джаспером, на настоящее время одобрена Международной федерацией электроэнцефалографии и клинической нейрофизиологии.

Иногда могут добавляться дополнительные электроды, расположенные между основными, для записи очень ограниченного участка биоэлектрической активности головного мозга.

Самое большое количество электродов, которые могут находиться в «шапочке» — 256 — используются они для получения энцефалограммы с большим разрешением.

Энцефалограмма записывается на бумажный носитель или на электронный, после чего результаты могут отдать на диске пациенту.

Основное исследование проводится, когда человек бодрствует. Исследователь просит пациента открыть и закрыть глаза, глубоко и часто или поверхностно и редко дышать (пробы с гипер- и гиповентиляцией соответственно), посмотреть на вспыхивающие с определённой периодичностью лампочки, послушать звуки. Пробы позволяют выявить патологическую активность коры. Например, после вспышек света, врач может зарегистрировать эпилептический очаг, который никак себя внешне не проявляет (нет привычной клинической картины в виде судорожного припадка и т.д.).

Очень редко назначается видео-ЭЭГ мониторинг. Это происходит в том случае, когда у пациента есть нарушение активности коры, но рутинные методы не позволяют это выявить. Чаще всего суточная регистрация ЭЭГ производится для определения типа эпилепсии. Это более сложное, трудоёмкое и длительное исследование, но с помощью него врач получит больше данных, чем по результатам рутинного ЭЭГ.

Где можно выполнить электроэнцефалограмму и какова цена?

ЭЭГ головного мозга можно выполнить, как в государственной, так и в частной клинике. Для выполнения исследования по ОМС потребуется направление врача, затем следует зарегистрироваться в очереди.

В частных клиниках направление так же понадобится. Стоимость услуги зависит от длительности исследования, срочности расшифровки.

Приблизительно (в разных городах и клиниках цены могут сильно отличаться), стоимость рутинного ЭЭГ может составить от 1 500 до 2 000 рублей. Видеомониторинг стоит дороже — от 3 000 (1 час мониторинг) до 13 000 — 15 000 (суточный мониторинг энцефалограммы).

Кому и когда показана ЭЭГ?

  • ЭЭГ назначают неврологи или психиатры для оценки функционального состояния головного мозга пациента.
  • Перед получением водительских прав в обязательном порядке все водители проходят процедуру и предоставляют справку в ГИБДД.
  • То же самое касается периодических медицинских осмотров работников по ряду специальностей.
  • Если пациент приходит с жалобами на головную боль по типу мигрени — ему также показано исследование.

Какие состояния помогает обнаружить ЭЭГ?

Основные показатели, которые важно оценить: ритм, амплитуда, активность, синхронизация и десинхронизация волн. Важным диагностическим признаком является наличие пиков или спайков.

Поражения мозга, выявляемые на ЭЭГ, могут быть диффузными или локальными. Диффузные поражения обычно выявляются, когда страдает весь мозг: при менингитах, менингоэнцефалитах, токсических поражениях или энцефалопатиях иного происхождения.

Локальные поражения регистрируются при новообразованиях, абсцессах, геморрагических инсультах (образование гематом) или травмах (гематомы и размозжение вещества головного мозга).

Основные показания для направления на исследование

Энцефалограмма головного мозга показана людям, у которых заподозрено наличие следующих состояний:

  • эпилепсия (большие и малые судорожные припадки, абсансы);
  • новообразование головного мозга;
  • черепно-мозговые травмы с повреждением мозга;
  • нейродегенеративные заболевания (болезнь Паркинсона, деменция с тельцами Леви, болезнь Альцгеймера и т.д.);
  • нарушения мозгового кровообращения острые (инсульт) или хронические;
  • кома;
  • психические заболевания (фобии, немотивированная агрессия);
  • нарушение когнитивных функций;
  • диагностика эффективности назначенных противосудорожных препаратов.

Первые три функции у всех на слуху. Праксис — это способность человека приобретать, сохранять и воспроизводить какие-то навыки — будь то движение ручкой при письме или сборка электросхем. Гнозис — способность воспринимать информации, получаемую от внешнего мира с помощью слуха, зрения, обоняния, осязания и прикосновений. Нарушение когнитивных функций может быть единственным клиническим признаком органического или функционального поражения мозга.

