Методи реєстрації процесів в мозку

Найстаріший і найбільш часто використовуваний метод відображення активності мозку полягає у вимірюванні електромагнітного поля, вироблюваного мозком в просторі і в часі. Електрична і магнітна складові мозкової активності реєструються електроенцефалографією (ЕЕГ) і магнитоэнцефалографией (МЕГ). Ганс Бергер, винахідник електроенцефалографії (ЕЕГ) ввів позначення «електроенцефалограма». Довгий час користувалися «стандартним відведенням» ЕЕГ зі всіх або декількох вибраних вимірювальних крапок, які Яспер в 1958 р. визначив в так званій «системі 10-20» (електроди встановлюються з кроком в 10 або 20% інтервалів між анатомічними маркерами, наприклад між коренем носа і потиличною кісткою). Тим часом все більше признається, що специфічні виводи по приводу кортикальной репрезентації когнітивних і регулюючих поведінку процесів можна отримати тільки на основі точнішої локалізації активності, застосовуючи можливо більше число вимірювальних щупів, конкретно залежне від специфіки експериментальних умов. У ЕЕГ реєструється електрична напруга, тобто різниця потенціалів між двома електродами. Топографія будь-якого вимірюваного ландшафту не залежить від того, з якого рівня («висота над рівнем морить або озера») він був визначений. З ландшафту потенціалів можна (через друге відведення по просторових координатах) обчислити, в яких крапках струми виходять з черепа і в яких — входять. Аналіз щільності цих джерел струму (CSD, Current source density) дає перша вказівка на те, що під ними лежать активні області. Ще більше інформації дає відображення розподілу потенціалів на оболонках мозку усередині черепа (Junghцfer, Elbert, Leiderer, Rockstroh & Berg, 1996). Якщо ж ЕЕГ знімалася тільки від небагатьох крапок (електродів) на поверхні черепа, то дуже мало що можна сказати про джерела електричної активності. (Докладніший опис фізичних принципів запису і аналізу ЕЕГ, а також можливих джерел артефактів і контролю за ними див., наприклад: Rockstroh, Elbert, Canavan, Lutzenberger & Birbaumer, 1989; про різні частотні діапазони в ЕЕГ см: Birbaumer & Schmidt, 1996.)

У плані прояснення психічних процесів багато чого чекають від реєстрації викликаних потенціалів (ВП). При цьому мова йде про коливаннях потенціалу, які систематично і достовірно виникають до, в час і після дії якогось (внутрішнього або зовнішнього) подразника або якоїсь моторної або когнітивної реакції (Elbert, 1992). Оскільки амплітуди ВП (1—30 mV) зазвичай менше, ніж амплітуди спонтанної ЕЕГ (до 30—50 mV), то при одноразовій реєстрації вони перекриваються спонтанною ЕЕГ, і тому їх ледве можна розпізнати. Проте завдяки своїй интраиндивидуальной надійності при повторному вивільненні ці відповіді на подразники виступають все більш виразно, тоді як випадкові коливання спонтанної ЕЕГ при накладенні ослабляються або ліквідовуються. ВП, екстраговані за допомогою усереднювання, визначаються як компоненти по їх параметрах латентності до вирішуючого подразника і полярності («N» для негативних напівхвиль, «P» для позитивних напівхвиль); плюс до цього по характерних максимумах амплітуди в конкретних областях мозку визначаються окремі компоненти.

Магнітоенцефалографія (МЕГ). У 1964 р. Ламбе (Lambe) і співробітники сконструювали перший SQUID (Superconducting Quantum Interference Device), який заснований на кванто-механическом перериванні електричного струму зовнішніми магнітними полями (ефект Josephson) і який дав можливість зміряти такі слабкі сигнали, як біомагнітна активність мозку. Амплітуда МЕГ — приблизно 1 рТ (10-12 тесел) — майже на вісім порядків нижче за амплітуду магнітного поля Землі (70 мT), а амплітуда кортикальных магнітних полів, викликаних сенсорними подразниками, — нижче ще на один порядок (декілька 100 fT, або 10-13 тесел). МЕГ-вимірювання здійснюється неинвазивно і безконтактно. Проте, для того, щоб зміряти слабкі магнітні поля, потрібний високий апаратурний рівень вимірювальної техніки (деталі див. Hoke, 1988; Hari & Lounasmaa, 1989). Зважаючи на високі методичні вимоги МЕГ, можливо, і не приписувалося б такого наукового і клінічного значення, не володій вона істотними перевагами в порівнянні з вимірюванням біоелектричних потенціалів. Мабуть, вирішальним тут є те, що складові магнітного поля, розташовані перпендикулярно до поверхні тіла, викликаються головним чином тільки внутріклітинними струмами, тоді як розподіл електричних потенціалів на поверхні тіла викликається об'ємними струмами і може вимірюватися досить далеко від джерела. Це означає, що розподіл магнітного поля, викликаний певним джерелом на поверхні тіла, істотно менше спотворюється впливами від віддалених джерел, як це відбувається у разі розподілу електричного потенціалу. Додамо до цього, що тканини тіла для біомагнітних полів практично прозорі, тобто пронизуються ними без спотворення. Об'ємні струми, навпаки, при розповсюдженні їх в тканинах тіла досить сильно спотворюються, тому що деякі тканини тіла, наприклад мышечная, анизотропны і різні тканини володіють різною провідністю. З цього виходить, що за допомогою біомагнітних вимірювань — при певних передумовах — походження базової біологічної активності можна визначити з кращим просторовим дозволом (до декількох мм), чим це можливо при вимірюваннях електричних потенціалів. Особливо це відноситься до фокальних джерел, які викликаються в кіркових відділах сенсорних систем великих півкуль мозку роздратуваннями органів чуття. Точність локалізації «еквівалентного струмового диполя» складає тут 2—3 мм, і таким чином, істотно більше, ніж точність методів томографій, таких як PET' або SPECT.

