2.1.3. Топографическое картирование электрической активности мозга. Картирование мозга
2.1.3. Топографическое картирование электрической активности мозга
ТКЭАМ – топографическое картирование электрической активности мозга – область электрофизиологии, оперирующая с множеством количественных методов анализа электроэнцефалограммы и вызванных потенциалов. Широкое применение этого метода стало возможным при появлении относительно недорогих и быстродействующих персональных компьютеров. Топографическое картирование существенным образом повышает эффективность ЭЭГ метода. ТКЭАМ позволяет очень тонко и дифференцированно анализировать изменения функциональных состояний мозга на локальном уровне в соответствии с видами выполняемой испытуемым психической деятельности. Однако, следует подчеркнуть, что метод картирования мозга является не более, чем очень удобной формой представления на экране дисплея статистического анализа ЭЭГ и ВП.
Сам метод картирования мозга можно разложить на три основные составляющие: регистрацию, анализ и представление данных.
Регистрация данных. Используемое число электродов для регистрации ЭЭГ и ВП, как правило, варьирует в диапазоне от 16 до 32, однако в некоторых случаях достигает 128 и даже больше. При этом большее число электродов улучшает пространственное разрешение при регистрации электрических полей мозга, но сопряжено с преодолением больших технических трудностей.
Для получения сравнимых результатов используется система «10 – 20», при этом применяется в основном монополярная регистрация.
Важно, что при большом числе активных электродов можно использовать лишь один референтный электрод, т.е. тот электрод относительно которого регистрируется ЭЭГ всех остальных точек постановки электродов. Местом приложения референтного электрода служат мочки ушей, переносица или некоторые точки на поверхности скальпа (затылок, вертекс). Существуют такие модификации этого метода, которые позволяют вообще не использовать референтный электрод, заменяя его значениями потенциала, вычисленными на компьютере.
Анализ данных. Выделяют несколько основных способов количественного анализа ЭЭГ: временной, частотный и пространственный.
Первый представляет собой вариант отражения данных ЭЭГ и ВП на графике, при этом время откладывается по горизонтальной оси, а амплитуда – по вертикальной. Временной анализ применяют для оценки суммарных потенциалов, пиков ВП. эпилептических разрядов. Частотный анализ заключается в группировке данных по частотным диапазонам: дельта, тета, альфа, бета. Пространственный анализ сопряжен с использованием различных статистических методов обработки при сопоставлении ЭЭГ из разных отведений. Наиболее часто применяемый способ – это вычисление когерентности.
Способы представления данных. Самые современные компьютерные средства картирования мозга позволяют легко отражать на дисплее все этапы анализа: «сырые данные» ЭЭГ и ВП, спектры мощности, различные графики, диаграммы и таблицы, топографические карты – как статистические, так и динамические в виде мультфильмов, а также по желанию исследователя – возможны различные комплексные представления. Следует особо указать на то, что применение разнообразных форм визуализации данных позволяет лучше понять особенности протекания сложных мозговых процессов.
Топографические карты представляют собой контур черепа, на котором изображен какой-либо закодированный цветом параметр ЭЭГ в определенный момент времени, причем разные градации этого параметра (степень выраженности) представлены разными цветовыми оттенками. Поскольку параметры ЭЭГ постоянно меняются по ходу обследования, соответственно этому изменяется цветовая композиция на экране, позволяя визуально отслеживать динамику ЭЭГ процессов. Параллельно с наблюдением исследователь получает в свое распоряжение и статистические данные, лежащие в основе карт (рис.2.5).
Использование ТКЭАМ в психофизиологии наиболее продуктивно при применении психологических проб, которые являются «топографически контрастными», т.е. адресуются к разным отделам мозга (например, вербальные и пространственные задания).
studfiles.net
Картирование мозга человека | teleology.space
С помощью семи тысяч тончайших срезов и десяти триллионов байт данных, полученных с этих срезов, исследователи сумели построить трёхмерную карту мозга с разрешением в двадцать микрометров, что в 50 раз точнее, чем у любых других существующих мозговых карт.
Давняя мечта нейробиологов — построить как можно более точную карту человеческого мозга — стала ещё ближе. Группе учёных из Исследовательского центра Юлих (Германия) вместе с коллегами из других научных центров Германии и Канады удалось создать трёхмерный мозговой атлас повышенной точности. По словам Дэвида ван Эссена из Вашингтонского университета в Сент-Луисе (США), этот мозговой атлас так же похож на те, что были до него, как новейшие географические карты на карты эпохи Великих географических открытий.