Противопоказания

Противопоказания для исследования:

  • эпилептический статус — серия судорожных припадков, в промежутках между которыми пациент не приходит в сознание;
  • психомоторное возбуждение пациента;
  • острые инфекционные заболевания в период разгара (если исследование плановое);
  • некоторые кожные заболевания с поражением кожи головы;
  • тяжёлые соматические заболевания и терминальные состояния.

Особенности выполнения у детей

У детей показания для ЭЭГ те же самые, что и у взрослых пациентов. Дополнительно по электроэнцефалограмме оцениваются темпы психоэмоционального и нервнопсихического развития ребёнка и соответствие их возрасту.

Совсем маленькие дети во время исследования находятся на руках у матери или на пеленальном столике. Процедура производится в промежутке между кормлениями во время сна (покормить желательно как можно ближе к времени проведения исследования, чтобы ребёнок легко уснул в кабинете).

Детям постарше исследование проводится во время бодрствования, маленький пациент может сидеть на коленях у мамы.

На голову малыша надевают шапочку, к которой подсоединяются металлические пластинки и провода аппарата. Дополнительно эти пластинки можно смазать гелем или физраствором, для лучшего контакта с кожей головы.

У совсем маленьких детей выполнить функциональные пробы невозможно. В возрасте двух-трёх лет малыш уже может выполнить простые просьбы: моргать глазами или выполнить просьбу «надуть шарик» (аналог пробы с гиповентиляцией), посмотреть на мигающую лампочку. У детей такие провокационные тесты важны в той же степени, что и у взрослых, для верной диагностики.

Подготовка к исследованию

Специальной подготовки взрослых пациентов не требуется. Что касается детей, то новорождённых главное вовремя покормить, чтобы малыш спал во время процедуры.

Детям постарше стоит рассказать, что с ними будет происходить, чтобы ребёнок не боялся врача и аппарата. Психологическая подготовка особенно важна для детей и подростков. Процедура должна проходить без стресса, слёз и страха.

Ребёнку обязательно надо дать отдохнуть перед исследованием (если это не ЭЭГ с депривацией сна) и хорошо поесть, чтобы он не чувствовал дискомфорта.

Помимо этого, стоит перед процедурой тщательно вымыть голову, убрать с волос заколки, резинки, бантики, шпильки и т.д., чтобы они не мешали исследованию.

Подготовка к суточному ЭЭГ также имеет свои особенности. Так как исследование проводится в клинике, необходимо взять с собой все необходимые средства личной гигиены. Дополнительные опции (отмена лекарств, депривация сна) оговариваются с лечащим врачом.

Расшифровка записи

Основными компонентами, которые можно обнаружить на ЭЭГ здорового взрослого человека, являются альфа- и бета-ритмы.

  1. Альфа-ритмы представляют собой правильные высокоамплитудные колебаниясо сравнительно небольшой частотой. Регистрируются в основном электродами, установленными на затылочные области. Наибольшая амплитуда наблюдается при закрытых глазах или в тёмном помещении.
  2. Бета-ритмы — самые быстрые. Появляются во время бодрствования при концентрации внимания. Регистрируются над центральными и лобными извилинами.
  3. Гамма-ритмы — регистрируются при выполнении задач, требующих сосредоточенности, в большей степени в префронтальной, височной, лобной и теменных зонах.
  4. Дельта-ритм — высокоамплитудный низкочастотный ритм. Избыток связан с нарушением внимания и нарушением других когнитивных функций.
  5. Тета-ритм — в норме регистрируется при переходе из бодрствования в сон, при изменённых состояниях сознания, в наркотическом сне, при хроническом переутомлении. Появление связано с психическими заболеваниями, сотрясением мозга.
  6. Мю-ритм — активируется во время умственной нагрузки и психического напряжения. Внешне похож на альфа-волны, но более сглаженные.
  7. Каппа-ритм — сходен с альфа-ритмом, регистрируется височными электродами. Появляется при умственном напряжении.
Читайте также:  Причины головной боли после массажа - ProInfoSpine

Во время суточного ЭЭГ важно определить соотношение ритмов в разные фазы жизнедеятельности.

