Электро- и магнитоэнцефалография

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

электроэнцефалография магнитоэнцефалография мозг травма

Исследования биомагнитных полей человеческого мозга является междисциплинарной областью, привлекающей ученых-биологов, медиков, психологов, физиков и технических специалистов.

Исследования мозга затруднены по двум основным причинам. Во-первых, к мозгу, надежно защищенному черепом, невозможен прямой доступ. Во-вторых, нейроны мозга не регенерируют, поэтому любое вмешательство может привести к необратимому повреждению.

Несмотря на эти трудности, исследования мозга и некоторые формы его лечения (прежде всего нейрохирургическое вмешательство) известны с древних времен. Археологические находки показывают, что уже в древности человек производил трепанацию черепа, чтобы получить доступ к мозгу. Особенно интенсивные исследования мозга проводились в периоды войн, когда можно было наблюдать разнообразные черепно-мозговые травмы. Повреждение мозга в результате ранения на фронте или травмы, полученной в мирное время, - своеобразный аналог эксперимента, при котором разрушают определенные участки мозга. Поскольку это единственно возможная форма «эксперимента» на мозге человека, другим важным методом исследований стали опыты на лабораторных животных. Наблюдая поведенческие или физиологические последствия повреждения определенной мозговой структуры, можно судить о ее функции.

Электрическую активность мозга у экспериментальных животных регистрируют с помощью электродов, размещенных на поверхности головы или мозга либо введенных в вещество мозга. Таким образом удается определить активность небольших групп нейронов или отдельных нейронов, а также выявить изменения ионных потоков через мембрану. С помощью стереотаксического прибора, позволяющего ввести электрод в определенную точку мозга, исследуют его малодоступные глубинные отделы.

Другой подход состоит в том, что извлекают небольшие участки живой мозговой ткани, после чего ее существование поддерживают в виде среза, помещенного в питательную среду, или же клетки разобщают и изучают в клеточных культурах. В первом случае можно исследовать взаимодействие нейронов, во втором - жизнедеятельность отдельных клеток.

При изучении электрической активности отдельных нейронов или их групп в различных областях мозга вначале обычно регистрируют исходную активность, затем определяют эффект того или иного воздействия на функцию клеток. Согласно другому методу, через имплантированный электрод подается электрический импульс, с тем чтобы искусственно активировать ближайшие нейроны. Так можно изучать воздействие определенных зон мозга на другие его области. Этот метод электрической стимуляции оказался полезен при исследовании стволовых активирующих систем, проходящих через средний мозг; к нему прибегают также и при попытках понять, как протекают процессы научения и памяти на синаптическом уровне.

Первое измерение электрического потенциала человеческого мозга было проведено около 70 лет назад с помощью лампового усилителя. Магнитные поля мозга были измерены в 1968 году внутри специальной экранированной комнаты.

Цель данной работы познакомится с методами исследования мозга электро и магнитоэнцефалографией.

1. Электроэнцефалография

Энцефалография - метод исследования головного мозга, который основывается на регистрации его электрических потенциалов. Электроэнцефалограмма (ЭЭГ), зарегистрированная через неповрежденные покровы черепа, представляет собой суммарную активность большого количества нейронов и состоит из многих частотных компонентов.

Электроэнцефалография помогает уточнить локализацию патологического очага при органических поражениях головного мозга, тяжесть общих изменений его функционального состояния, а также динамику локальных и общих изменений электрической активности. Самыми информативными являются данные ЭЭГ при различных формах эпилепсии, опухолях, сосудистых нарушениях головного мозга (в особенности при острых нарушениях мозгового кровообращения), черепно-мозговой травме, нарушений сна и бодрствования, коматозных состояний. Отсутствие регистрируемой с помощью ЭЭГ электрической активности головного мозга является важным объективным признаком смерти мозга. ЭЭГ широко используется в физиологии при исследовании нормального функционирования ЦНС.

Приборы для регистрации электрической активности головного мозга, электроэнцефалографы, имеют 8-16 и более усилительно-регистрирующих блоков (каналов), позволяющих одномоментно регистрировать биоэлектрические потенциалы от соответствующего числа пар электродов. Электроды для ЭЭГ крепятся на голове обследуемого с помощью резиновых жгутов или специальных шапочек, липкой ленты и др. симметрично относительно срединной сагиттальной линии головы по общепринятым схемам отведений (см. приложение 1). Исследование ведется в свето- и звукоизолированном помещении. Положение обследуемого - полулежа в удобном кресле. В норме на ЭЭГ взрослого здорового человека выделяют два основных ритма электрической активности - альфа- и бета-ритм.