Учёные использовали старый метод нарезания мозга на тончайшие слои с последующим анализом и сравнением этих срезов. Объектом исследования послужил мозг 65-летней женщины, из которого в итоге получилось 7 400 срезов, толщиной меньше человеческого волоса. Затем для каждого среза делали «портрет» с помощью микроскопа, и эта часть работы заняла в общей сложности 1 000 часов и дала 10 трлн байт данных. Совмещением изображений мозговых срезов в единый трёхмерный мозг занимались, разумеется, суперкомпьютеры, у которых ушло на это несколько лет.
В результате удалось построить карту мозга с разрешением в 20 мкм. Это в 50 точнее, чем существующие на сегодня разметки мозга, разрешение которых в среднем не превышает 1 мм. Результаты работы опубликованы в свежем выпуске журнала Science.
Мозг состоит из множества нейронов, отличающихся друг от друга по размеру и форме, от треугольной до круглой; при этом по-разному упакованы в разных участках мозга — где-то плотнее, где-то нет, где-то с одним рисунком упаковки, где-то с другим. И всё это как-то связано с функциями разных зон. Теперь, с новой трёхмерной картой, исследователи смогут более-менее точно сопоставить нейроанатомические особенности мозга с его функциями и с молекулярно-генетическими реакциями.
Создание атласа мозга, который получил название BigBrain, было частью колоссального международного проекта Human Brain Project, рассчитанного на 10 лет и нацеленного на разработку компьютерной модели человеческого мозга. Теперь BigBrain можно использовать для сравнения с ним любых нейробиологических данных. Тут, правда, есть одна проблема: исследователи построили карту мозга конкретного человека, а не среднестатистическую карту, по которой можно сказать, что есть норма, а что — отклонение от неё. Так что нейробиологам предстоит долгая аналитическая работа, в которую будут вовлечены многие крупные научные центры, вроде Алленовского института исследований мозга (США), чтобы понять, как разные данные соотносятся друг с другом, какие из них сугубо индивидуальны, а какие можно считать общими.
Сейчас авторы BigBrain собираются сделать такую же карту для «мозга №2», но есть опасения, что количество данных для обработки превзойдёт возможности любого суперкомпьютера. Впрочем, технологии не стоят на месте. Возможно, специалисты, картирующие мозг, откажутся от старого доброго нарезания на тончайшие слои в пользу менее трудоёмкого метода, с помощью которого мозг можно сделать абсолютно прозрачным.
Подготовлено по материалам Исследовательского центра Юлих и Nature News.
teleology.space
Картирование головного мозга
Elekta – ведущая компания в области неврологии и нейрохирургии Elekta обеспечивает наиболее высокие запросы специалистов в области неврологи и нейрохирургии. Опираясь на более чем 50-летний опыт работы в области стереотаксии, Elekta продолжает открывать качественно новые решения для стереотаксического лечения патологий головного мозга. Для этого, с целью отслеживания областей активности в головном мозге, Elekta предлагает систему для магнитоэнцефалографии (МЭГ), что является на сегодняшний день наиболее эффективным методом исследования активности мозга в реальном времени. По сравнению с ЭЭГ технология МЭГ имеет уникальную чувствительность. Доказано клиническое преимущество МЭГ как средства, которое обеспечивает наиболее высокую эффективность диагностики эпилепсии. Эта технология также применяется для предоперационного картирования зрительной, слуховой, сомато-сенсорной и двигательной зон коры головного мозга. Для картирования активности нейронов головного мозга в режиме реального времени Elekta предлагает уникальную систему для магнитоэнцефалографии (МЭГ) - Elekta Neuromag®.
Картирование головного мозга Elekta Neuromag ® представляет собой магнитоенцефалографичну (МЭГ) систему, предназначенную для проведения высокоточного 3-х мерного картирования структур головного мозга в режиме реального времени (неинвазивно). Технология МЭГ используется как в клинических, так и в исследовательских целях. Передхирургическая картография для нейрохирургии, в условиях совмещения МЭГ с МРТ изображениями, повышает точность хирургической навигации и планирования радиотерапии. Большое количество программ нацелена на применение в области психиатрических заболеваний (шизофрения, депрессия, дислексией). Одна из важнейших областей применения Elekta Neuromag ® в лечении эпилепсии - это точное выявление эпилептического источника, и его расположение по отношению к другим функционально важным областям коры головного мозга. Технически система Elekta Neuromag ® является одним из наиболее сложных и передовых устройств МЭГ / ЭЭГ, представленных сегодня на мировом рынке. 306-канальная система с оптимальным сочетанием планарных грамометров и магнитометров в ортогональные триплеты.