Если глубоко не копать, то можно выделить следующие возрастные особенности детской ЭЭГ:

  • у новорождённых в основном преобладают дельта-волны, улавливаемые всеми электродами над всей поверхностью коры;
  • у новорождённых в теменно-затылочный и центральной областях периодически могут возникать альфа-ритмы, с амплитудой меньшей, чем у взрослых;
  • в возрасте одного года появляется альфа подобная активность во всех зонах коры, она отличается нестабильностью. Основная роль по-прежнему принадлежит тета- и дельта-ритмам;
  • в возрасте 2 лет: во всех регистрируемых областях отмечается активность бета-волн, альфа-волны становятся менее выраженными в передних отделах коры;
  • в возрасте 5-6 лет на ЭЭГ появляются признаки организации основного альфа-ритма, подобно ритмам взрослых;
  • в 10-12 лет завершается формирование альфа-ритма. Он становится хорошо организованным, доминирует над остальными ритмами;
  • в возрасте 13-17 лет продолжается стабилизация активности ритмов и приближение к норме взрослых.

Биоэлектрическая активность мозга «созревает» только к 18-22 годам.

Варианты заключений, которые может дать врач:

  • ЭЭГ в пределах нормы;
  • эпилептиформная активность;
  • локальные изменения биоэлектрической активности мозга;
  • диффузные изменения биоэлектрической активности мозга;
  • признаки дисфункции не специфических срединных структур.

Заключение

Электроэнцефалография — метод, использующийся в клинической практике с давних времён. В наше время, не смотря на появление КТ, МРТ, более современных методов диагностики патологических состояний, он не утратил своей актуальности.

Исследование абсолютно безопасно для всех взрослых и детей. Процедура безболезненная и простая для пациента.

Электроэнцефалограмма головного мозга незаменима при диагностике эпилепсии, позволяет определить локализацию очага, его активность, форму эпилепсии. Это особенно важно для больных, так как нужно подбирать терапию и титровать дозы препаратов.

Этот метод является вспомогательным при диагностике новообразований головного мозга, ишемических и геморрагических инсультов, повреждений мозга в результате черепно-мозговых травм.

Нервное волокно способно проводить электрический импульс между клетками. Через аксоны и дендриты клетки обмениваются друг с другом информацией посредством электрических импульсов, которые научился регистрировать и оценивать человек. Открытие биоэлектрической активности мозга стало прорывом в развитии неврологии, нейрофизиологии и нейрохирургии.

Мы приложили много усилий, чтобы Вы смогли прочитать эту статью, и будем рады Вашему отзыву в виде оценки. Автору будет приятно видеть, что Вам был интересен этот материал. Спасибо!

Что такое ЭЭГ и зачем она нужна

Ученые любят искать первое упоминание своей науки. К примеру, я видел статью, где всерьез утверждалось, что первые опыты по электрической стимуляции мозга были проведены в Древнем Риме, когда кого-то ударил током электрический угорь. Так или иначе, обычно, историю электрофизиологии принято отсчитывать примерно от опытов Луиджи Гальвани (XVIII век). В этом цикле статей мы попробуем рассказать небольшую часть того, что наука узнала за последние 300 лет про электрическую активность мозга человека, про то, какие профиты из всего этого можно извлечь.

Откуда берется электрическая активность мозга

Мозг состоит из нейронов и глии. Нейроны проявляют электрическую активность, глия тоже может это делать, но по-другому [1], [2], и мы на нее сегодня обращать внимания не будем.

Электрическая активность нейронов заключается в перекачивании между клеткой и окружающей средой ионов натрия, калия и хлора. Между нейронами сигналы передаются с помощью химических медиаторов. Когда медиатор, выделяемый одним нейроном, попадает на подходящий рецептор другого нейрона, он может открыть химически активируемые ионные каналы, и впустить в клетку небольшое количество ионов. В результате клетка немного меняет свой заряд. Если в клетку вошло достаточно много ионов (например, сигнал пришел одновременно на несколько синапсов), открываются другие ионные каналы, зависимые от напряжения (их больше), и клетка за считанные миллисекунды активируется целиком по принципу “все или ничего”, после чего возвращается в прежнее состояние. Этот процесс называется потенциалом действия.