Крім ЕЕГ і МЕГ є методи, якими можна відобразити структури або функції мозку за допомогою пошарового зображення, ці методи називають томографіями. Відкриття в 1895 р. рентгенівського випромінювання вперше дозволило відображати внутрішні структури людського тіла «неинвазивно», тобто не порушуючи його цілісності. Рентгенівська діагностика зробила доступними для обстеження, по-перше, кісткові структури, а по-друге, — за допомогою ін'єкції відповідних контрастних засобів — кровоносні судини і провідники рідини в організмі. За допомогою відповідних розрахунків з окремих тіней, які відкидає якийсь об'єкт в різних напрямах, можна реконструювати пошарове зображення цього об'єкту або якогось органу або його тривимірного зображення. Методи обчислювальної томографії розвивалися не тільки для рентгенівських знімків — рентгенокомпьютерная томографія (CT), — але і для радіоактивних методів — позитронна емісійна томографія PET, Single Photon Emission Computertomographie SPECT, — а також для техніки томографій, заснованої на електромагнітному резонансі ядер водню, збуджених змінними магнітними полями (магнітно-резонансна томографія MRT). Ці методи томографій можна підрозділити на дві групи: одні методи відображають мозкові структури (CT, MRT), інші — надають функціональну інформацію про метаболічні процеси і їх розвиток в часі (функціональна магнітно-резонансна томографія для MRT, MRS; PET, SPECT). Як правило, мова тут йде про пошарові зображення функціональної активації, наприклад, зміни кровотоку або параметрів, які можуть локально виникати в мозку в результаті зміненого метаболізму. Всі ці методи мають недоліки. Так, скажімо, за допомогою зображень можна інтерпретувати тільки ті зміни в кровотоку або в обміні речовин, які відбуваються в мозку до і після подразника, прямі ж зображення сильно спотворюються структурними властивостями. Далі інформативність обмежується тим, що регіональний кровотік лише побічно відображає нейронну активність і далеко не завжди нейронна активність викликає зміни в кровотоку. Інший недолік полягає в тому, що для зображення при PET і SPECT потрібний порівняно довгий час (понад 40 секунд) і кортикальные процеси збудження, що протікають швидше, наприклад при когнітивних процесах, не можуть бути розпізнані. Відповідно до цього, експериментальні умови доводиться або створювати повторно, або постійно відновлювати впродовж тривалого тимчасового інтервалу. При fMRT, правда, шари конкретної області мозку можуть прочитуватися з частотою нижче 100 мс; проте кровотік змінюється набагато повільніше (у діапазоні секунд), що, у свою чергу, утрудняє можливість зіставити зображення і когнитивную/кортикальную активність. При fMRT пульсуючі магнітні поля створюють гучний тріск, який заважає додатковій обробці акустичної інформації. Крім того, при цих методах потрібний, щоб протягом всього часу обстеження пацієнт нерухомо лежав в трубі. Нарешті, PET і SPECT є інвазивними, оскільки в організм вводяться радіоактивні речовини з відповідним променевим навантаженням. При MRT, і особливо fMRT з його сильнішими магнітними полями, енергія проводиться в мозок. Проте ці методи дозволяють все-таки мінімально інвазивним способом проникнути у фізіологічні процеси в мозку, недоступні для інших засобів.

Узагальнюючи, можна сказати, що істотні достоїнства ЕЕГ і МЕГ для клінічних фундаментальних досліджень і практичного застосування — це їх висока тимчасова роздільна здатність і відсутність риски при їх використанні. Перш за все завдяки дослідженням PET або fMRT можна з високою мірою достовірності перевірити просторовий розподіл, виявлений через локалізацію магнітних джерел, для складніших або невідомих структур джерел.

Поиск по сайту: