Пользовательский поиск

ЭЭГ головного мозга

Электроэнцефалография (ЭЭГ) – это способ записи электрической активности разных отделов головного мозга. ЭЭГ регистрирует колебания напряжения, возникающие в результате потоков ионного тока в нейронах мозга. Электроэнцефалограмма предполагает регистрацию внезапной электрической активности мозга за короткий промежуток времени, обычно 20-40 минут, так как запись идет от множества размещаемых на поверхности головы электродов. Диагностические методы посвящены, как правило, изучению спектрального состава электроэнцефалограммы, который является типом нейронных колебаний, наблюдаемых в сигналах ЭЭГ.

Продолжение ниже

Электроэнцефалограмма - ЭЭГ обследование головного мозга

Электроэнцефалограмма (ЭЭГ) – это обследование, в ходе которого измеряется и регистрируется электрическая активность мозга. На голове пациента устанавливаются специальные электроды, связанные с компьютером проводами. Электроэнцефалограмма ( ЭЭГ ) – это обследование ...

Читать дальше...

всё на эту тему


В неврологии электроэнцефалограмма применяется в основном для диагностики эпилепсии, поскольку в стандартном ЭЭГ исследовании, эпилептическая активность создает четко выраженные аномалии. Также электроэнцефалограмма применяется в клинической диагностике, энцефалопатии, и смерти мозга.

ЭЭГ некогда была ведущим методом диагностики опухолей головного мозга, инсульта и других очаговых поражений мозга, но с появлением других структурных методов визуализации с высокой разрешающей пространственной способностью (<1 mm), таких как МРТ и компьютерная томография, ЭЭГ утратила свое значение. Несмотря на ограниченную пространственную разрешающую способность, ЭЭГ продолжает оставаться значимыми методом исследования и диагностики, особенно когда требуется миллисекундное разрешение по времени. (чего невозможно достигнуть в КТ или МРТ).

Производные ЭЭГ метода содержат вызванные потенциалы (ВП), которые включают в себя запись ЭЭГ среднего значения активности головного мозга синхронно с предъявлением стимулов любой модальности (визуальной, соматосенсорной, или слуховой). Потенциалы, которые связаны с событиями мозга (ССВП) выделяют методом усреднения сигналов ЭЭГ. это методика используется в когнитивной науке, когнитивной психологии, и психологическом исследовании.

Содержание статьи:

  1. Источник ЭЭГ активности
  2. Клиническое применение
  3. Применение исследования
    1. Относительные преимущества
    2. Относительные недостатки
    3. Объединение ЭЭГ с другими методами нейровизуализации
  4. Методика
    1. Ограничения
    2. ЭЭГ - МРТ, ИК и ПЭТ
    3. ЭЭГ и МЭГ
  5. Нормальная ЭЭГ-активность
    1. Cравнительная таблица
    2. Характеристики волн
  6. Артефакты
    1. Биологические артефакты
    2. Артефакты внешнего происхождения
    3. Коррекция артефактов
  7. Патологическая активность
  8. История
  9. Применение ЭЭГ
    1. ЭЭГ и терапия
    2. Общедоступные ЭЭГ изобретения

Источник ЭЭГ активности

Генерация электрического заряда в мозге достигается миллиардами нейронов. Поляризация нейронов происходит посредством трансмембранных белков, которые перекачивают ионы через их мембраны. Нейроны постоянно осуществляют обмен ионов с внеклеточной средой, к примеру, чтобы поддерживать остаточный (следовой) потенциал и распространять потенциалы действия. Одноименно заряженные ионы отталкиваются друг от друга, и когда ионы синхронно выпускаются из нейронов, они сталкиваются с соседними ионами, которые тоже сталкиваются с соседними ионами и т.д. Этот процесс известен как объемное проведение. Когда волна ионов достигает электродов на поверхности головы, они могут выталкивать, либо вытягивать электроны по металлическим пластинкам (электродам). Коль скоро металл свободно выталкивает и вытягивает электроны, разность потенциалов любых двух электродов можно измерить вольтметром. ЭЭГ регистрирует эти потенциалы.

ЭЭГ и МЭГ не способны зафиксировать активность одного нейрона. Таким образом, ЭЭГ всегда отражает суммарную синхронную активность миллионов нейронов, которые имеют одинаковую пространственную ориентацию. Если клетки не имеют одинаковой ориентации, ионы не выстраиваются и волны не регистрируются. Будучи хорошо согласованными, пирамидальные нейроны порождают наибольший ЭЭГ сигнал. Поскольку сила магнитного поля убывает с квадратом расстояния от источника, активность из глубоких источников обнаружить труднее, чем токи непосредственно возле кожи черепа.

ЭЭГ активности головного мозга показывает колебания на разных частотах. Некоторые из этих колебаний имеют характерные диапазоны частот, пространственное распределение и связаны с различными состояниями функционирования мозга (например, различных стадий сна и бодрствования). Эти колебания представляют синхронизированную активность целой сети нейронов. Нейронные сети, лежащие в основе некоторых из этих колебаний, идентифицированы (например, таламокортикальный резонанс, который лежит в основе «сонных веретен»), тогда как многие другие не установлены (например, система, которая генерирует основной ритм в задних отделах мозга).

Исследование, которое измеряет ЭЭГ и спайку нейрона обнаруживает, что связь между ними сочетается с силой поверхности ЭЭГ только в двух диапазонах (гамма и бета), относящихся к импульсной активности нейронов.

Клиническое применение ЭЭГ головного мозга

Стандартная клиническая регистрация ЭЭГ, как правило, длится 20-30 минут (плюс время на подготовку) и обычно включает в себя запись с помощью электродов, размещаемых на поверхности головы. Стандартная ЭЭГ проводится в следующих клинических случаях:

  • Отличить эпилептические приступы от других типов приступов, таких как психогенные припадки, обморок (потеря сознания), подкорковые двигательные расстройства и различные варианты мигрени.
  • Отличить «органическую» энцефалопатию или бредовое состояние от начальных психиатрических синдромов, таких как кататонический синдром.
  • Прогнозирование пациентов в коматозном состоянии (в некоторых случаях).
  • Определить, нужно ли отучать от приема противоэпилептических препаратов.

