ЛекцияМетоды ЭЭГ,ВП, микроэлектр КП22

1. Методы исследования в психофизиологии Электроэнцефалография Импульсная активность нейронов Методы визуализации активности мозга

Т.Д.Джебраилова, д.биол.н., профессор кафедры
нормальной физиологии ИКМ им.Н.В.Склифосовского
Сеченовский Университет
Moсква, Россия
Примечание:
*
обозначены слайды с факультативным материалом

2.

Электроэнцефалография
Основы метода
Электроэнцефалография – метод исследования головного
мозга, основанный на регистрации колебаний
электрических потенциалов с поверхности головы
Электрическая активность мозга отображает градуальные
колебания соматодендритных потенциалов,
соответствующих возбудительным и тормозным
постсинаптическим потенциалам
Суммарная электроэнцефалограмма (ЭЭГ) отражает
функциональную активность не отдельных нейронов,
а их популяций, иначе говоря, функциональную
активность мозга

3.

Методика регистрации ЭЭГ
При записи ЭЭГ регистрируют разность потенциалов между двумя
электродами, установленными на поверхности головы человека
Способы отведения:
Биполярный, регистрируется разность потенциалов между двумя
активными электродами
Монополярный, регистрируется разность потенциалов между
активным электродом, установленным над областью коры
головного мозга, и референтным, удаленным от мозговой ткани
В качестве референтных чаще всего используют электроды,
установленные на мочках ушей
Электрод заземления устанавливается чаще всего в области
вертекса

4.

Методика регистрации ЭЭГ
Схемы отведения:
должны быть представлены все основные отделы конвекситальной поверхности
мозга
электроды должны располагаться симметрично относительно срединной
сагиттальной линии
расстояния между всеми соседними электродами должны быть одинаковыми
Международная схема
расстановки электродов
«10-20»
О – окципитальные
Р – париетальные
С – центральные
F – фронтальные
Т – темпоральные
Четные – правое полушарие
Нечетные – левое

5.

Методика регистрации ЭЭГ
Электроды для ЭЭГ представляют собой металлические
пластинки или стержни различной формы. Обычно
диаметр составляет около 1 см
мостовые
чашечковые
на мочках ушей устанавливаются электроды в виде прищепок
К стержню присоединяется отводящий электрод (провод)

6.

Методика регистрации ЭЭГ
Электроды укрепляют на голове с помощью специальных
шлемов для ЭЭГ

7.

Методика регистрации ЭЭГ
Входная коробка
После отведения с электродов
электрические потенциалы подаются
на входы электроэнцефалографа
Входная коробка содержит
пронумерованные контактные гнезда, с
помощью которых присоединяются
электроды
Современные компьютерные
энцефалографы преобразуют ЭЭГ в
цифровую форму.
Процесс регистрации ЭЭГ отображается на
экране монитора

8.

Общие правила записи ЭЭГ
Клиническая электроэнцефалография:
пациент должен находиться в свето- и звукоизолированном
помещении
в положении полулежа, в удобном кресле, мышцы расслаблены
глаза закрыты
записывают дату, сведения о пациенте
указывают условия записи (усиление, скорость, фильтры)
установив электроды, проводят запись калибровочного сигнала
записывают ЭЭГ при закрытых глазах
проводят функциональные пробы:
• открывание и закрывание глаз
• фотостимуляция
• гипервентиляция
• другие пробы

9.

Общие правила записи ЭЭГ
Психофизиологические исследования:
все исследования проводят на основе добровольного
информированного согласия испытуемого
условия и положение испытуемого (полулежа, сидя)
определяются задачами исследования
записывают дату, сведения о испытуемом
указывают условия записи (усиление, скорость, фильтры)
установив электроды, проводят запись калибровочного сигнала
записывают ЭЭГ при закрытых глазах
Записывают ЭЭГ в соответствующих экспериментальных
ситуациях
ЭЭГ – видеомониторинг: синхронизация видеозаписи
пациента с компьютерной регистрацией ЭЭГ (например, во
время сна)

10.