Под термином «ритм» на ЭЭГ подразумевают тип электрической активности, который отвечает определенному состоянию мозга и связан с соответствующими церебральными механизмами.

Основные ритмы ЭЭГ взрослого человека, который находится в состоянии вне сна, следующие:

1. Альфа (б) - ритм. Его частота - 8-13 колебаний в 1 с, амплитуда до 100 мкВ. Регистрируют у 85-95% здоровых взрослых лиц. Лучше всего он выражен в затылочных отведениях, по направлению к лобной доле полушарий амплитуда его постепенно уменьшается. Самая большая амплитуда б-ритма у человека, который находится в спокойном расслабленном состоянии.

ЭЭГ взрослого человека в состоянии бодрствования: регулярный б-ритм, модулированный в веретена, лучше всего выражен в затылочной области; реакция активизации на вспышку света (указатель раздражения на нижнем канале).

2. Бета (в) - ритм. Частота - 14-40 колебаний в 1 с, амплитуда - до 15 мкВ. Лучше всего этот ритм регистрируется в участке передних центральных извилин.

Варианты нормальной ЭЭГ:

1 - наиболее распространенный тип; 2 - низкоамплитудная; 3 - плоская

Характер ЭЭГ зависит от возраста. У детей электрическая активность головного мозга различается от таковой у взрослых; разница сглаживается к 13-17 годам.

К ритмам и феноменам, которые являются патологическими для взрослого человека, относят следующие:

1. Тета (и) - ритм. Частота - 4-6 колебаний в 1 с, амплитуда патологического и-ритма чаще всего выше амплитуды нормальной электрической активности и превышает 40 мкВ. При некоторых патологических состояниях он достигает 300 мкВ и больше.

2. Дельта (Д) - ритм. Частота - 1-3 колебания в 1 с, амплитуда его такая же как и и-ритма; Д- и И-колебания могут в небольшом количестве наблюдаться на ЭЭГ взрослого человека, который находится в состоянии бодрствования, при амплитуде, не превышающей а-ритма, что свидетельствует о некотором смещении уровня функциональной активности мозга. Патологическими считают ЭЭГ, содержащие Д- и И-колебания, которые превышают по амплитуде 40 мкВ и охватывают не более 15% общего времени регистрации.

Отклонения на ЭЭГ от нормы, выявляемые при различных заболеваниях, как правило, не обладают выраженной нозологической специфичностью (за исключением эпилепсии) и чаще всего сводятся к следующим типам:

- замедление ЭЭГ, т.е. снижение частоты и / или угнетение альфа-ритма и повышенное содержание 6- и 5-активности. Такие изменения наблюдаются при сенильных деменциях, в зонах с нарушенным мозговым кровообращением, при опухолях головного мозга;

- десинхронизация ЭЭГ в виде угнетения альфа-ритма и повышения содержания бета-активности. Она возникает при арахноидитах, повышении внутричерепного давления, цереброваскулярных расстройствах, мигрени;

- «уплощение» ЭЭГ, включающее угнетение амплитуды ЭЭГ и пониженное содержание высокочастотной активности. Это имеет место, например, при атрофических процессах, над поверхностно расположенной опухолью или в области субдуральной гематомы;

- нарушение нормальной пространственной структуры ЭЭГ - грубая межполушарная асимметрия ЭЭГ (при локальных опухолях) или сглаживание межзональных различий за счет угнетения или, наоборот, генерализации альфа-ритма. Последнего типа изменения нередко встречаются как в неврологической и нейрохирургической клинике, так и при функциональных психических расстройствах - депрессии, шизофрении;

- появление «патологических» волновых форм - высокоамплитудных острых волн, пиков, комплексов пик-волна. Они особенно характерны для эпилепсии. Иногда, в тех случаях, когда такая «эпилептиформная» активность при эпилепсии отсутствует в обычных поверхностных отведениях, применяются назофарингеальные электроды, вводимые через нос к основанию черепа и выявляющие глубинную эпилептическую активность.