Иногда, стандартного исследования ЭЭГ недостаточно, особенно, когда необходимо осуществить запись у пациента в то время, когда он/она испытывает приступ. В этом случае, пациент может быть помещен в больницу на дни или недели, вместе с тем ЭЭГ будет постоянно производить запись (одновременно с синхронизированной во времени видео и аудио записью). Запись фактического приступа (например, иктальная запись, в отличие от интер – иктальной записи при подозрении на эпилепсию у пациента в какой-то период между приступами) может дать значительно больше информации о том, является ли приступ эпилептическим или нет, а также установить участки мозга, провоцирующие судорожную активность.

Мониторинг эпилепсии обычно проводится:

  • Чтобы отличить эпилептические приступы от других типов приступов, таких как психогенные неэпилептические приступы, обмороки (потеря сознания), подкорковые двигательные расстройства и различные виды мигрени.
  • Для характеристики приступов в целях лечения.
  • Чтобы локализовать область мозга, из которой исходит приступ с целью постановки диагноза для возможной операции.

Кроме того, ЭЭГ может быть использована для мониторинга определенных процедур:

  • Для контроля глубины наркоза
  • В качестве косвенного показателя перфузии головного мозга в каротидной эндартерэктомии
  • Для наблюдения за эффектом от введения амобарбитала во время теста Вада

ЭЭГ может также использоваться в отделениях интенсивной терапии для контроля над функцией мозга:

  • Для наблюдения за неконвульсионными приступами / бессудорожным эпилептическим статусом
  • Для наблюдения за седативным эффектом у пациентов в искусственно индуцированной коме (при трудно поддающихся лечению приступах или повышенном внутричерепном давлении)
  • Для наблюдения за вторичным повреждением головного мозга в таких заболеваниях, как субарахноидальное кровоизлияние (в настоящее время – метод исследования)

Если для пациента с эпилепсией рассматривается хирургическая операция, часто бывает необходимо локализовать источник эпилептической активности мозга с большим разрешением, нежели это обеспечивает поверхностная ЭЭГ. Причина этому - цереброспинальная жидкость, череп и ее поверхность, которые «смазывают» зарегистрированные поверхностной электроэнцефалограммой (ЭЭГ) электрические потенциалы. В этих случаях нейрохирурги обычно имплантируют сетки электродов (или электроды глубокого проникновения) под твердую мозговую оболочку, либо через трепанацию черепа или трепанационное отверстие. Регистрация этих сигналов называется электрокортикографией ЭЭГ, субдуральной ЭЭГ или внутричерепной ЭЭГ – разные термины одного и того же. Низкое напряжение, высокочастотные компоненты, которые нелегко обнаружить поверхностной электроэнцефалограммой (ЭЭГ), можно легко обнаружить в ЭКоГ. Кроме того, меньшие по размеру электроды (которые покрывают более маленький участок поверхности мозга) позволяют увидеть даже более быстрые компоненты мозговой активности.

Применение исследования

ЭЭГ и связанное с ней исследование ФКЗ широко используются в неврологии, когнитивной науке, когнитивной психологии и психофизиологических исследованиях. Многие методы ЭЭГ, используемые в исследованиях, недостаточно стандартизированы для клинического использования.

Относительные преимущества

Существуют некоторые другие методы изучения функции мозга, в том числе позитронно-эмиссионная томография, магнитно-резонансная томография, магнитоэнцефалография, спектроскопия ядерного магнитного резонанса, электрокортикография, и однофаотонная эмиссионая компьютерная томография. Несмотря на относительно низкую пространственную чувствительность, ЭЭГ обладает несколькими преимуществами по сравнению с другими методами:

  • Аппаратные затраты значительно ниже, чем у всех других методов.
  • ЭЭГ датчики могут быть использованы не только в МРТ, ОФЭКТ, ПЭТ, МЭГ, но и во многих других областях, поскольку вышеназванные методы требуют неподвижного и громоздкого оборудования. Например, магнитоэнцефалография требует оборудование, состоящее из детекторов с гелиевым охлаждением, которое может быть использовано только в магнитно-экранированной камере, все это стоимостью выше нескольких миллионов долларов; также МРТ требует использование 1 – тонного магнита, опять же, в экранированной комнате.
  • Электроэнцефалограмма имеет очень высокое временное разрешение, порядка миллисекунд. В клинических и научных исследованиях ЭЭГ обычно регистрируется с частотой дискретизации от 250 до 2000 Гц, но современные системы сбора данных ЭЭГ при желании способны на регистрацию с частотой дискретизации выше 20000 Гц. МЭГ является единственным неинвазивным когнитивным методом неврологии, который приближается к этому уровню разрешения по времени.
  • ЭЭГ относительно терпима к движению объекта исследования, в отличие от всех других методов нейровизуализации. В ЭЭГ существуют методы сведения к минимуму, и даже полного устранения артефактов движения в данных.
  • Электроэнцефалограмма бесшумна, что позволяет лучше изучить реакции на звуковые раздражители.
  • ЭЭГ не усугубляет клаустрофобию, в отличие от МРТ, позитронно-эмиссионной томографии, ОФЭКТ, а иногда и МЭГ.
  • Электроэнцефалограмма не включает воздействие магнитным полем высокой интенсивности (1ТЛ), как в некоторых других методах, особенно в МРТ и МРС. Это может привести к различным нежелательным проблемам с данными, а также к запрету использования этих методов на участниках, в теле которых есть металлические имплантаты, такие как металл, содержащий кардиостимуляторы.
  • ЭЭГ не включает воздействие на радиолиганды, в отличие от позитронно-эмиссионной томографии.
  • Эхокардиографические исследования (ЭхоКГ) могут проводиться с относительно простыми парадигмами, по сравнению с МРТ исследованием.
  • Очень неинвазивный метод исследования, в отличие от электрокортикографии, который требует размещения электродов на поверхности мозга.