Технология МЭГ используется как в клинических, так и в исследовательских целях. Использование 306 магнитоэнцефалографических (МЭГ) и 64 электроэнцефалографических (ЭЭГ) каналов дает высокоточную локализацию функциональных областей коры головного мозга. Уникальная конструкция датчиков, использование передового программного обеспечения позволяет получить данные с непревзойденной детализацией даже от самых глубоких областей мозга.
задать вопрос
Если у Вас возникли вопросы по поводу данного оборудования, пожалуйста, заполните форму ниже:
biosense.net.ua
Картирование мозга - блог доктора Минутко
Проблема локализации функций в мозге является одной из самых фундаментальных в нейронауках. Существуют две противоположные парадигмы, связанные с этой проблемой: «модульность», также известная как «локализм» и «холизм», которые были предметом дискуссий в течение длительного времени. Дискуссия в пользу того или иного мнения все еще прослеживается на всех методологических уровнях - от нейрона до систем мозга. Не вызывает сомнения трудности современного отображения мозга, начиная с зонами , отвечающими за двигательную активность.
Искусственный характер противопоставления «локальной» и «целостной» организация мозга было очевидно в нейробиологии уже с XVIII века, и первоначально , проявились , как разногласия между физиологами , работающими на моделях животных и врачами , изучающих поражения головного мозга у человека. Первая ревизия термина «функция» , обычно используемого клиницистами и шаг от жесткого локализма была реализована неврологом Дж. Дж. Джексоном в конце XIX века, который писал, что «локализация симптома - это не локализация функции». В начале XX -го века произошел сдвиг парадигмы в сторону гештальт-психологии, который изменил тенденцию исследований на макромасштабном уровне к более целостному взгляду . Ярким примером конфронтации на микромасштабном уровне была дискуссия Гольджи и Кахала относительно сущности нейрона . В 1937 году нейрохирург В. Пенфилд выполнил первую картографию коры мозга человека и опубликовал знаковое описание сенсорных и моторных зон. Во второй четверти XX-го века понятие функции как целевого объекта проявилось в виде теории движений и теории функциональных систем и также взгляде на функцию как гибкого объекта, зависящего от цели.
На сегодняшний день обычно постулируется, что локализм и холизм могут быть «связанными» между собой , и многие исследования в настоящее время пытаются найти взаимосвязи между областями мозга, а не рассматривают функции этих регионов в отдельности. Тем не менее, похоже, что все еще существует тенденция оказывать предпочтение локализму, особенно в когнитивных науках. Возможно, это связано с тем, что современные неинвазивные методы, такие как ПЭТ, ФМР или ТМС, в основном связаны с функциональными изображениями мозга на основе философии М. Минского.
Остается открытым вопрос о том, как кортикальная «активация» на макроуровне, рассматриваемая, например, с помощью МРТ или ЭЭГ, связана с явлениями на уровне микромасштаба, такими как активность отдельных нейронов в спинном мозге у бодрствующих животных или , особенно, у человека. Существует большое количество исследований , изучающих способы активации конкретных альфа-мотонейронов спинного мозга; ученые, работающие на уровне одного нейрона, обычно связывают его с конкретной задачей . Таким образом, те, кто работает с небольшими зонами спинного мозга, хорошо знают, как активировать определенный мотонейрон, но до сих пор трудно решается вопрос , если речь идет об активации коры. Современные макромасштабные подходы, связывающие периферийную и центральную системы записей, такие как TMS-EEG и кортикально -мышечная когерентность, включая биологическую обратную связь, пытаются преодолеть этот разрыв.
