Задача 2. Регистрация ЭЭГ человека и ее изменений при различных функциональных пробах

Разным уровням сознания (сон, бодрствование), различным физиологическим состояниям мозга соответствуют неодинаковые формы его биоэлектрической активности, регистрируемой с поверхности черепа. Электрическая активность с поверхности мозга кролика впервые была зарегистрирована Р. Каэтоном в 1875 г. После изобретения струнного гальванометра появилась возможность записывать биопотенциалы, возникающие в мозге. Впервые электроэнцефалограмма (ЭЭГ) от поверхности черепа животного была зарегистрирована В.Правдич-Неминским в 1925 г. Применив струн­ный гальванометр, он показал, что для мозга животного харак­терно наличие ряда ритмов электрической активности. Первые отведения электрической активности от головного мозга человека были сделаны австрийским физиологом-психиатром Г.Бергером в 1929 г. Зарегистрированная ЭЭГ представляла собой колебания незначительной амплитуды с частотой 10 в секунду и не сразу привлекла к себе внимание физиологов и клиницистов. Начиная с 1930 г., после публикаций работ английского исследователя Э.Эдриана и его сотрудников, ЭЭГ становится признанным методом исследования мозга.

Развитие электроэнцефалографии идет параллельно с усовер­шенствованием методов регистрации ЭЭГ и развитием электрон­ной техники. Качественным скачком явилась возможность приме­нения компьютерной обработки ритмов ЭЭГ. Разработаны мето­ды цветной графики на экране дисплея с выведением результатов на "карты" мозга. В последние годы появились компьютеры, по­зволяющие обрабатывать большие объемы информации, а это привело к возможности получать изображение мозга и его отдель­ных фрагментов. К новым методам относятся рентгенологическая компьютерная томография, позитронно-эмиссионная томография и томография с ядерным магнитным резонансом. Но регистрация ЭЭГ является более доступным методом и может быть первичным исследованием для выявления той или иной патологии мозга и рекомендации дальнейшего обследования больного, если для этого выявлены показатели.

Какова природа регистрируемой ЭЭГ мозга человека и живот­ных? Первоначально считали, что сложные ритмы ЭЭГ опреде­ляются теми же биологическими процессами, которые возникают в периферических нервах, т.е. суммацией ПД, которые возникают в нервных клетках коры головного мозга. Но развитие микроэлек­тродной техники позволило выявить существенные различия между активностью отдельных клеток и суммарной активностью мозга: ЭЭГ определяется более длительными процессами неимпульсной природы, такими как синаптические и дендритные потенциалы. Открытие возбуждающих (ВПСП) и тормозных (ТПСП) постсинаптических потенциалов, а также новые данные о свойствах дендритов корковых нейронов привели к формированию представле­ния об ЭЭГ как суммации в основном постсинаптических градуальных потенциалов корковых нейронов и наиболее важной роли дендритов в этих процессах. Такие представления подтверждаются рядом факторов: 1) в онтогенезе формирование электрической активности коры совпадает с моментом созревания ее апикаль­ных дендритов; 2) медленные потенциалы дендритов способны к суммации; 3) многочисленные ветвления дендритов составляют основную массу коры; 4) в области ветвления дендритов наибо­лее выражены медленные колебания.

Серое вещество головного мозга состоит не только из нейро­нов. От 30 до 50% серого вещества составляют глиальные клетки: астроциты, олигодендроциты, микроглия. Глиальные клетки прилегают к нейронам, и большая поверхность сомы и дендритов находятся в тесном контакте с глией. Найдены синаптические контакты на олигодендроцитах и астроцитах. Электрогенез ряда медленных и сверхмедленных колебаний связывают с биоэлект­рическими процессами в глиальных клетках.

Существенный вклад в формирование волн ЭЭГ вносят также таламо-кортикальные взаимоотношения. Таламические нейроны могут играть роль своеобразных пейсмекеров. Именно в талами-ческих центрах обнаружена ритмическая активность, частота ко­торой 8—13 Гц, и она совпадает с одним из ритмов ЭЭГ. После разрушения таламо-кортикальных связей этот ритм в коре исчеза­ет, а в таламусе сохраняется.

ЭЭГ у бодрствующего человека в состоянии покоя не зависит от дыхания и ритма сердечных сокращений. Основными компо­нентами спонтанной поверхностно регистрируемой ЭЭГ здоро­вого взрослого человека считают два типа ритмических колебаний потенциалов — a и b-волны.

Альфа-ритм характеризуется частотой от 8 до 13 Гц. Он возни­кает у человека при исключении зрительных раздражений: в тем­ноте, при закрывании глаз, в состоянии покоя. Этот ритм харак­терен для человека, но регулярная медленноволновая активность наблюдается и в ЭЭГ животного (как при наркозе, так и в состо­янии дремоты). У большинства людей (90%) a-ритм хорошо вы­ражен. Амплитуда волн a-ритма не превышает 50—100 мкВ. От­крывание глаз, умственная деятельность, психическое напряже­ние, освещение — все это приводит к угнетению a-ритма: снижа­ется амплитуда волн и повышается их частота. Наибольшие регу­лярность и амплитуда a-ритма свойственны теменной области коры на границе с затылочной. Эта область считается пейсмекерной для формирования а-волн в ЭЭГ.