Основные ритмы ЭЭГ
Под ЭЭГ понимают регистрацию потенциалов в диапазоне 0,5 –70,0 Гц
Монополярная регистрация ЭЭГ в
правых и левых затылочных (О2,
О1), теменных (Р4, Р3),
центральных (С4, С3),
фронтальных (F4, F3) и височных
(Т4, Т3) отведениях.
А2 и А1 – референтные ушные
электроды.
Вертикальные линии – секунды.

11.

Основные ритмы ЭЭГ
Под ЭЭГ понимают регистрацию потенциалов в диапазоне 0,5
–70,0 Гц
дельта
Основные частотные диапазоны ЭЭГ:
• Дельта. 0,5 – 4,0 Гц. До 300 мкВ. Сон
• Тета. 4 – 7 Гц. :
• Засыпание. До 300 мкВ
тета
• Эмоциональное напряжение, готовность к
деятельности, когнитивные процессы. До 100 мкВ
• Альфа. 8 – 13 Гц. До 100 мкВ. Веретена. Основной ритм
спокойного бодрствования
• Бета. 13 – 30 (40) Гц. До 15 (30) мкВ. Активное
бодрствование
альфа
бета
• Гамма. Выше 30 (40) Гц. До 10 мкВ. Когнитивные процессы
(внимание, память, ориентировочно-исследовательская
деятельность и др.). Исследуется в психофизиологии.
Клинического значения до настоящего времени не имеет.
Монополярная ЭЭГ, (правое затылочное отведение - О2),
из которой с помощью узкополосных фильтров выделены
диапазоны основных ритмов

12.

Поддиапазоны ритмов ЭЭГ *
В психофизиологических исследованиях выделяют поддиапазоны ритмов
ЭЭГ
• Дельта ритм 0,5 – 4 Гц
• Тета ритм:
• тета1 (4 – 6 Гц)
• тета2 (6 – 8 Гц)
• Альфа ритм:
• Границы поддиапазонов могут определяться для каждого испытуемого на
основе индивидуальной частоты пика в альфа диапазоне (Klimesch,1999). При
частоте пика 10 Гц границы соответствуют:
• альфа1 (6 – 8 Гц)
• альфа2 (8 – 10 Гц)
• альфа3 (10 – 12 Гц)
• Бета ритм:
• бета1 (13 – 20 Гц)
• бета2 (20 – 30 Гц)
• Гамма ритм – выше 30 или 40 Гц
• Границы и количество поддиапазонов могут определяться произвольно

13.

Примеры патологической активности*
F4
F3
C4
C3
P4
P3
О2
О1
Эпилептиформная активность
Руководство к практическим занятиям по
нормальной физиологии: Учебное пособие
/под. ред. К.В.Судакова, А.В.Котова, Т.Н.Лосевой
М.: Медицина. 2002. С. 129
Тета ритм при гипоталамическом
синдроме

14.

Реакция активации (десинхронизации)
О2
О1
P4
P3
C4
C3
F4
F3
T4
T3
При открывании глаз на ЭЭГ наблюдается реакция активации (десинхронизации)
проявляющаяся в уменьшении амплитуды и индекса альфа-ритма и появлении бета и
гамма колебаний

15.

Ретикулярная формация ствола мозга оказывает на кору больших полушарий восходящие генерализованные
активирующие влияния. Тонические активирующие влияния ретикулярной формации образуются за счет постоянного
поступления к ее структурам афферентных нервных импульсов от различных органов чувств и периферических
рецепторов,
Т
РФ
Проведение восходящих возбуждений по специфическому
соматическому афферентному пути и через ретикулярную
формацию. Первое возбуждение направляется от рецепторов в
кору по проекционным сенсорным путям и достигает
специфической для данного анализатора корковой зоны, где
возникает вызванный потенциал.
Второе возбуждение, следующее от ретикулярной формации,
генерализованно направляется в кору мозга. Активное состояние
ретикулярной формации поддерживается непрерывным потоком
афферентных импульсов, поступающих к ней по коллатералям от
проекционных сенсорных путей
Р – раздражитель; РФ – ретикулярная формация; Т - таламус
Облегчение спинальных
рефлексов
РФ продолговатого мозга
тормозит спинальные
рефлексы (торможение по
Мэгуну)

16.