Очевидно, что во многих исследованиях контекст и целевая зависимость моторной функции вновь подтверждают необходимость пересмотра концепции функции как среды и объекта, зависящего от цели. Поскольку на животных, подвергшихся анестезии, было проведено большое количество классических экспериментов по картированию мозга, где условия были достаточно стабильны и не отмечалось контекстного или целевого поведения, следует быть осторожным при интерпретации результатов этих экспериментов. Данные, полученные у анестезированных животных, широко используются в качестве учебного материала: конструкция моторного и сенсорного гомункула является неотъемлемой частью большинства учебников по нейробиологии. Однако эксперименты с пробужденными животными вызывают сомнения относительно наличия здесь жесткой структуры
Хорошим примером разрыва в исследованиях двигательной активности в разных методологических масштабах являются явления конвергенции и расхождения в организации активности моторной коры. Они хорошо известны в микро- и мезомасштабных исследованиях. Например, в исследовании инвазивного мозгового интерфейса (BCI) были сформулированы такие принципы, как нейронная дегенерация и многозадачность нейронов . Однако эти явления по-прежнему широко игнорируются в исследованиях на макромасштабном уровне. Например, широко используемый термин в макромасштабных исследованиях представляет собой «область кортикального представления мышц», которая подходит для практического использования, например, для предварительной активации моторного картирования , но является физиологически сомнительным , учитывая доказанный факт , что некоторые пирамидальные клетки могут широко иннервировать соответствующие альфа - мотонейроны , относящиеся к активации различных мышц, даже различных сегментов конечностей.
Проблема локализации функций в мозге имеет значение для разработки новых подходов к реабилитации после повреждения головного мозга. В 80-х и 90-х годах прошлого века популярность идеи долгосрочной реорганизации мозга привела к рождению нейрореабилитации как новой и плодотворной области. В настоящее время растущее понимание онлайновой нестабильности и цели зависимости функции приводит к новым тенденциям в этой области. Таким образом, новые подходы в нейрореабилитации ориентированы не на простое обучение движению, а на восстановление целенаправленного действия. Возрождение системного взгляда на функцию привело к появлению новых методов, состоящих из одновременного применения многих модальностей, включая визуальную биологическую обратную связь, например, такую как зеркальная терапия или мультимодальную биологическую обратную связь при реабилитации двигательной активности.
Понимание функции в соответствующем контексте требует разработки закрытых подходов терапевтического стимуляции мозга (например, ТМС) вместо стимуляции различных областей коры, находящейся в покое. Эти замкнутые контуры требуют разработки протоколов для центрально-периферической стимуляции с целью оптимальной модуляции процессов восстановления мозга. Такие зависящие от задачи замкнутые подходы могут быть объединены управляемой мозгом стимуляции. В последние несколько лет наблюдалось увеличение исследований, идентифицирующих состояния мозга, благоприятные для стимуляции, например, на основе предварительного стимула ЭЭГ. Это приводит к разработке новых протоколов для терапевтического стимулирования с оптимальными сроками воздействия. Аналогичная методология уже успешно используется в области инвазивного BCI, сочетающего запись активности мозга с кортикальной стимуляцией. Позитиваные, "предварительные" состояния мозга также могут быть преднамеренно достигнуты с использованием таких подходов, как транскраниальная стимуляция переменным током (tACS), позволяющая стимулировать мозг с определенной частотой во время решения задачи. Динамический характер функции делает очевидной невозможность одинаковой стратегии и подчеркивает необходимость динамического пересмотра целей и стратегий на протяжении всего процесса восстановления мозга у пациентов с его повреждением.
minutkoclinic.com
Картирование биоритмов мозга
С помощью левой кнопки мыши выберите запись пациента в правом окне базы данных. (Строка выбранной записи выделяется желтым цветом). Нажмите кнопку «EEG» для включения режима нейродинамического анализа.
После загрузки на экране откроется окно «Картирование биоритмов мозга»
1. Окно «Фазовый спектр»
Цвета соответствуют различным ритмам, а ширина секторов определяется индексами модуляции соответствующих частотных составляющих спектра. Нормальной активности соответствует максимальное цветовое насыщение. При функциональных и патологических нарушениях в организме человека уровень цветовой насыщенности фазового портрета резко уменьшается.
2. Частотный спектр.
Спектральная мощность вычислена для диапазонов дельта-, тета-, альфа-, бета1- и бета2- ритмов.
Повышенная активность Нормальная активность Пониженная активность
3. Сплайн-карты электрической активности представляют собой набор двумерных распределений биоритмов ЦНС в функциональных пространствах головного мозга и характеризует интегральную активность ЦНС в этих пространствах. Функциональные пространства головного мозга образуются дискретно в периодически повторяющиеся промежутки времени и формируются в клеточной структуре головного мозга ансамблями нейронов, которые одновременно активизируются в моменты времени, определяемые периодами их рефрактерности.
| d-d | q-d | a-d | b-d |
| q-d | q-q | a-q | b-q |
| d-a | q-a | a-a | b-a |
| d-b | q-b | a-b | b-b |
Сплайн-карта строится по результатам интерполяции амплитудных значений основных ритмов мозга относительно друг друга и представляет собой матрицы вероятностей переходов основных ритмов в функциональных пространствах головного мозга.