2. ЭЭГ при заболеваниях и травмах головного мозга

В настоящее время можно считать общепризнанным, что обнаружение явных патологических изменений на ЭЭГ является проявлением ненормального функционирования ткани головного мозга а, следовательно, церебральной патологии. Даже при полном внешнем клиническом здоровье обследуемого.

При эпилепсии мозг характеризуется определенными функциональными перестройками на макро- и микроструктурном уровнях. Одной из основных особенностей мозга при этой патологии является свойство нейронов давать более активные реакции возбуждения и вступать в синхронизированную активность. Процесс активизации нейронов вызывает нарастание амплитуды волн на ЭЭГ вследствие суммации во времени амплитуд синфазных колебаний. Если разряды отдельных нейронов очень плотно группируются во времени, кроме нарастания амплитуды, может наблюдаться уменьшение продолжительности суммарного потенциала в связи с укорочением временной дисперсии, которая приводит к образованию высокоамплитудного, но короткого феномена - пика.

Пик, или спайк (от англ. spike) - это потенциал пикообразной формы. Продолжительность его 5-50 мс, амплитуда превышает амплитуду активности фона и может достигать сотен и даже тысяч микровольт.

Близким по происхождению феноменом, характерным для эпилептического синдрома, является острая волна. Внешне она напоминает пик и отличается от него только растянутостью во времени. Продолжительность острой волны свыше 50 мс. Амплитуда ее может достигать тех самых значений, что и амплитуда пиков.

Острые волны и пики чаще всего комбинируются с медленными волнами, образовывая стереотипный комплекс.

Пик-волна это комплекс с большой амплитудой, возникающий вследствие комбинации пика с медленной волной.

Основные типы эпилептической активности:

1 - пики; 2 - острые волны; 3 - острые волны в в-ритме; 4 - пик-волна; 5 - множественные комплексы пик-волна; 6 - острая волна - медленная волна.

При опухолях головного мозга у 70-80% больных на ЭЭГ наблюдается выраженная межполутарная асимметрия с наличием фокуса патологической активности в виде полиморфных Д-волн соответственно области поражения. В непораженном полушарии мозга изменения на ЭЭГ либо отсутствуют, либо выражены незначительно.

ЭЭГ больного с конвекситальной астроцитомой правой лобной доли, прорастающей в кору большого мозга: четко ограниченный очаг Д-волн в правой лобной доле.

При черепно-мозговой травме изменения на ЭЭГ зависят от ее тяжести. Если травма легкая, изменения могут отсутствовать либо регистрируются лишь незначительные нарушения показателей мозговых потенциалов в виде усиления частых колебаний и неравномерности а-ритма. При этом возможно наличие межполушарной асимметрии, а также электрографических признаков поражения мозгового ствола. При тяжелой черепно-мозговой травме (с глубокой потерей сознания) для ЭЭГ характерно доминирование во всех участках высокоамплитудных И-волн, на фоне которых определяются разряды грубой Д-активности (1,5-2 колебания в 1 с), свидетельствующие о значительных изменениях функционального состояния мозга и в первую очередь его срединных структур. В некоторых случаях на фоне значительных диффузных изменений биоэлектрической активности мозга наблюдаются межполушарная асимметрия и очаговые нарушения в определенной области воздействия травмы.

3. Магнитоэнцефалография (МЭГ)

Магнитоэнцефалография - это разновидность энцефалографии, метод регистрации и последующей оценки структуры и функций головного мозга, его частей (нервных центров) и их элементов (нейронов), а также их отношений этих частей и элементов.

Магнитоэнцефалограмма (МЭГ) по сравнению с ЭЭГ обладает рядом преимуществ. Прежде всего, это связано с бесконтактным методом регистрации. МЭГ не испытывает также искажений от кожи, подкожной жировой клетчатки, костей черепа, твердой мозговой оболочки, крови и др., так как магнитная проницаемость для воздуха и для тканей примерно одинакова. В МЭГ отражаются только источники активности, которые расположены тангенциально (параллельно черепу), так как МЭГ не реагирует на радиально ориентированные источники, т.е. расположенные перпендикулярно поверхности. Благодаря этим свойствам МЭГ позволяет определять локализацию только корковых диполей, тогда как в ЭЭГ суммируются сигналы от всех источников независимо от их ориентации, что затрудняет их разделение. МЭГ не требует индифферентного электрода и снимает проблему выбора места для реально неактивного отведения. Для МЭГ, так же как и для ЭЭГ, существует проблема увеличения соотношения «сигнал-шум», поэтому усреднение ответов также необходимо. Из-за различной чувствительности ЭЭГ и МЭГ к источникам активности особенно полезно комбинированное их использование.