ЭЭГ также имеет определённые особенности, которые выгодно отличаются от поведенческих тестирований:

  • Электроэнцефалограмма может обнаружить скрытую обработку (например, обработку, не требующую ответа).
  • ЭЭГ может быть проведена на пациентах, которые не способны к двигательной реакции.
  • Некоторые ERP-компоненты могут быть обнаружены, даже если объект не реагирует на стимулы.
  • В отличие от других средств изучения времени реакции, связанные с событиями потенциалы мозга ССП способны освятить этапы обработки (а не только конечный результат).

Относительные недостатки

  • Характеризуется более низким пространственным разрешением. МРТ, например, может напрямую отображать активные участки мозга, тогда как ЭЭГ требует интенсивной интерпретации, только предполагая, какие области активизированы той или иной реакцией.
  • ЭЭГ определяет нейронную активность, которая очень слабо проявляется под верхним слоем головного мозга (кора).
  • В отличие от ПЭТ и МРС, ЭЭГ не может определить конкретные участки мозга, в которых можно обнаружить различные нейромедиаторы, наркотики и т.д.
  • Часто требуется много времени для подключения пациента к ЭЭГ, так как она требует точного размещения десятков электродов на голове, а для фиксации электродов требуется использование различных гелей, солевых растворов и / или паст. Хотя продолжительность варьируется, в зависимости от специфики устройств, используемых в ЭЭГ, как правило, подготовка объекта для МЭГ, МРТ, МРС, и ОФЭКТ, занимает значительно меньше времени.
  • Коэффициент отношения сигнал/шум очень слаб. Таким образом, необходим сложный анализ данных и относительно большое количество объектов для извлечения из ЭЭГ нужной информации.

Объединение ЭЭГ с другими методами нейровизуализации

Была успешно проведена одновременная регистрация ЭЭГ и процедура сканирования МРТ, хотя успешная одновременная запись требует преодоления некоторых технических трудностей, например, наличие баллистокардиографического артефакта, МРТ артефакта импульса и индукции электрического тока в проводах ЭЭГ, который движется под действием сильных магнитных полей МРТ. Несмотря на это, все сложности в ряде исследований были успешно преодолены.

Также были одновременно проведены записи с МЭГ и ЭЭГ, которые имеют ряд преимуществ в сравнении с использованием какого-либо метода в одиночку:

  • ЭЭГ требует получения полной информации о некоторых аспектах черепа. Например, нужно определить радиус и проводимость различных участков. МЭГ не имеет этой проблемы.
  • МЭГ и ЭЭГ очень слабо определяют активность под поверхностью коры головного мозга, и при попытке исследовать кору головного мозга, уровень искажений в МЭГ также как и в ЭЭГ, возрастает с увеличением глубины под поверхностью коры. Несмотря на то, что неточности в результатах методов очень сильно отличаются, объединение методов позволяет таким образом корректировать некоторые из этих искажений.
  • МЭГ практически не имеет доступа к источникам активности мозга расположенным на несколько сантиметров ниже под корой. ЭЭГ, напротив, может принимать сигналы с большей глубины, хотя с высокой степенью шума. Объединение двух методов позволяет легче определить, какой сигнал в ЭЭГ поступает с поверхности (так как МЭГ является вполне точным методом исследования сигналов исходящих с поверхности головного мозга), и какой сигнал исходит из глубины мозга, что позволяет обеспечить более глубокий анализ сигналов, что не позволяет сделать ЭЭГ или МЭГ по отдельности. ЭЭГ также был объединен с позитронно-эмиссионной томографией. Это дает преимущество исследователям, позволяя увидеть, какие ЭЭГ сигналы, связанны с действиями в мозгу различных препаратов.

Методика

В стандартной ЭЭГ головы, запись производится путем размещения электродов на голове, с применением проводящего геля. Как правило, после подготовки области скальпа применяется проводящая абразивная паста, предназначенная для уменьшения сопротивления из-за омертвевших клеток кожи. Во многих системах, как правило, используют электроды, каждый из которых подключен к отдельному проводу. В некоторых системах используются шапочки или сетки, в которые встраиваются электроды; чаще всего такой подход имеет место, когда требуются высокоплотные массивы электродов.

Для большинства областей применения в клинике и в исследованиях (за исключением случаев, когда используются высокоплотные массивы) места расположения и названия электродов, определены Международной системой размещения электродов «10-20». Данная система гарантирует согласованность названий электродов между различными лабораториями. В медицинской практике применяется, в большинстве своем, набор из 19 электродов. Меньшее количество электродов, как правило, используется при записи ЭЭГ новорожденных. Когда требуется увеличить пространственное разрешение для той или иной области головного мозга, к стандартному расположению могут быть добавлены дополнительные электроды. Высокоплотные массивы (как правило, это шапочка или сетка) могут содержать до 256 электродов, более или менее равномерно расположенных на поверхности головы.

Каждый электрод соединен с одним входом дифференциального усилителя (один усилитель на каждые два электрода); в обычной системе контрольный электрод подключен к другому входу каждого дифференциального усилителя. Они усиливают напряжение между активным и контрольным электродом (как правило, в 1.000-100.000 раз, или 60-100 дБ коэффициента усиления напряжения). В аналоговой ЭЭГ затем сигнал фильтруется (следующий параграф), и на выходе ЭЭГ сигнала производится запись на бумажную ленту. Однако в наши дни большинство систем ЭЭГ цифровые. После прохождения через сглаживающий фильтр, усиленный сигнал преобразуется в цифровую форму при помощи аналого-цифрового преобразователя. При клинической поверхностной ЭЭГ процесс аналого-цифрового преобразования обычно происходит при 256-512Гц, частоты преобразования до 20 кГц используются в некоторых прикладных исследованиях.