На следующем рисунке представлена топографическая карта матрицы переходов, на которой отображаются вероятности переходов основных ритмов. Справа приведена таблица, в которой отражены значения вероятности различных сочетаний переходов.
|
Топографическая карта матрицы переходов
Режим картирования предназначен для мониторинга и визуализации на экране в реальном времени карт спектров мощности биоритмов головного мозга. Набор сплайн-карт дополняет визуальный анализ регистрируемого суммарного биоэлектрического сигнала ЦНС и позволяет оценивать пространственные изменения активности биоритмов мозга одновременно на 8-ми картах спектров мощности. Это позволяет эффективно локализовать начало нарастания активности того или иного ритма, наблюдать за одиночными вспышками активности биоритмов, генерализованых в различных пространствах головного мозга и анализировать мощностную и частотную асимметрию биоритмов.
Последовательно заполняемый набор сплайн-карт соответствует различным функциональным пространствам головного мозга, а цвета сплайн-карт определяются различными уровнями электрической активности головного мозга. Цветовая шкала активности приведена в правой части окна.
Повышенная Нормальная Пониженная Признаки Патологическое
активность активность активность депрессии состояние
4. Окно «Диаграмма управления»
На диаграмме отображаются нормированные значения интегральных показателей психоэмоционального состояния:
D1 – уровень саморегуляции
D2 – резервы саморегуляции
5. «Светофор»
Сочетание цветов «светофора» соответствует различным уровням психоэмоционального состояния:
6. Окно «Заключение» (Активизируется при нажатии одноименной кнопки)
В верхней части окна приводятся процентное соотношение частотных составляющих спектра суммарного биоэлектрического сигнала. нейродинамических кодов с нормальной, измененной и нарушенной структурой (в квадратных скобках указаны пределы нормы).
В средней части окна - интегральные показатели центрального управления, и, ниже, заключение о психоэмоциональном состоянии. Все показатели нормированы и приведены в процентах. (Норма указана в квадратных скобках).
Выход из окна «Заключение» осуществляется щелчком правой кнопки мыши в любом месте окна, либо клавишей «Esc».
Для выхода из режима нейродинамического анализа нажмите кнопку «ВЫХОД», либо клавишу «Esc».
infopedia.su
Топографическое картирование электрической активности мозга (ТКЭАМ)
ТКЭАМ — топографическое картирование электрической активности мозга — область электрофизиологии, оперирующая с множеством количественных методов анализа электроэнцефалограммы и вызванных потенциалов (см. Видео). Широкое применение этого метода стало возможным при появлении относительно недорогих и быстродействующих персональных компьютеров. Топографическое картирование существенным образом повышает эффективность ЭЭГ-метода. ТКЭАМ позволяет очень тонко и дифференцированно анализировать изменения функциональных состояний мозга на локальном уровне в соответствии с видами выполняемой испытуемым психической деятельности. Однако, следует подчеркнуть, что метод картирования мозга является не более чем очень удобной формой представления на экране дисплея статистического анализа ЭЭГ и ВП.
- Сам метод картирования мозга можно разложить на три основные составляющие:
- регистрацию данных;
- анализ данных;
- представление данных.
Регистрация данных. Используемое число электродов для регистрации ЭЭГ и ВП, как правило, варьирует в диапазоне от 16 до 32, однако в некоторых случаях достигает 128 и даже больше. При этом большее число электродов улучшает пространственное разрешение при регистрации электрических полей мозга, но сопряжено с преодолением больших технических трудностей.Для получения сравнимых результатов используется система "10-20", при этом применяется в основном монополярная регистрация.Важно, что при большом числе активных электродов можно использовать лишь один референтный электрод, т.е. тот электрод, относительно которого регистрируется ЭЭГ всех остальных точек постановки электродов. Местом приложения референтного электрода служат мочки ушей, переносица или некоторые точки на поверхности скальпа (затылок, вертекс). Существуют такие модификации этого метода, которые позволяют вообще не использовать референтный электрод, заменяя его значениями потенциала, вычисленными на компьютере.