Как ее можно зарегистрировать

Лучший способ записать активность отдельных клеток — воткнуть в кору электрод. Это может быть один провод, может быть матрица с несколькими десятками каналов, может быть штырь с несколькими сотнями, а может быть гибкая плата с несколькими тысячами (как тебе такое, илон маск ).

На животных это делают уже давно. Иногда по жизненным показаниям (эпилепсия, болезнь Паркинсона, полный паралич) делают на человеке. Пациенты с имплантами способны печатать текст силой мысли, управлять экзоскелетами, и даже контролировать все степени свободы промышленного манипулятора.

Выглядит впечатляюще, но в ближайшее время в каждую районную поликлинику, и, тем более, к здоровым людям, такие методы не придут. Во-первых, это очень дорого — стоимость процедуры для каждого пациента измеряется сотнями тысяч долларов. Во-вторых, имплантация электродов в кору — все-таки серьезная нейрохирургическая операция со всеми возможными осложнениями и поражением нервной ткани вокруг импланта. В-третьих, сама технология несовершенна — непонятно, что делать с тканевой совместимостью имплантов, и как предотвратить их обрастание глией, в результате чего нужный сигнал со временем перестает регистрироваться. Кроме того, обучение каждого пациента использованию импланта может занимать больше года ежедневных тренировок.

Можно не втыкать провода глубоко в кору, а аккуратно положить на нее — получится электрокортикограмма. Тут сигнал отдельных нейронов уже не зарегистрировать, но можно увидеть активность очень маленьких областей (общее правило — чем дальше от нейронов, тем хуже пространственное разрешение метода). Уровень инвазивности ниже, но все равно нужно вскрывать череп, поэтому этот метод используется в основном для контроля во время операций.

Можно положить провода даже не на кору, а на твердую мозговую оболочку (тонкий череп, который находится между мозгом и настоящим черепом). Тут уровень инвазивности и возможных осложнений еще ниже, но сигнал все еще довольно качественный. Получится эпидуральная ЭЭГ. Всем хорош метод, однако, тут все равно нужна операция.

Наконец, минимально инвазивный метод исследования электрической активности мозга — электроэнцефалограмма, а именно, запись с помощью электродов, которые находятся на поверхности головы. Метод самый массовый, сравнительно дешевый (топовые приборы стоят не дороже нескольких десятков тысяч долларов, а большинство в разы дешевле, расходники практически бесплатны), и имеет самое высокое временное разрешение из неинвазивных методов — можно изучать процессы восприятия, которые занимают считанные миллисекунды. Недостатки — низкое пространственное разрешение и шумный сигнал, который, однако, содержит достаточное количество информации для некоторых медицинских и нейроинтерфейсных целей.

На картинке с потенциалом действия видно, что у кривой есть две основных части — собственно, потенциал действия (большой пик) и синаптический потенциал (маленькое изменение амплитуды перед большим пиком). Логично было бы предположить, что то, что мы регистрируем на поверхности головы, является суммой потенциалов действия отдельных нейронов. Однако, на деле все работает наоборот — потенциал действия занимает около 1 миллисекунды и, несмотря на высокую амплитуду, через череп и мягкие ткани не проходит, а вот синаптические потенциалы за счет большей длительности, хорошо суммируются и регистрируются на поверхности черепа. Это было доказано с помощью одновременной записи инвазивными и неинвазивными методами. Также важно, что активность не каждого нейрона может быть зарегистрирована с помощью ЭЭГ (подробнее тут).

Важно, что в мозге находится около 86 миллиардов нервных клеток (о том, как это можно с такой точностью посчитать, читайте тут), и активность одного нейрона в таком шуме считать невозможно. Однако, какую-то информацию все равно вытащить можно. Представьте себе, что вы стоите в центре футбольного стадиона. Пока фанаты просто шумят и разговаривают между собой, вы слышите равномерный гул, но как только даже небольшая часть присутствующих начинает скандировать кричалку, ее уже можно довольно отчетливо расслышать. Точно так же и с нейронами — на поверхности черепа можно увидеть осмысленный сигнал, только если сразу большое количество нейронов проявляют синхронную активность. Для неинвазивной ЭЭГ это примерно 50 тысяч синхронно работающих нейронов.