Магнитоэнцефалография в простейшем варианте может включать четыре обусловливающих друг друга этапа.

1. Регистрация магнитоэнцефалограммы - процесса изменения магнитного поля головного мозга. Эти изменения обусловлены явлениями, сопровождающими работу головного мозга и его элементов. Электромагнитные явления представляют собой неспецифические эффекты возбуждения структур головного мозга. Эти электромагнитные явления распространяются по тканям организма к поверхности тела и за его пределы. Изменения магнитного поля регистрируются как магнитоэнцефалограмма.

Различают фоновую активность головного мозга и активность головного мозга, вызванную внешним воздействием. Фоновая активность регистрируется в виде фоновой магнитоэнцефалограммы (фоновая МЭГ). Вызванная активность регистрируется как магнитоэнцефалографические вызванные ответы (МЭГ-вызванные ответы).

В зависимости от целей исследования может регистрироваться интегральная активность целого головного мозга (совокупности нейронов), отдельных структур головного мозга или единичных нейронов.

2. Оценка по магнитоэнцефалограмме:

а) процесса возникновения возбуждения в структурах головного мозга,

б) процесса проведения возбуждения,

в) качества управления возбуждением структур головного мозга,

г) качества управления проведением возбуждения.

3. Проверка гипотезы о нормальной работе головного мозга и его элементов. Сравнение данных, полученных в результате оценивания магнитоэнцефалограммы, с магнитоэнцефалографическими критериями нормальной работы головного мозга, с нормальной магнитоэнцефалограммой.

4. При необходимости, при наличии оснований, при отвержении предположения о нормальной работе структур головного мозга в пользу альтернативы - «заболевание», осуществляется диагностика заболевания. Постановка диагноза заболевания производится путем сравнения полученных данных магнитоэнцефалографии с критериями, симптомами, характеристиками, показателями, признаками определенных заболеваний.

При специальном планировании исследования, магнитоэнцефалография может быть также использована для оценки качества управления в различных других системах организма в целом, для оценки взаимодействия нервной системы с другими системами и для оценки возможностей нервной системы в норме и при патологии.

Приборы для регистрации МЭГ построены на основе сверхпроводящих датчиков, охлаждаемых жидким гелием. Число регистрирующих датчиков в одном приборе может достигать полутысячи. При регистрации МЭГ сверхпроводящие градиентометры находятся на расстоянии порядка 1-2 см от поверхности головы. Принцип действия МЭГ основан на том, что любая активность головного мозга сопровождается слабым электрическим током - переносом заряженных частиц (ионов) через мембраны клеток. Магнитное поле, создаваемое этим током, улавливается сенсорами аппарата МЭГ. На основании силы и направления магнитного поля мозга можно определить местонахождение электрического тока, который создал это магнитное поле.

Например, эпилептогенный участок коры головного мозга характеризуется повышенным проведением электрических импульсов. Патологические электрические импульсы вызывают возмущения магнитного поля мозга. МЭГ определяет точную локализацию эпилептогенного очага, регистрируя эти возмущения.

В аппарате МЭГ используются два основных типа сенсоров: магнетометры, измеряющие силу и направление магнитного поля в данной точке, и градиометры, измеряющие разницу между магнитным полем в двух разных точках. В последние годы применяются аппараты МЭГ с большим (256-304) количеством сенсоров. Каждому сенсору соответствует канал, в котором сигнал усиливается и анализируется в виде зависимости амплитуды (силы) магнитного поля от времени. На основании показаний большого количества каналов, возможно рассчитать локализацию мозговой активности (в частности, местонахождение эпилептического очага).

Электрические токи головного мозга очень слабы. Для того, чтобы их зарегистрировать, необходимо придать сенсорам свойство сверхпроводимости. Это достигается путем охлаждения сенсоров жидким гелием до температуры, близкой к абсолютному нулю.