Анализ данных. Выделяют несколько основных способов количественного анализа ЭЭГ: временной, частотный и пространственный.Временный представляет собой вариант отражения данных ЭЭГ и ВП на графике, при этом время откладывается по горизонтальной оси, а амплитуда — по вертикальной. Временной анализ применяют для оценки суммарных потенциалов, пиков ВП, эпилептических разрядов.Частотный анализ заключается в группировке данных по частотным диапазонам: дельта, тета, альфа, бета.Пространственный анализ сопряжен с использованием различных статистических методов обработки при сопоставлении ЭЭГ из разных отведений. Наиболее часто применяемый способ — это вычисление когерентности.
Способы представления данных. Самые современные компьютерные средства картирования мозга позволяют легко отражать на дисплее все этапы анализа: "сырые данные" ЭЭГ и ВП, спектры мощности, топографические карты — как статистические, так и динамические в виде мультфильмов, различные графики, диаграммы и таблицы, а также, по желанию исследователя, — различные комплексные представления. Следует особо указать на то, что применение разнообразных форм визуализации данных позволяет лучше понять особенности протекания сложных мозговых процессов.
| ЭЭГ-карты, представляющие топографическое расположение значений спектральной мощности ЭЭГ (по Н.Л. Горбачевской с соавт., 1991). Под каждой картой указан диапазон анализируемых частот. Справа - шкала значений спектральной мощности ЭЭГ, мкВ |
Топографические карты представляют собой контур черепа, на котором изображен какой-либо закодированный цветом параметр ЭЭГ в определенный момент времени, причем разные градации этого параметра (степень выраженности) представлены разными цветовыми оттенками. Поскольку параметры ЭЭГ постоянно меняются по ходу обследования, соответственно этому изменяется цветовая композиция на экране, позволяя визуально отслеживать динамику ЭЭГ процессов. Параллельно с наблюдением исследователь получает в свое распоряжение статистические данные, лежащие в основе карт.Использование ТКЭАМ в психофизиологии наиболее продуктивно при применении психологических проб, которые являются "топографически контрастными", т.е. адресуются к разным отделам мозга (например, вербальные и пространственные задания).
megaobuchalka.ru
| Обратная связь ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса - ваш вокал Как цель узнает о ваших желаниях прежде, чем вы начнете действовать. Как компании прогнозируют привычки и манипулируют ими Целительная привычка Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Тренинг уверенности в себе Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком" Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Как слышать голос Бога Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д. Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу. Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар. |
ТКЭАМ – топографическое картирование электрической активности мозга – область электрофизиологии, оперирующая с множеством количественных методов анализа электроэнцефалограммы и вызванных потенциалов. Широкое применение этого метода стало возможным при появлении относительно недорогих и быстродействующих персональных компьютеров. Топографическое картирование существенным образом повышает эффективность ЭЭГ метода. ТКЭАМ позволяет очень тонко и дифференцированно анализировать изменения функциональных состояний мозга на локальном уровне в соответствии с видами выполняемой испытуемым психической деятельности. Однако, следует подчеркнуть, что метод картирования мозга является не более, чем очень удобной формой представления на экране дисплея статистического анализа ЭЭГ и ВП. Сам метод картирования мозга можно разложить на три основные составляющие: регистрацию, анализ и представление данных. Регистрация данных.Используемое число электродов для регистрации ЭЭГ и ВП, как правило, варьирует в диапазоне от 16 до 32, однако в некоторых случаях достигает 128 и даже больше. При этом большее число электродов улучшает пространственное разрешение при регистрации электрических полей мозга, но сопряжено с преодолением больших технических трудностей. Для получения сравнимых результатов используется система «10 – 20», при этом применяется в основном монополярная регистрация. Важно, что при большом числе активных электродов можно использовать лишь один референтный электрод, т.е. тот электрод относительно которого регистрируется ЭЭГ всех остальных точек постановки электродов. Местом приложения референтного электрода служат мочки ушей, переносица или некоторые точки на поверхности скальпа (затылок, вертекс). Существуют такие модификации этого метода, которые позволяют вообще не использовать референтный электрод, заменяя его значениями потенциала, вычисленными на компьютере. Анализ данных.Выделяют несколько основных способов количественного анализа ЭЭГ: временной, частотный и пространственный. Первый представляет собой вариант отражения данных ЭЭГ и ВП на графике, при этом время откладывается по горизонтальной оси, а амплитуда – по вертикальной. Временной анализ применяют для оценки суммарных потенциалов, пиков ВП. эпилептических разрядов. Частотный анализ заключается в группировке данных по частотным диапазонам: дельта, тета, альфа, бета. Пространственный анализ сопряжен с использованием различных статистических методов обработки при сопоставлении ЭЭГ из разных отведений. Наиболее часто применяемый способ – это вычисление когерентности. Способы представления данных.Самые современные компьютерные средства картирования мозга позволяют легко отражать на дисплее все этапы анализа: «сырые данные» ЭЭГ и ВП, спектры мощности, различные графики, диаграммы и таблицы, топографические карты – как статистические, так и динамические в виде мультфильмов, а также по желанию исследователя – возможны различные комплексные представления. Следует особо указать на то, что применение разнообразных форм визуализации данных позволяет лучше понять особенности протекания сложных мозговых процессов. Топографические карты представляют собой контур черепа, на котором изображен какой-либо закодированный цветом параметр ЭЭГ в определенный момент времени, причем разные градации этого параметра (степень выраженности) представлены разными цветовыми оттенками. Поскольку параметры ЭЭГ постоянно меняются по ходу обследования, соответственно этому изменяется цветовая композиция на экране, позволяя визуально отслеживать динамику ЭЭГ процессов. Параллельно с наблюдением исследователь получает в свое распоряжение и статистические данные, лежащие в основе карт (рис.2.5).