Впервые идея померить напряжение на голове человека была реализована в 1924 году довольно интересной личностью. Первая запись ЭЭГ выглядела вот так:

Сложно понять, что означает этот сигнал, но сразу видно, что он не похож на белый шум — в нем заметны веретена колебаний высокой амплитуды и отличающейся частоты. Это альфа-ритм — самый заметный ритм мозга, который можно увидеть невооруженным взглядом.

Сейчас, конечно, ритмы ЭЭГ анализируются не на глаз, а математическими методами, самые простые из которых — спектральные.


Разбитый на полосы спектр Фурье электроэнцефалограммы (источник)

Всего есть несколько полос, в которых обычно анализируют ритмическую активность ЭЭГ, вот самые популярные:

Читайте также:  Чистка лица в Туле - пилинг лица и ультразвуковая чистка по выгодной цене

8-14 Гц — Альфа-ритм. Представлен в основном в затылочных зонах. Сильно увеличивается при закрытии глаз, также подавляется при умственном напряжении и увеличивается при расслаблении. Этот ритм производится, когда возбуждение циркулирует между корой и таламусом. Таламус — своего рода маршрутизатор, который решает, как перенаправлять в кору потоки входящей информации. Когда человек закрывает глаза, ему становится нечего делать, он начинает генерировать фоновую активность, которая и вызывает альфа-ритм в коре. Кроме того, важную роль играет default mode network — сеть структур, которые активны во время спокойного бодрствования, но это уже тема для отдельной статьи.

Разновидность альфа-ритма, с которой его легко перепутать — мю-ритм. Он имеет схожие характеристики, но регистрируется в центральных областях головы, где находится моторная кора. Важная особенность — его мощность уменьшается, когда человек двигает конечностями, или даже думает о том, чтобы это сделать.

14-30 Гц — Бета-ритм. Больше выражен в лобных долях мозга. Увеличивается при умственном напряжении.

30+ Гц — Гамма-ритм. Может быть, где-то внутри мозга он и есть, но большая часть того, что можно записать с поверхности, происходит от мышц. Выяснили это следующим образом:

Нужно каким-то образом убрать мышечную активность с головы, чтобы записать ЭЭГ с мышцами и без. К сожалению, нет простого способа отключить мышцы на голове, не отключив их во всем теле. Берем ученого (никто другой на такое бы не согласился), накачиваем его миорелаксантом, в результате чего у него отключаются все мышцы. Проблема — если отключить все мышцы, в том числе диафрагму и межреберные, то он не сможет дышать. Решение — кладем его на ИВЛ. Проблема — он еще и говорить без мышц не может. Решение — наложим ему на руку жгут, чтобы туда не попадал миорелаксант, тогда он может этой рукой подавать сигналы. Проблема — если затянуть эксперимент, то рука отвалится. Решение — прекращаем эксперимент когда ученый перестает чувствовать руку, и надеемся, что все закончится хорошо. Результат — доля в спектре частот ЭЭГ больше 20 Гц на фоне миорелаксанта становится меньше в 10-200 раз, чем выше частота, тем выше падение.

1-4 Гц — Дельта-ритм. Выражен во время фазы, внезапно, дельта-сна (самый глубокий сон), также повышается при стрессе.

Кроме ритмической активности, в ЭЭГ есть еще вызванная. Если мы точно знаем, в какой момент мы показываем человеку стимул (это может быть картинка, звук, тактильное ощущение и даже запах), мы можем посмотреть, какая была реакция именно на этот стимул. Соотношение сигнал-шум такого ответа по отношению к фоновой ЭЭГ довольно низкое, но если мы покажем стимул, к примеру, 10 раз, нарежем ЭЭГ относительно момента предъявления и усредним, то можно получить довольно подробные кривые, которые называют вызванными потенциалами (не путать с потенциалами действия).

Это вызванный потенциал на звук. Подробности оставим психофизиологам — тут нам достаточно понимать, что каждый экстремум что-то да означает. При достаточном усреднении будут видны ответы структур начиная от слухового нерва (I) и заканчивая ассоциативной корой (P2).