Во время записи могут быть использованы серии процедур активации. Эти процедуры могут вызвать нормальную или патологическую ЭЭГ активность, которую иначе не увидеть. Процедуры включают в себя гипервентиляцию, фотостимуляцию (с легкой вспышкой), закрытие глаз, умственную деятельность, сон и депривацию сна. Во время (стационарного) мониторинга эпилепсии, стандартный прием противосудорожного средства может быть прекращен.

Цифровой сигнал ЭЭГ хранится в электронном виде и отфильтровывается для вывода на экран. Стандартные параметры фильтра высоких частот и фильтра нижних частот 0,5-1Гц и 35-70Гц соответственно. Фильтр высоких частот, как правило, подавляет медленные шумы, такие как, нерезкость и электрогальванические сигналы, в то время как низкочастотный фильтр подавляет высокочастотные шумы, такие как электромиографические сигналы. Дополнительный режекторный фильтр, как правило, используется для удаления помех, вызванных линиями электропередач (60Гц в США и 50Гц во многих других странах). Для определения возможностей лечения эпилепсии операционным путем, может возникнуть необходимость размещения электродов на поверхность головного мозга под твердой мозговой оболочкой. Это достигается с помощью трепанационного отверстия или трепанации черепа. Процедура называется по-разному: "электрокортикография (ЭГ)", "внутричерепная ЭЭГ (I-ЭЭГ)" или "субдуральная ЭЭГ (SD-ЭЭГ)". Глубинные электроды могут также быть расположены в структурах головного мозга, таких как амигдала и гиппокамп, структурах, которые являются общими эпилептическими очагами и практически не обнаруживаются на поверхностной ЭЭГ. Электрокортикографический сигнал обрабатывается таким же образом, как цифровой сигнал поверхностной ЭЭГ, но есть несколько особенностей. ЭГ, как правило, регистрируется при более высоких частотах дискретизации в сравнении с поверхностной ЭЭГ, так как, исходя из требований теоремы Найквиста - в субдуральном сигнале преобладают высокие частотные компоненты. Также, многие из артефактов, которые влияют на результаты поверхностной ЭЭГ, не влияют на ЭГ, и, следовательно, применение фильтрации часто не требуется.

У взрослого человека обычно амплитуда сигнала ЭЭГ составляет примерно 10-100мкВ при измерении на поверхности головы и где-то 10-20мВ при субдуральном измерении.

Поскольку сигнал ЭЭГ представляет разность потенциалов двух электродов, отображение на экране монитора записанного сигнала ЭЭГ может осуществляться несколькими методами. Порядок совместного отображения некоторого количества отведений ЭЭГ- записи называют монтажом.

Биполярный монтаж

Каждый сигнал (канал) представляет разность потенциалов двух соседних электродов. Монтаж состоит из ряда этих сигналов. Сигнал "Fp1-F3", например, представляет разность потенциалов между электродами Fp1 и F3. Следующий канал в монтаже, "F3-C3," представляет разность потенциалов между F3 и C3, и так дальше по всему ряду электродов.

Референциальный монтаж

Каждый сигнал представляет разность потенциалов между точным электродом и каломельным электродом. Стандартного места расположения каломельного электрода нет, но его расположение отличается от расположения измерительных электродов. Электроды часто располагают на срединных структурах мозга, потому как они не усиливают сигнал ни в одном из полушарий. Еще один популярный пример расположения электродов - расположение на сосцевидных отростках или на мочках ушей.

Лапласовский монтаж

Каждый сигнал представляет разность потенциалов между электродом и средним взвешенным значением окружающих электродов. При использовании аналоговой ЭЭГ в процессе записи специалист переключается между монтажами с целью подчеркнуть или лучше охарактеризовать некоторые особенности ЭЭГ. В цифровой ЭЭГ, все сигналы, как правило, оцифровываются и хранятся в определенном монтаже (обычно в референциальном); поскольку любой монтаж можно построить математически из любого другого, эксперт может наблюдать за ЭЭГ в любом монтаже.

ЭЭГ читается клиническим нейрофизиологом или неврологом (в зависимости от местных обычаев и законов, касающихся медицинских специальностей), теми, кто имеет специальную подготовку в интерпретации ЭЭГ для клинических целей. Это делается путем визуального осмотра сигналов, называемых графоэлементами. Вопрос использования компьютерной обработки ЭЭГ сигналов, так называемого, количественного ЭЭГ в клинических целях, является неоднозначным (хотя используются многими исследованиями).

Ограничения

Способ ЭЭГ имеет ряд ограничений, самое важное из них — слабое пространственное разрешение. ЭЭГ наиболее чувствительна к набору постсинаптических потенциалов: к тем, что сформированы в верхних слоях коры, на вершинах извилин, примыкающих непосредственно к черепу, радиально направленных. Значительно меньшее влияние на сигнал ЭЭГ оказывают дендриты, которые расположены глубже в коре, внутри борозд, которые находятся в глубоких или срединных структурах (например, гиппокампе или поясной извилине) или генерируемые токи которые направлены по касательной к черепу.

Кости черепа, цереброспинальная жидкость и оболочки головного мозга «смазывают» сигнал ЭЭГ с помощью затенения его интракраниального происхождения.

Математически невозможно воссоздать уникальный источник тока внутри черепа для заданного сигнала ЭЭГ, так как некоторые токи производят потенциалы, компенсирующие друг друга. Это называется обратная задача. Впрочем, была проделана большая работа по созданию хорошей оценки, по меньшей мере, локализации электрического диполя.

ЭЭГ - МРТ, ИК и ПЭТ

Как у инструмента для исследования активности мозга, у ЭЭГ есть ряд значимых преимуществ. ЭЭГ измеряет процессы, изменение которых происходит за миллисекунды, и это, несомненно, прекрасный результат, учитывая, что потенциалу действия необходимо приблизительно (в зависимости от типа нейрона) 0.5-130 миллисекунд, чтобы пройти через один нейрон.