Аппарат МЭГ устанавливают в специальном помещении, оборудованном защитными металлическими стенами, которые предотвращают влияние внешних магнитных полей на результаты исследования,

На голову пациента при обследовании надевается специальный, со встроенными сенсорами, шлем. Во время магнитоэнцефалографии пациент может сидеть или лежать. Исследование абсолютно безболезненное и может продолжаться от нескольких минут до нескольких часов. После записи происходит анализ данных.

МЭГ является пассивным методом, то есть регистрирует активность мозга и не оказывает никакого побочного воздействия на организм пациента. Во время обследования пациент не подвергается воздействию внешних магнитных полей, облучению и др.

4. Различия между МЭГ и ЭЭГ

Введенский и Ожогин приводят следующие различия между МЭГ и ЭЭГ:

- при магнитной регистрации возможна бесконтактная регистрация на расстоянии до 2 см;

- различная зависимость от глубины расположения источника: с увеличением глубины источника амплитуда МЭГ падает значительно быстрее, чем ЭЭГ, вследствие чего МЭГ улавливает в основном корковые (более поверхностные) источники, а на ЭЭГ отражаются как поверхностные, так и глубинные;

Из этого перечисления видно, что запись полей ЭЭГ и МЭГ дает взаимодополняющую информацию об исходном источнике. Магнитоэнцефалография (МЭГ) имеет преимущество перед электроэнцефалографией при локализации источников электрической активности в коре головного мозга. Вопрос об относительной информационной ценности МЭГ и ЭЭГ в рамках теоретического и экспериментального анализа показывает, что в принципе электрическое поле дает информацию, близкую к тому, что дает магнитное поле, но картина его более «размазана». Размазанность потенциальной картины примерно на 30% больше, чем для магнитных полей.

В связи с этим важно отметить, что электроэнцефалография, имеющая длительную историю, лишь в последнее время подошла к задаче точной локализации источников потенциалов, в то время как магнитоэнцефалография в этом направлении сразу же дала о себе знать.

Заключение

Для исследования человеческого мозга применяют различные методы, которые можно разделить на 2 категории. Структурные методы пытаются выявить форму организации мозга и любые патологические изменения, такие как опухоли. Функциональные методы используются для исследования областей мозга, выполняющих определенные функции, последовательность активации данных областей и изменения функциональной организации при нарушениях.

Активность мозга всегда представлена синхронной активностью большого количества нервных клеток, сопровождаемой слабыми электрическими токами, которые создают магнитные поля. Регистрация этих полей неконтактным способом позволяет получить магнитоэнцефалограмму (МЭГ). Предполагается, что электроэнцефалография (ЭЭГ) больше связана с радиальными по отношению к поверхности коры головного мозга источниками тока, что имеет место на поверхности извилин, а магнитоэнцефалография больше связана с тангенциально направленными источниками тока, которые расположены в корковых областях, образующих борозды. МЭГ может быть представлена в виде профилей магнитных полей на поверхности черепа, либо в виде кривой линии, характеризующей изменения магнитного поля в определенной точке скальпа.

Магнитоэнцефалография дополняет информацию об активности мозга, получаемую с помощью электроэнцефалографии.

В 2007 году группа исследователей сообщила об удачной классификации с помощью МЭГ таких заболеваний, как рассеянный склероз, болезнь Альцгеймера, шизофрения, синдром Шегрена, хронический алкоголизм, невралгии лицевых нервов в группе из 142 человек. Учёные предположили, что МЭГ может помочь в диагностике болезней мозга, и основали компанию Orasi Medical для коммерческого продвижения разработанной ими методики.

Список литературы

1. Гусельников В.И. Электрофизиология головного мозга. - М.: Высшая школа, 1976.

2. Данилова Н.Н. Психофизиология. Учебник для вузов. - М.: Аспект Пресс, 2002.

3. Зенков Л.Р. Клиническая электроэнцефалография с элементами эпилептологии - М.: МЕДпресс-информ, 2002.

4. Иванов Л.Б. Прикладная компьютерная электроэнцефалография. - М.: Антидор, 2000.

5. Гнездицкий В.В., Обратная задача ЭЭГ и клиническая электроэнцефалография, МЕДпресс-информ, 2004

6. Материалы сайта НЦПЗ РАМН - http://www.psychiatry.ru/lib/54/book/28/chapter/37

7. Материалы сайта Психологический портал Anypsy.ru - http://www.anypsy.ru/glossary/magnitoentsefalografiya-magnitoentsefalogramma-meg

Размещено на Allbest.ru