Что с ней можно сделать

Сделать можно много чего, но сегодня мы сконцентрируемся на нейрокомпьютерных интерфейсах. Это системы анализа ЭЭГ в реальном времени, которые позволяют отдавать компьютеру или роботу команды без помощи мышц — самое близкое к телекинезу, что может предоставить современная наука.

Самое очевидное, что приходит в голову — сделать интерфейс на ритмической активности. Мы же помним, что альфа-ритма мало, когда человек напряжен, и много, когда он расслаблен? Вот и расслабляйтесь. Пишем ЭЭГ, делаем преобразование Фурье, когда мощность в окне вокруг 10 герц стала выше определенного порога, зажигаем лампочку — вот и контроль компьютера силой мысли. Тот же принцип может позволить управлять другими ритмами. За счет простоты и нетребовательности к оборудованию появилось достаточно много игрушек, работающих на этом принципе — Neurosky, Emotiv, тысячи их. В принципе, если хорошо постараться, человек может научиться приходить в нужное состояние, которое будет правильно классифицироваться. Проблема потребительских девайсов в том, что они часто пишут не очень качественный сигнал, и поголовно не умеют вычитать артефакты от движения глаз и мимических мышц. В результате появляется реальная возможность научиться управлять мышцами и глазами, а не мозгом (а подсознание работает так, что чем больше стараться этого не делать, тем хуже будет получаться). Кроме того, само соотношение сигнал-шум в ритмах довольно низкое, и интерфейс работает медленно и неточно (если получится правильно угадать состояние с точностью больше 70% — это уже достижение). Да и научная база по состояниям кроме расслабления и концентрации, мягко говоря, зыбкая. Тем не менее, при правильной реализации метод может иметь свое применение.

Важный подвид интерфейсов на ритмах — представление движений. Тут человеку предлагается не воображать что-то абстрактно расслабляющее, а представлять движение, скажем, правой руки. Если делать это правильно (а научиться правильному представлению сложно), можно выявить снижение мю-ритма в левом полушарии. Точность таких интерфейсов тоже крутится вокруг 70%, но они находят свое применение в тренажерах для восстановления после инсультов и травм, в том числе при помощи различных экзоскелетов, поэтому они все равно нужны.

Другой класс ЭЭГ-нейроинтерфейсов основывается на использовании вызванной активности всех сортов. Эти интерфейсы отличаются очень высокой надежностью, при удачном стечении обстоятельств приближающейся к 100%.

Самый популярный вид нейроинтерфейсов включает в себя потенциал Р300. Он возникает тогда, когда человек пытается выделить один нужный ему стимул среди многих ненужных.

К примеру, если вот тут пытаться посчитать, сколько раз загорится буква “А”, и при этом не обращать внимания на все остальные, то в ответ на этот стимул при усреднении мы увидим красную линию, а при усреднении всех остальных — синюю. Разница между ними заметна невооруженным взглядом, и обучить классификатор, который будет их различать, не составляет особого труда.

Такие интерфейсы обычно не очень красивые, и не очень быстрые (печать одной буквы займет около 10 секунд), но могут быть полезны полностью парализованным пациентам.

Кроме того, в ИМК-Р300 есть когнитивный компонент — мало просто смотреть на букву, надо активно обращать на нее внимание. Это позволяет, при выполнении определенных условий, делать на этой технологии довольно интересные игры (но это тема для другой статьи).

За счет того, что Р300 это когнитивный потенциал, для него не очень важно, что, собственно, показывают человеку, главное, чтобы он мог на это реагировать. В результате интерфейс будет работать, даже если буквы будут сменять друг друга в одной точке — это полезно для пациентов, которые не могут двигать глазами.

Есть и другие интересные вызванные потенциалы, в частности SSVEP (ЗВПУС) — потенциалы стабильного состояния. Если искать аналогии в области связи, то Р300 работает как рация — сигналы от разных стимулов разделяются по времени, а SSVEP это классический FDMA — разделение по несущей частоте, как в GSM-связи.

Нужно показать человеку несколько стимулов, которые мигают с разными частотами. При выборе стимула, на него достаточно внимательно посмотреть, и через несколько секунд его частота магическим образом окажется в зрительной коре, откуда ее можно вытащить корреляционными или спектральными методами. Это быстрее и проще, чем считать буквы для Р300, но долго смотреть на такое мигание тяжело.