Для других способов изучения активности головного мозга, таких как функциональная МРТ и позитронно-эмиссионная томография PET, временное разрешение находится на уровне между минутами и секундами. Способом ЭЭГ электрическую активность мозга измеряют напрямую, в то время как другие способы регистрируют изменения скорости кровотока или обменной активности (например, ПЭТ, Ик) и являются непрямыми показателями активности мозга.

Можно одновременно проводить ЭЭГ с ФМРТ, чтобы одновременно регистрировать данные как с высоким временным разрешением, так и с высоким разрешением в пространстве, но совсем не обязательно что набор данных будет отражать одинаковую активность мозга, поскольку данные, зарегистрированные каждым из методов происходят в разные периоды времени. Имеются технические трудности, связанные с комбинированием этих двух методов, к которым относится необходимость устранения с ЭЭГ артефакта градиента МРТ и баллистокардиографического артефакта (в результате движения пульсирующей крови и ткани). Также в проводах электродов ЭЭГ иногда возникают токи как следствие магнитного поля, создающегося МРТ.

ЭЭГ можно использовать одновременно с магнитоэнцефалографией, поэтому результаты таких комплементарных методов исследования с повышенным временным разрешением можно сравнивать между собой. ЭЭГ возможно проводить вместе со спектроскопией в ближней инфракрасной области. Эти способы воздействия не оказывают влияния друг на друга и, сравнив результаты, можно извлечь полезную информацию об электрической активности и местной гемодинамики.

ЭЭГ и МЭГ

ЭЭГ отражает корреляционную синаптическую активность, вызванную постсинаптическими потенциалами кортикальных нейронов. Ионные токи, участвующие в генерации потенциалов действия не могут оказать важное влияние на потенциал среднего поля, отображающего ЭЭГ. Считается что причиной появления поверхностных электрических потенциалов, которые регистрирует ЭЭГ, являются внеклеточные ионные токи.

ЭЭГ может регистрироваться вместе с проведением магнитоэнцефалографии, в связи с этим результаты данных комплементарных способов исследования с высоким временным разрешением можно сравнивать между собой.

Нормальная ЭЭГ-активность

ЭЭГ обычно описывают с помощью таких терминов как ритмическая активность и кратковременные компоненты. Ритмичная активность делится на диапазоны по частоте. Существует определенная классификация диапазонов частот (например, любую ритмическую активность между 6-12 Гц можно описать как "альфа"). Эти обозначения возникли, так как было замечено, что ритмическая активность в конкретном диапазоне частот распределяется по поверхности головы по определенному закону. Диапазоны частот выделяют, как правило, с помощью спектральных методов, как это, например, реализовано в свободно доступной программе ЭЭГ такой как EEGLAB или комплекс нейрофизиологических биомаркеров.

Большинство известных каналов ЭЭГ находятся в диапазоне частот от 1 до 20Гц (остальные ритмы – скорее всего артефакты).

Сравнительная таблица

Тип

Частота (Гц)

Наблюдаются

В норме

Патологическая активность

Дельта

До 4

у взрослых во фронтальной области; отличается медленными и высокоамплитудными волнами

  • у взрослых в фазе медленного сна
  • у детей
  • возникает при продолжительном времени решения задач на внимание

  • подкорковые повреждения
  • диффузные поражения
  • метаболическая энцефалопатии
  • глубокие поражения срединных структур мозга

Тета

4-8

в участках не связанных с ближайшей задачей

  • у детей младшего возраста
  • у взрослых и детей во время активации или в состоянии дремы
  • в расслабленном состоянии

  • очаговые нарушения при подкорковых поражениях
  • метаболическая энцефалопатия
  • поражения глубинных структур мозга
  • в некоторых случаях при гидроцефалии

Альфа

8-13

в задних отделах головы с обеих сторон, амплитуда их выше в доминантной части

  • в расслабленном состоянии
  • с закрытыми глазами

  • в режиме комы

Бета

13-20

распределяется симметрично, с обеих сторон, больше очевиден в лобной области; низкоамплитудные волны

  • тревога/напряженная работа
  • беспокойные и суетливые размышления, активная концентрация внимания

  • бензодиазепины

гамма

30-100+

в соматосенсорной коре головного мозга

  • наблюдается во время кроссмодальной обработки информации

  • уменьшение гамма - активности может быть связано со снижением когнитивных способностей, особенно с тета-волной

Мю

8-13

в соматосенсорной коре головного мозга

  • показывает двигательные нейроны в состоянии покоя.
  • подавление мю-ритма – точный признак моторной активности мозга
  • отсутствие подавления мю-ритма и активности зеркальных нейронов, используются в качестве показателя для выявления аутизма