Реакция активации (десинхронизации) *
F4
F3
О2
Десинхронизация ЭЭГ,
кожно –
гальваническая
реакция (КГР) и
уменьшение
длительности RR –
интервалов ЭКГ на
вспышку света
О1
КГРпр
КГРл
ЭКГ
Одновременно с десинхронизацией
ЭЭГ в ответ на вспышку света
наблюдаются периферические
проявления ориентировочного
рефлекса – кожно-гальваническая
реакция (КГР) и изменение
длительности кардиоциклов на ЭКГ

17.

Реакция усвоения ритма
*
При фотостимуляции частотой 20 Гц.
Красным отмечены вспышки света 20 Гц

18.

Визуальный анализ ЭЭГ
Примерный алгоритм описания:
• Указывается, есть ли на ЭЭГ альфа ритм, если он есть, указываются:
• Частота (колебаний в сек)
• Амплитуда (максимальная за эпоху анализа)
• Индекс (процент времени, в течение которого представлен ритм)
• Фокус активности, градиент
• Форма (наличие или отсутствие веретен)
• Описываются другие ритмы, имеющиеся на ЭЭГ
• Описывается патологическая активность, если она представлена
• Описываются функциональные пробы
• Делается заключение о характере ЭЭГ

19.

Визуальный анализ ЭЭГ
До 70 мкВ
12
12
10
До 40 мкВ
ЭЭГ с альфа ритмом,
фокус в затылочных
областях.
Частота 12 к/с в
затылочных и 10 к/с - в
центральных областях.
Амплитуда: до 70 мкВ в О1
и до 40 мкВ – в F3
По направлению кпереди
амплитуда альфа ритма
уменьшается (амплитудный
градиент) и комбинируется
с бета ритмом.
Альфа ритм модулирован
по амплитуде (имеются
веретена).
Хорошо выраженный
альфа-ритм на ЭЭГ
наблюдается у
большинства взрослых
(около 70 %)

20.

Визуальный анализ ЭЭГ
Десинхронизированный
(низкоамплитудный) тип ЭЭГ.
Наблюдается у 10-15% взрослых.
Альфа ритм не превышает 30 мкВ
По всему мозгу регистрируются
высокочастотные
низкоамплитудные колебания бета
диапазона
Наблюдаются отдельные тета
волны низкой амплитуды

21.

Спектральный анализ ЭЭГ *
Метод исследования спектральной мощности, который позволяет
определить соотношение и индивидуальную выраженность различных
ритмических составляющих в суммарной ЭЭГ
ЗГ
ОГ
Результаты спектрального анализа представляются в виде графиков или гистограмм
спектральной плотности мощности. ЭЭГ при закрытых (ЗГ) и открытых (ОГ) глазах.
По оси абсцисс – частота (Гц). По оси ординат – мощность (мкВ2) каждой частотной
составляющей в анализируемом фрагменте.

22.

Когерентный анализ ЭЭГ *
Для оценки взаимосвязи отдельных частотных составляющих ЭЭГ разных
областей мозга используют метод вычисления взаимных спектров ЭЭГ и
их нормированной производной – комплексной функции когерентности
Коэффициент когерентности равен нулю для независимых процессов
Если КК равен 1, или близок к ней, это свидетельствует о линейной связи
между процессами

23.

Картирование электрической активности *
Картирование может проводится по разным показателям: абсолютной и
относительной мощности, амплитуде, частоте, соотношению ритмов
Дельта
Тета
Бета 1
Бета 2
Автоспектры
мощности (мкВ2)
Амплитудные
автоспектры
Альфа
ЭЭГ (0,5 – 30)

24.

Локализация источников ЭЭГ *
Разработка математических методов локализации источников
электрической активности мозга по ЭЭГ
Суть методов
сводится к
построению такой
трехмерной модели
источника
(величина,
ориентация,
локализация)
математическая
модель поля
которого на
поверхности головы
максимально близка
к реальному
Локализация источников электрической активности мозга
в исходном состоянии и при запоминании информации
Певцов С.Е. Разработка алгоритмов для решения обратных математических
задач, возникающих в биомедицине /дис. …канд. физ.-мат. наук: 20.04.2007.
Моск. гос. университет. М.:2007. 131 с.