Бета-ритм доминирует в ЭЭГ человека и животных при дея­тельном состоянии, при интенсивной физической и умственной работе, при осуществлении ориентировочных условных рефлек­сов. Он состоит из быстрых волн с частотой 14—30 Гц. Амплитуда (b-волн достигает 60 мкВ при отведении непосредственно от коры больших полушарий и не превышает 5—10 мкВ при отведении от кожи черепа человека. Пейсмекерной областью являются лобные доли неокортекса. При интенсификации умственной и условно-рефлекторной деятельности амплитуда b-волн повышается; на­против, при наркозе b-ритм ослабевает и исчезает. Блокада b-ритма наступает и при угнетении ретикулярной формации.

При наркотическом и физиологическом сне возникает дельта-ритм. Он характеризуется частотой от 1 до 4 Гц и амплитудой 100—300 мкВ. В периоды возникновения парадоксального сна d-ритм сменяется b-ритмической активностью.

В ЭЭГ человека может возникать активность типа тета-ритма, характеризующаяся частотой 4—8 Гц. Ряд исследователей счита­ют, что у человека самостоятельного q-ритма не существует, и его относят к промежуточной активности между d- и a-ритмами. Вы­раженность q-ритма в ЭЭГ зависит от возраста испытуемого, сте­пени умственного напряжения. У животных q-ритм лучше всего выражен в лимбических структурах мозга, межуточном мозге и стволе при общей активации животного, вызванной каким-либо значимым для него раздражителем.

В условиях полного покоя и при отсутствии внешних раздражи­телей у человека и животных регистрируется спонтанно изменяющаяся ЭЭГ-активность головного мозга. Чем обусловлена спонтанность суммарной активности? Прежде всего — постоянной си-наптической бомбардировкой корковых нейронов афферентными сигналами от различных рецепторов и других нейронов. Такие ре­цептивные образования, как зрительные и вестибулярные, могут рассматриваться как стимуляторы, поддерживающие тонус ЦНС. Лишение нервного центра притока афферентной сигнализации приводит к частичному или полному исчезновению фоновой электрической активности либо к резкому изменению ее частоты.

Спонтанные изменения суммарной электрической активности при физиологическом покое и при отсутствии каких-либо раздра­жений происходит также в результате поступления импульсов от рецепторов внутренних органов: сосудистой системы, дыхатель­ного центра, системы пищеварения и др. Большое влияние на ха­рактер фоновой активности оказывают сигналы, поступающие из ретикулярной формации и таламуса.

Изменения фоновой ЭЭГ-активности можно наблюдать при раздражении мозговых структур, при условнорефлекторной деятельности. Раздражения, приводящие к реакции пробуждения, со­провождаются сменой в ЭЭГ медленных высокоамплитудных d-волн на высокочастотную низкоамплитудную b-ритмическую ак­тивность. Эта реакция, называемая реакцией активации, носит ге­нерализованный характер. Реакция активации (эраузол-реакция) возникает и при раздражении только ретикулярной формации. Этот термин правомочно использовать тогда, когда четкая ритмичес­кая синхронизированная активность (например, a-ритм) сменя­ется высокочастотной несинхронной (например, b-ритмом). Ре­акция активации противопоставляется реакции инактивации, ко­торая связана со снижением уровня возбуждения в коре. В этом случае появляются ритмы типа a, b, и q.

Электроэнцефалография в связи с практической и теоретичес­кой ценностью получаемых данных стала одной из ведущих и бы­стро развивающихся разделов физиологии и клинической нейро­физиологии. Она все больше проникает в клинику, занимая важное место наряду с другими современными более сложными и дорогостоящими методами в диагностике и лечении, в первую очередь эпилепсии, а также других неврологических заболеваний и травм. Широкое применение электроэнцефалографии в реани­мации позволяет более надежно и точно рассчитывать те мероп­риятия, которые должен применять врач к пациенту, перенесше­му остановку сокращений сердца или остановку дыхания. Для врача-реаниматора, когда он решает вопрос о целесообразности восста­новления жизненных функций и проведения определенных ме­роприятий, важно знать, в каком состоянии находится мозг боль­ного.

Дополнительным исследованием к регистрации ЭЭГ может стать магнитоэнцефалография. Мозг генерирует слабые магнитные вол­ны, которые создают магнитное поле. И хотя напряжение этого поля в десять миллионов раз слабее магнитного поля Земли, его можно уловить, но для этого требуются высокочувствительные датчики, заполненные жидким гелием, т.е. необходимы сверхпро­водящие квантовые интерференционные устройства. Эта сложная и дорогостоящая аппаратура позволяет с повышенной точностью локализовать очаг корковой активности, поскольку сигналы с соседних участков не накладываются друг на друга.

Цель работы. Анализируя ритмы ЭЭГ человека, выявить их особенности при различных физиологических состояниях.