Там, где есть FDMA, там самое место CDMA:

Серое — бинарная последовательнсть, цветное — вызванная ей активность во всех каналах, карта — распределение выраженности потенциала в ЭЭГ. Видно, что максимум на затылке — в зрительных областях

Можно модулировать мигание стимулов не частотами и фазами, а ортогогнальными бинарными последовательностями, которые точно так же окажутся в зрительной коре и отклассифицируются с помощью корреляционного анализа. Это может помочь немного оптимизировать обучение классификатора и ускорить работу интерфейса — на одну букву может уходить меньше 2 секунд. За счет удачного выбора цветов можно сделать интерфейс чуть менее вырвиглазным, хотя полностью от мигания избавиться не получится. К сожалению, когнитивный компонент тут не так сильно выражен — отслеживание движений глаз дает сопоставимые результаты, но технически проще, дешевле и удобнее.

Когда я говорю о том, насколько хорошо могут работать те или иные типы интерфейсов, приходится постоянно оперировать соотношением сигнал-шум. Действительно, вызванные потенциалы имеют низкую амплитуду — около 5 микровольт, при том, что фоновый альфа-ритм запросто может иметь амплитуду в 20. Такой слабый сигнал кажется довольно сложным для классификации, но на самом деле все это довольно просто, если правильно поставить эксперимент и хорошо записать ЭЭГ. Сейчас большинство академических исследований сосредоточено в области придумывания новых классификаторов, в том числе применения нейросетей, но довольно хорошего уровеня можно достигнуть уже с самыми простыми линейными классификаторами из scikit-learn. К примеру, хороший датасет с Р300 и кодом лежит здесь.

Нейрокомпьютерные интерфейсы — развивающаяся технология, выглядит как магия, особенно для неподготовленного человека. Однако в реальности это метод, в котором много неочевидных сложностей. Секрет здесь, как и с любой технологией, заключается в том, чтобы учитывать все ограничения и находить такие сферы ее применения, в которых эти ограничения не мешают работе.

Ссылка на основную публикацию
Эхиностоматидоз, эхиностоматидозы — возбудитель восприимчивость распространение инкубационный скрыты
ЭХИНОСТОМАТИДОЗЫ Рис. 1. Echinostoma revolutum. Рис. 1. Echinostoma revolutum :1 — головной конец;2 — общий вид;3 — яйцо. эхиностоматидо́зы (Echinostomatidoses),...
Эстетическая клиника на Промышленной, отзывы и фото эстетических косметологий Краснодара, телефоны и
Эстетическая клиника краснодар промышленная 19 u0412 u043au043eu0441u043cu0435u0442u043eu043bu043eu0433u0438u0447u0435u0441u043au0443u044e u043au043bu0438u043du0438u043au0443 u0442u0440u0435u0431u0443u0435u0442u0441u044f u0430u0434u043cu0438u043du0438u0441u0442u0440u0430u0442u043eu0440, u043eu043fu0440u044fu0442u043du043eu0441u0442u044c, u0443u043bu044bu0431u0447u0438u0432u043eu0441u0442u044c, u0434u043eu0431u0440u043eu0436u0435u043bu0430u0442u0435u043bu044cu043du043eu0441u0442u044c, u0436u0435u043bu0430u043du0438u0435 u0440u0430u0431u043eu0442u0430u0442u044c! u0423u043cu0435u043du0438u0435 u043fu043eu043bu044cu0437u043eu0432u0430u0442u044cu0441u044f u0418u043du0441u0442u0430u0433u0440u0430u043cu043c, WhatsApp. u0413u0440u0430u0444u0438u043a...
Эстроген при беременности на ранних сроках
Как влияет гормон эстроген на организм беременной? Здравствуйте, девочки! Сегодня нашей темой для разговора будет гормон эстроген, которому мы обязаны...
Эхогенность — полная расшифровка снимков УЗИ
Эхогенность органов и причины ее повышения Ультразвуковой метод обследования широко используется в диагностике большинства соматических заболеваний. Постоянный прогресс этой области...
Adblock detector