25. Индивидуальная вариативность ЭЭГ

10 – 15 % взрослых
Большинство взрослых
Умеренное снижение амплитуды
С выраженным альфа ритмом
Низкоамплитудная

26.

Регистрация вызванных потенциалов
Регистрацию электрической активности
на стимул повторяют десятки раз, а
полученные кривые усредняют.
ВП – результат суммирования
значительного числа отрезков ЭЭГ,
приуроченных к началу действия
раздражителя.
ВП – последовательность позитивных и
негативных колебаний,
регистрируемых, как правило, в
интервале 0-500 мс (до 1000 мс)
Вызванные потенциалы возникают в
проекционных зонах корковых отделов
соответствующих анализаторов:
зрительного, слухового, кожного,
вестибулярного.
Раздражителями, вызывающими эти
ответы, могут быть световые, звуковые,
тактильные и другие сигналы.
Регистрируют также когнитивные
вызванные потенциалы
используется для определения состояния афферентных систем мозга и заключается в регистрации
электрических потенциалов, возникающих в ответ на самые различные раздражения как периферических
рецепторов, так и отдельных структур центральной нервной системы.
вызванные потенциалы (ВП) представляют собой стереотипные комплексы колебаний, возникающие с
определённым латентным периодом в ответ на приход афферентных импульсов после подачи
кратковременного раздражения.
Форма вызванных потенциалов непосредственно связана с характером активности нервных структур.
Вызванные потенциалы различаются по форме, латентному периоду, локализации, чувствительности к
разнообразным воздействиям, что отражает функциональное состояние центральной нервной системы.

27.

Регистрация импульсной активности нервных клеток
Микроэлектродная техника
Современные
технические возможности
позволяют регистрировать
импульсную активность
нейронов у животных в
свободном поведении и, таким
образом, сопоставлять эту
активность с различными
поведенческими показателями.
Регистрация импульсной активности
отдельного нейрона в условиях свободного
поведения животного
Психофизиология /Под ред Ю.И.Александрова. 2014
Регистрация импульсной активности нейронов
осуществляется с помощью подводимых вплотную к
ним специальных отводящих микроэлектродов.
Микроэлектроды бывают металлическими и
стеклянными (трубочка диаметр около 1 мм с тонким
незапаянным кончиком, вытянутая из специального стекла,
заполненная раствором электролита).

28.

Функционирование мозга можно визуализировать путем
построения с помощью компьютера «картин» мозга на
основе данных о метаболической активности его
структур *

29.

позитронно-эмиссионная томография мозга (ПЭТ) *
ПЭТ-КТ головного мозга — современный метод исследования,
позволяющий при помощи специальных радиофармпрепаратов получить
информацию о функциональном состоянии различных отделов головного
мозга. Методика позволяет получать плоское изображение (срез) мозга на
регистрируемом уровне, отражающее разную метаболическую активность
структур мозга.

30.

BOLD-функциональная магнитно-резонансная томография (BOLD —
blood oxygenation level dependent contrast, или контрастность, зависящая
от степени насыщения крови кислородом). *
http://neuronovosti.ru//wp-content/uploads/2018/08/69c89a171d7a5c3f02ae3fcf1fe512aa1.png
BOLD фМРТ — это один из наиболее применимых и широко известных способов
определять мозговую активность. Активация приводит к усилению местного
кровотока с изменением относительной концентрации оксигенированного
(обогащенного кислородом) и дезоксигенированного (бедного кислородом)
гемоглобина в местном кровотоке. Дезоксигенированная кровь является
парамагнетиком (веществом, способным намагничиваться) и ведет к падению уровня
сигнала МРТ. Если же в области мозга больше оксигенированной крови – уровень
МРТ-сигнала увеличивается. Таким образом, кислород в крови выполняет роль
эндогенного контрастного вещества.

31.

* Функциональная BOLD МРТ (фМРТ) - современный метод визуализации, позволяющий
локализовать зоны головного мозга, отвечающие за выполнение тех или иных действий.
Диагностическая процедура является неинвазивной и не сопровождается ионизирующим излучением.
https://www.frontiersin.org/files/Articles/414915/fnagi-10-00371-HTML/image_m/fnagi-10-00371-g001.jpg