Характеристики волн

  • Частота дельта-ритма - примерно до 4Гц. Данный ритм характеризуется медленными высокоамплитудными волнами. Как правило, имеется на этапе медленного сна у взрослых. Также встречается в норме у детей. Дельта-ритм способен возникать очагами в районе подкорковых повреждений или распространяться повсюду при диффузном поражении, гидроцефалии метаболической энцефалопатии или глубоких поражениях срединных мозговых структур. Обычно такой ритм больше всего замечается у взрослых во фронтальной области (например, FIRDA - лобная перемежающаяся ритмическая дельта-активность) и наименее у детей (например, преходящие дельта колебания в затылочной области – OIRDA).
  • Тета-ритм отличается частотой 4-7Гц. Как правило, наблюдается у детей помладше. Он может обнаруживаться у взрослых и детей в состоянии подъёма или дремы, а также в состоянии медитации. Повышенное количество тета-ритмов у людей преклонного возраста говорит о патологической активности. Наблюдается в виде очагового дефекта при локальных подкорковых поражениях; может распространяться генерализованно при метаболической энцефалопатии, диффузных нарушениях, поражениях глубоких структур мозга или иногда при гидроцефалии. Напротив, с этим ритмом связаны представления о гармонии и творческом состоянии.
  • Альфа-ритм отличается частотой 8-12Гц. Ганс Бергер назвал первый открытый им ритм ЭЭГ активности альфа-ритмом. Альфа-ритм был назван основным ритмом, «затылочным альфа-ритмом» или «затылочным доминирующим ритмом», поскольку наблюдается в задних отделах мозга с обеих сторон, при этом их амплитуда в доминантной части выше. Этот вид ритма выявляется при смыкании глаз или расслабленном состоянии и стихает при открытии глаз и в состоянии умственного напряжения. Основной ритм у детей имеет частоту >8Гц (таким образом, технически попадает в диапазоны тета-ритма). В дополнение к основному затылочному альфа-ритму в норме имеются еще несколько его нормальных альфа-ритмов: мю-ритм и височный ритм. Альфа-ритмы возникают и в патологических ситуациях: например, если у пациента в режиме комы на ЭЭГ прослеживается диффузный альфа-ритм, возникающий без внешней стимуляции, его называют «альфа-кома».
  • Частота бета-ритма – 12-30Гц. Как правило, сигнал симметрически расположен, но больше всего очевиден в лобном районе. Бета-активность часто связана с беспокойным поведением и активным сосредоточением внимания. Ритмичные бета-волны с доминирующим набором частот связывают с действием лекарственных препаратов и разнообразными патологиями, особенно с бензодиазепинами. Он может быть слабо выраженным или отсутствовать в областях повреждения коры. Бета-ритм доминирует у ЭЭГ людей, которые находятся в состоянии беспокойства или тревоги или у пациентов с открытыми глазами.
  • Частота гамма-волн - приблизительно 26-100Гц. Считается, что гамма-ритмы представляют связь между различными нейронными популяциями в мозге, объединенных в сеть для выполнения умственной работы или некой двигательной функции.
  • Мю-ритм характеризуется частотой 8-13Гц и частично перекрывает другие частоты. Подавление мю-ритма считается отражением активности системы зеркальных нейронов.

При помощи усилителя постоянного тока в исследовательских целях регистрируется крайне медленная или близкая к постоянному току активность. Как правило, такой сигнал в клинических условиях не регистрируют, так как сигнал с такими частотами очень чувствителен к некоторым артефактам.

Определённые виды активности на ЭЭГ скорее кратковременные, нежели периодические. Пики и острые волны отражают судорожную или интериктальную активность у людей, страдающих эпилепсией или предрасположенных к ней. Прочие временные явления - сонные веретена и вертекс-потенциалы считаются нормальными вариантами и наблюдаются в процессе обычного сна.

Нужно отметить, что есть некоторые типы активности, очень редкие статистически, но их проявление не связано с каким-либо нарушением или заболеванием. Это, так сказать,  «нормальные варианты» ЭЭГ. Примером подобного нормального варианта является мю-ритм.

На результаты ЭЭГ влияет возраст. У новорождённого ЭЭГ значительным образом отлична от ЭЭГ взрослого человека. Обычно ЭЭГ ребенка включает более низкочастотные колебания в сравнении с ЭЭГ взрослого.

Также характер ЭЭГ зависит от состояния больного. ЭЭГ регистрируется совместно с другими измерениями (электромиограммой и электроокулограммой) для определения в ходе полисомнографического исследования стадий сна. Дремота, первый этап сна, на ЭЭГ характеризуется исчезновением основного затылочного ритма. Наблюдается повышение количества тета-волн. Сантамария и Чиаппа создали каталог разнообразных вариантов ЭЭГ в процессе дремоты. На втором этапе сна возникают сонные веретена — короткие серии ритмичной активности в диапазоне 12-14Гц (иногда называются «сигма-полоса»), которые проявляют максимальную активность в лобной области. У большинства волн частота составляет 3-6 Гц на втором этапе сна. 3-я и 4-я стадии сна характеризуются присутствием дельта-волн и обобщенно называется «медленный сон». С первой по четвертую стадии - так называемый - сон с медленными движениями глазных яблок. ЭЭГ в процессе сна с быстрыми движениями глазных яблок схожа на ЭЭГ при бодрствовании.

Результаты ЭЭГ, которая проведена под общим наркозом, зависят от вида использованного анестетика. Например, при введении галогенсодержащих анестетиков, галотана, или веществ для введения внутривенно (пропофол), почти во всех структурах мозга особенно в области лба, наблюдается «быстрый» паттерн ЭЭГ; Согласно старой терминологии, он был известен как распространенный быстрый паттерн, в противоположность медленному, возникающему при больших дозах опиатов. Лишь недавно ученые поняли механизм воздействия анестетиков на сигналы ЭЭГ (на уровне воздействия лекарственного вещества на различные типы синапсов, а также на уровне понимания схем, которые позволяют синхронизовать активность нейронов).

Артефакты

Биологические артефакты

Сигналы ЭЭГ, не связанные с активностью головного мозга, называют артефактами. Такие сигналы почти всегда «смазывают» результаты ЭЭГ. Это одна из причин, почему для интерпретации ЭЭГ требуется большой опыт, необходим значительный опыт корректной интерпретации сигналов ЭЭГ. Самые часто встречающиеся виды артефактов:

  • Артефакты, спровоцированные движением глаз (включая глазные мышцы, глазное яблоко и веко)
  • Артефакты от ЭМГ
  • Глоссокинетические артефакты, спровоцированные движением языка.
  • Артефакты от ЭКГ

Самые распространенные артефакты, вызываемые движением глаз, появляются из-за разности потенциалов между сетчаткой и роговицей, которая является достаточно большой в сравнении с потенциалами мозга. Если глаз находится в режиме полного покоя, на результаты ЭЭГ не оказывается никакое влияние. Однако, несколько раз в секунду имеются рефлекторные движения глаз, которые порождают большой потенциал. Вращение глазных яблок увеличивает потенциал в электродах, в сторону которого глаза вращаются. Быстрые движения глаз, названные саккадами, создают электромиографические потенциалы, известные как саккадические спайковые потенциалы действия. Спектр спайковых потенциалов действия перекрывает гамма - волну, и значительно искажает анализ вызванных реакций гамма – волн. Требуются особые подходы к коррекции артефакта. Осознанное или рефлекторное моргание глаз, также приводит к появлению электромиографических потенциалов. Однако в этом случае ещё большее значение при моргании оказывают рефлекторные движения глазного яблока, так как они вызывают появление на ЭЭГ ряда характерных артефактов.

Артефакты характерного вида, которые возникают по причине дрожания век, раньше называли каппа-волнами (или каппа-ритмом). Обычно они видны в предлобных отведениях, находящиеся прямо над глазами. Их иногда обнаруживают в процессе умственной работы. Как правило, они имеют частоту тета- (4-7Гц) или альфа-ритма (8-13Гц). Им присвоили название, так как считали, что они являются результатом работы головного мозга. Более позднее исследование установило, что данные сигналы генерируются при движении век, иногда настолько тонких, что их крайне сложно обнаружить. Однако они представляют собой «артефакт» ЭЭГ или шум, поэтому не должны называться волной или ритмом. Соответственно в электроэнцефалографии термин каппа-ритм теперь не используется, а этот сигнал должен относиться к артефакту, вызванному дрожанием век.

Но некоторые из данных артефактов могут быть полезными. Электроокулограмма, к примеру, может быть использована для анализа движения глаз, который является крайне важным при проведении полисомнографии, а также используется в традиционной ЭЭГ для оценки возможных изменений в состояниях бодрствования, тревоги или в процессе сна.

Достаточно часто встречаются ЭКГ-артефакты, которые можно спутать со спайковой активностью. Как следствие, современный метод регистрации ЭЭГ, как правило, включает один ЭКГ-канал, который идёт от конечностей. Это позволяет ЭЭГ обнаружить разнообразные варианты аритмии, которые вместе с эпилепсией могут быть причиной обмороков (синкопальных состояний) или иных приступов и эпизодических нарушений.

Глоссокинетические артефакты вызываются разностью потенциалов между кончиком и основанием языка. Маленькие движения языка могут «засорить» ЭЭГ, особенно у людей, страдающих паркинсонизмом и прочими болезнями, при которых характерен тремор.

Артефакты внешнего происхождения

Дополнительно к артефактам внутреннего происхождения имеется множество артефактов, являющихся внешними. Движение возле человека и даже регулирование положения электродов способно спровоцировать помехи на ЭЭГ, возникающие из-за краткосрочного изменения сопротивления электрода. Слабое заземление ЭЭГ-электродов способно вызвать серьёзные артефакты (50-60Гц) в зависимости от значений местной энергосистемы. Внутривенная капельница также способна служить источником помех, так как такое устройство способно вызывать быстрые, ритмичные, низковольтные вспышки активности, которые просто спутать с реальными потенциалами.

Коррекция артефактов

Недавно использовали способ декомпозиции для корректировки и удаления артефактов ЭЭГ. Этими методами пытаются разложить сигналы ЭЭГ на определённое количество компонентов. Имеется много алгоритмов разложения сигнала по частям. Так или иначе, принцип, лежащий в основе каждого метода, позволяет проводить манипуляции, которые получат «чистую» ЭЭГ в результате обнуления (нейтрализации) нежелательных компонентов.

Патологическая активность

Грубо патологическую активность разделяют на неэпилептиформную эпилептиформную. Также ее делят на очаговую (локальную) и генерализованную (диффузную).

Очаговая эпилептиформная активность отличается быстрыми синхронными потенциалами множества нейронов в определенной части мозга. Она способна возникать между приступами и указывать на область повышенной возбудимости (область коры), предрасположенную к возникновению эпилептических приступов. Регистрация интериктальной активности не может служить достаточным основанием ни для того, чтобы установить, действительно ли человек страдает эпилепсией, ни для локализации области, где приступ берет начало (фокальная, или очаговая эпилепсия).

Максимальные генерализованные эпилептиформные разряды происходят в лобной зоне, но ее возможно наблюдать и во всех других проекциях мозга. Присутствие сигналов такого характера на ЭЭГ дает основание предположить наличие генерализованной эпилепсии.

Очаговая патологическая неэпилептиформная активность иногда наблюдается в местах очагового повреждения коры или белого вещества мозга. Она имеет больше низкочастотных ритмов и/или отличается отсутствием нормальных высокочастотных ритмов. Также такая активность способна проявляться в виде одностороннего или очагового снижения амплитуды сигналов ЭЭГ.

Неэпилептиформная диффузная патологическая активность способна проявляться в виде билатерального замедления нормальных ритмов или аномально медленных рассеянных ритмов.

Не так давно особое внимание привлекли более продвинутые методы измерения патологической активности сигналов ЭЭГ, в качестве возможных биомаркеров для различного рода нарушений деятельности мозга, таких как болезнь Альцгеймера.

История

История развития ЭЭГ описана Шварцем. В 1875 году практикующий врач Ричард Катон (1842–1926) из Ливерпуля представил результаты изучения электрического явления в Британском Медицинском Журнале, наблюдающегося при вскрытии им полушарий мозга обезьян и кроликов. В 1890 году Польский физиолог Адольф Бек опубликовал исследование внезапной электро-активности мозга собак и кроликов, проявлявшейся в виде ритмических колебаний, меняющихся под воздействием света.

В 1912 году Владимир Владимирович Правдич-Неминский, русский физиолог, представил первую зарегистрированную ЭЭГ у животного и спровоцированные потенциалы млекопитающего (собаки). В 1914 году ученые Наполеон Цибульский и Еленска-Масижина сфотографировали запись ЭЭГ вызванного искусственно приступа.

Немецкий физиолог и психиатр Ганс Бергер (1873–1941)зарегистрировал первую ЭЭГ человека в 1924 году. Развивая работу Ричарда Катона и других ученых некогда проведенную на животных, Бергер изобрел электроэнцефалограмму (Именно ему принадлежит этот термин) ЭЭГ названа одной из самых успешных изобретений в истории клинической неврологии. В дальнейшем его открытия развивали ученые Эдгар Дуглас Эдриан и Брайан Харольд Кабот Мэтьюс.