Использование ТКЭАМ в психофизиологии наиболее продуктивно при применении психологических проб, которые являются «топографически контрастными», т.е. адресуются к разным отделам мозга (например, вербальные и пространственные задания). Компьютерная томография Компьютерная томография (КТ) – новейший метод, дающий точные и детальные изображения малейших изменений плотности мозгового вещества. КТ соединила в себе последние достижения рентгеновской и вычислительной техники, отличаясь принципиальной новизной технических решений и математического обеспечения. Главное отличие КТ от рентгенографии состоит в том, что рентген дает только один вид части тела. При помощи компьютерной томографии можно получить множество изображений одного и того же органа и таким образом построить внутренний поперечный срез, или «ломтик» этой части тела. Томографическое изображение – это результат точных измерений и вычислений показателей ослабления рентгеновского излучения, относящихся только к конкретному органу. Таким образом, метод позволяет различать ткани, незначительно отличающиеся между собой по поглощающей способности. Измеренные излучение и степень его ослабления получают цифровое выражение. По совокупности измерений каждого слоя проводится компьютерный синтез томограммы. Завершающий этап – построение изображения исследуемого слоя на экране дисплея. Для проведения томографических исследований мозга используется прибор – нейротомограф. Помимо решения клинических задач (например, определения местоположения опухоли) с помощью КТ можно получить представления о распределении регионального мозгового кровотока. Благодаря этому КТ может быть использована для изучения обмена веществ и кровоснабжения мозга. В ходе жизнедеятельности нейроны потребляют различные химические вещества, которые можно пометить радиоактивными изотопами (например, глюкозу). При активизации нервных клеток кровоснабжение соответствующего участка мозга возрастает, в результате в нем скапливаются меченые вещества, и возрастает радиоактивность. Измеряя уровень радиоактивности различных участков мозга, можно сделать выводы об изменениях активности мозга при разных видах психической деятельности. Последние исследования показали, что определение максимально активизированных участков мозга может осуществляться с точностью до 1 мм. Ядерно-магнитно-резонансная томография мозга.Компьютерная томография стала родоночальницей ряда других еще более совершенных методов исследования: томографии с использованием эффекта ядерного магнитного резонанса (ЯМР-томография), позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ), функционального магнитного резонанса (ФМР). Эти методы относятся к наиболее перспективным способам неинвазивного совмещенного изучения структуры, метаболизма и кровотока мозга. При ЯМР-томографии получение изображения основано на определении в мозговом веществе распределения плотности ядер водорода (протонов) и на регистрации некоторых их характеристик при помощи мощных электромагнитов, расположенных вокруг тела человека. Полученные посредством ЯМР-томографии изображения дают информацию об изучаемых структурах головного мозга не только анатомического, но и физико-химического характера. Помимо этого преимущество ядерно-магнитного резонанса заключается в отсутствии ионизирующего излучения; в возможности многоплоскостного исследования, осуществляемого исключительно электронными средствами; в большей разрешающей способности. Другими словами, с помощью этого метода можно получить четкие изображения «срезов» мозга в различных плоскостях. ПЭТ – сканеры (Позитронно-эмиссионная трансаксиальная томография) сочетает возможности КТ и радиоизотопной диагностики. В ней используются ультракороткоживущие позитрониз-лучающие изотопы («красители»), входящие в состав естественных метаболитов мозга, которые вводятся в организм человека через дыхательные пути или внутривенно. Активным участкам мозга нужен больший приток крови, поэтому в рабочих зонах мозга скапливается больше радиоактивного «красителя». Излучения этого «красителя» преобразуют в изображения на дисплее. С помощью ПЭТ измеряют региональный мозговой кровоток и метаболизм глюкозы или кислорода в отдельных участках головного мозга. ПЭТ позволяет осуществлять прижизненное картирование на «срезах» мозга регионального обмена веществ и кровотока. В настоящее время разрабатываются новые технологии для изучения и измерения происходящих в мозге процессов, основанные, в частности, на сочетании метода ЯМР с измерением мозгового метаболизма при помощи позитронной эмиссии. Эти технологии получили название метода функционального магнитного резонанса (ФМР). Нейронная активность Нейрон – нервная клетка, через которую передается информация в организме, представляет собой морфофункциональную единицу ЦНС человека и животных. При достижении порогового уровня возбуждения, поступающего в нейрон из разных источников, он генерирует разряд, называемый потенциалом действия. Как правило, нейрон должен получить много приходящих импульсов прежде, чем в нем возникнет ответный разряд. Все контакты нейрона (синапсы) делятся на два класса: возбудительные и тормозные. Активность первых увеличивает возможность разряда нейрона, активность вторых снижает. По образному сравнению ответ нейрона на активность всех его синапсов представляет собой результат своеобразного «химического голосования». Частота ответов нейрона зависит от того, как часто и с какой интенсивностью возбуждаются его синаптические контакты, но здесь есть свои ограничения. Генерация импульсов (спайков) делает нейрон недееспособным примерно на 0,001 сек. Этот период называется рефрактерным, он нужен для восстановления ресурсов клетки. Период рефрактерности ограничивает частоту разрядов нейронов. Частота разрядов нейронов колеблется в широких пределах, по некоторым данным от 300 до 800 импульсов в секунду. Регистрация ответов нейронов.Активность одиночного нейрона регистрируется с помощью так называемых микроэлектродов, кончик которых имеет от 0,1 до 1 микрона в диаметре. Специальные устройства позволяют вводить такие электроды в разные отделы головного мозга, в таком положении электроды можно зафиксировать и, будучи соединены с комплексом усилитель – осциллограф, они позволяют наблюдать электрические разряды нейрона (рис. 2,6).
С помощью микроэлектродов регистрируют активность отдельных нейронов, небольших ансамблей (групп) нейронов и множественных популяций (т.е. сравнительно больших групп нейронов). Количественная обработка записей импульсной активности нейронов представляет собой довольно сложную задачу особенно в тех случаях, когда нейрон генерирует множество разрядов и нужно выявить изменения этой динамики в зависимости от каких-либо факторов. С помощью ЭВМ и специального программного обеспечения оцениваются такие параметры как частота импульсации. частота ритмических пачек или группирования импульсов, длительность межстимульных интервалов и др. Анализ функциональных характеристик активности нейронов в сопоставлении с поведенческими реакциями проводится на достаточно длительных отрезках времени от 25 – 30 с и выше. Активность нейронов регистрируют у животных в эксперименте, у человека в клинических условиях. Ценными объектами исследования функциональных свойств нейронов служат крупные и относительно доступные нейроны некоторых беспозвоночных. Многочисленные факты, касающиеся нейрональной организации поведения, были получены при изучении импульсной активности нейронов в экспериментах на кроликах, кошках и обезьянах. Исследования активности нейронов головного мозга человека осуществляются в клинических условиях, когда пациентам с лечебными целями вводят в мозг специальные микроэлектроды. В ходе лечения для полноты клинической картины больные проходят психологическое тестирование, в процессе которого регистрируется активность нейронов. Исследование биоэлектрических процессов в клетках, сохраняющих все свои связи в мозге, позволяет сопоставлять особенности их активности с результатами психологических проб, с одной стороны, а также с интегративными физиологическими показателями (ЭЭГ, ВП, ЭМГ и др.). Последнее особенно важно, потому что одной из задач изучения работы мозга является нахождение такого метода, который позволил бы гармонически сочетать тончайший анализ в изучении деталей его работы с исследованием интегральных функций. Знание законов функционирования отдельных нейронов, конечно, совершенно необходимо, но это только одна сторона в изучении функционирования мозга, не вскрывающая, однако, законов работы мозга как целостной функциональной системы. |
megapredmet.ru