В 1934 году Фишейр и Лоуэнбак впервые продемонстрироввали спайки эпилептиформной активности. В 1935 году Дэвис, Гиббс и Леннокс описали интериктальную спайковую активность и 3-х цикличный паттерн клинических малых эпилептических приступов. Этот год является началом клинической энцефалографии. В последствии, в 1936 году Джаспер и Гиббс описали интериктальную активность как очаговый признак эпилепсии. В этом же году в Массачусетском общем госпитале открылась первая лаборатория изучения ЭЭГ.

Профессор биофизики Северо-западного Университета Франклин Оффнер (1911–1999) создал прототип ЭЭГ, включающий пьезоэлектрический самописец — кристограф (целиком всё устройство называлось Динографом Оффнера).

В 1947 году было основано Американское Общество ЭЭГ и проведён первый Международный конгресс по вопросам ЭЭГ. В 1953 году Асеринский и Клейтман описали этап сна с быстрым движением глаз.

В 1950-х годах 20 века Вильям Грей Вальтер создал приложение к ЭЭГ - способ, названный ЭЭГ-топографией, позволивший картировать электрическую активность мозга на его поверхности. Особенную популярность метод приобрел в 80-е годы и вызвал особый интерес у исследователей в сфере психиатрии. Этот метод не был принят неврологами, но им пользуются при проведении научных исследований.

Применение электроэнцефалографии

ЭЭГ стала использоваться во многих целях помимо клинической диагностики и когнитивной неврологии. Существует многолетняя практика применения ЭЭГ регистрации активности мозга у пациентов с целью прогнозирования приступа эпилепсии. Neurofeedback (нейрофидбэк или нейроная обратная связь) по прежнему остается важным дополнительным методом применения ЭЭГ, который в своей самой совершенной форме рассматривается как основа «интерфейс мозг-компьютер». ЭЭГ также широко использовалась в области нейромаркетинга.

«Хонда» пытается разработать технологию позволяющую оператору при помощи ЭЭГ управлять роботом Азимо. Группа исследователей надеется, что в будущем эта технология может быть использована для вождения автомобилей без использования конечностей.

В штате Махараста данные сканирования (ЭЭГ) использовались в суде в качестве доказательства преступления.

ЭЭГ и терапия

В 2009 году Американская армия Соединенных Штатов выделила 4 миллиона долларов на исследования в Ирвинском Калифорнийском Университете в области развития ЭЭГ технологии распознавания мысленной речи, которая позволит солдатам общаться на поле боя через реализуемую посредством компьютера телепатию.

Общедоступные ЭЭГ изобретения

Недорогостоящие устройства ЭЭГ рассчитаны на широкий круг потребителей. За последнее время, несколько компаний миниатюризировали технологию медицинского оборудования на базе ЭЭГ с целью создания моделей доступных для широкой публики. Некоторые из этих компаний выпустили коммерческий вариант ЭЭГ оборудований стоимостью менее 100$

В 2004 году компания OpenEEG выпустила Modular EEG как общедоступное оборудование.

В 2007 году компания NeuroSky выпустила первый недорогую игру под названием «NeuroBoy» на основе считывателя электроэнцефалограммы (ЭЭГ)

В 2008 году OCZ Technology разработала устройство для видео игр на основе электромиографии.

В 2008 году разработчик игры «Final Fantasy» компания Square Enix провозгласила сотрудническое партнерство с компанией NeuroSky в деле разработки игры «Judecca»

В 2009 году компания Mattel сотрудничала с NeuroSky с целью выпуска игрушки «Mindflex» работающей по принципу ЭЭГ. Смысл игры состоит в том, чтобы усилием воли удержать шарик на весу, провести его сквозь полосу препятствий и не дать ему упасть. Не вызывает сомнений, что на сегодняшний день консоль «Mindflex» является самой продаваемой игрушкой на основе ЭЭГ.

В 2009 году компания Uncle Milton Industries заключила партнерство с компанией NeuroSky для создания игры тренажер супер силы «Звездные Войны» (StarWars Force Trainer) Дизайн игрушки позволяет пользователю создавать иллюзия обретения силы телекинеза.

В 2009 году Emotiv выпустила «the EPOC» ЭЭГ аппарат, снабженный 14 сенсорами. Прибор надевается на голову, сенсоры которого предварительно смачивают солевым раствором. Epoc – первый коммерческий интерфейс, не использующий сухую сенсорную технологию.

В 2011 году NeuroSky выпустила the MindWave. Устройство на основе ЭЭГ создано для образовательных и развлекательных целей. MindWave занесена в Книгу Рекордов Гиннеса как «Самая тяжелая машина управляемая мозгом»

В 2012 году Neurowear –японский проект, занимающийся разработкой гаджетов, выпустил Necomimi: устройство в форме механизированных кошачьих ушек, которое считывает мозговые волны. Ушки реагируют на эмоции человека и двигаются в зависимости от его эмоционального состояния. Если человек расслаблен, уши спокойно лежат и внезапно встают торчком, если человек чем-то заинтересовался.




© Авторы и рецензенты: редакционный коллектив оздоровительного портала "На здоровье!". Все права защищены.


 
Текст сообщения*
Защита от автоматических сообщений
Загрузить изображение
 

nazdor.ru
На здоровье!
Беременность | Лечение | Энциклопедия | Статьи | Врачи и клиники | Сообщество


О проектеКарта сайта β На здоровье! © 2008—2015
nazdor.ru, nazdor.com
Контакты Наш устав

Рекомендации и мнения, опубликованные на сайте, являются справочными или популярными и предоставляются широкому кругу читателей для обсуждения. Указанная информация не заменяет квалифицированную медицинскую помощь, основанную на истории болезни и результатах диагностики. Обязательно проконсультируйтесь с врачом.

Размещенные на сайте информационные материалы, включая статьи, могут содержать информацию, предназначенную для пользователей старше 18 лет согласно Федеральному закону №436-ФЗ от 29.12.2010 года "О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию".