Вы здесь

Электрическая активность головного мозга, электроэнцефалография

До 1913 г. изучение электрических явлений в коре больших полушарий проводилось с помощью мало подвижных регистрирующих приборов типа тангенс-буссоли. В 1913 г. В. В. Правдич-Неминекий впервые применил для этой цели струнный гальванометр и получил запись электроэнцефалограммы, близкую по характеру к современной. Правдич-Неминекий, проводивший свои исследования в период с 1913 по 1925 г., впервые отметил, что электрическая активность коры складывается из непрерывных ритмических колебаний, которые он обозначил римскими цифрами (I, II). Записанную кривую Правдич-Неминекий назвал электроцереброграммой.

Современные методы регистрации коры больших полушарий и современная терминология берут свое начало от работ Бергера. Полученную кривую колебаний электрических потенциалов мозга Бергер назвал электроэнцефалограммой (ЭЭГ), а основные ритмы ЭЭГ назвал альфа- и бета-ритмамн. Исследования Бергера были проведены в 30-х годах нашего столетия и явились мощным толчком для развития этого важнейшего раздела электрофизиологии в различных странах мира.

Методика электроэнцефалографии. В настоящее время электроэнцефалография широко применяется в экспериментальной практике на самых различных представителях животного мира, причем регистрируется не только электрическая активность коры больших полушарий, но и активность глубинных структур мозга. Не менее широкое применение ЭЭГ находит в клинической практике. Часто наряду с широким термином «электроэнцефалограмма» применяются термины, отражающие область мозга, с которой снимаются потенциалы. Так, говорят об электрокортикограмме, электроцеребеллограмме, электроталамограмме и т. п. В зависимости от условий регистрации электрической активности мозга применяются либо методы отведения потенциалов в остром опыте (на животных) или при вскрытом черепе у человека (во время хирургических операций на мозге), либо в хроническом, без вскрытия черепа.



Во всех случаях для регистрации ЭЭГ применяются специально сконструированные и отвечающие всем основным требованиям исследований приборы, которые получили название электроэнцефалографов. Чаще всего это чернильно-пишущие осциллографы, включающие блоки усилителей, коммутаторы отведений, отметчики времени и моментов раздражения, калибраторы напряжения и другие необходимые элементы. В связи с тем, что электрические потенциалы мозга имеют невысокую амплитуду (микровольты), электроэнцефалографы характеризуются очень высоким коэффициентом усиления и высокой помехоустойчивостью (высоким коэффициентом дискриминации). Конечно, для регистрации ЭЭГ могут быть применены и другие приборы, в частности электронные и шлейфные осциллографы с хорошими высокочувствительными усилителями, однако сейчас в клинике стремятся регистрировать ЭЭГ одновременно от многих точек коры, и поэтому наиболее удобными для этих целей являются чернильно-пишущие многоканальные электроэнцефалографы.

Среди отечественных приборов наибольшим успехом пользуется 16-канальный электроэнцефалограф производства Ленинградского конструкторского бюро «Био-физприбор». Большое распространение получил также 4-канальный электроэнцефалограф производства ВНИИМИ.

Широко известны электроэнцефалографы японских фирм, а также французской фирмы «Альварэлектроникс». Используются обычно 4-, 8-, 15- и 20-канальные электроэнцефалографы.

Принцип устройства всех электроэнцефалографов один и тот же, однако они существенно отличаются друг от друга надежностью в работе, а также числом каналов.

В клинических условиях ЭЭГ записывается с поверхности головы. Установлено, что форма волн ЭЭГ при этом не отличается от формы волн, записываемых непосредственно с поверхности коры, однако амплитуда колебаний потенциалов при этом значительно снижается и поэтому приходится применять более высокое усилие.

Отводящие электроды могут иметь самое разнообразное устройство, по-разному они и укрепляются на голове. Чаще всего для крепления на голове применяются специальные резиновые шлемы (либо сплошные, либо составленные из полосок или жгутов резины). Обычно они устраиваются так, чтобы экспериментатор имел возможность установить отводящие электроды в любой области головы.

Сами электроды представляют собой чаще всего металлические (иногда графитовые) диски диаметром около 1 см, под которые подкладываются кусочки ваты, смоченной солевым раствором или специальной токопроводящей пастой. Расположение электродов может быть различным, но при любом числе каналов их стремятся установить на голове как можно больше, чтобы получить подробную информацию о характере электрической активности самых различных областей мозга (рис. 109). Обычно ставится цель получить отведения от любой области коры больших полушарий (передняя лобная и задняя лобная, центральная, теменная, затылочная, височная).

Расположение электродов при регистрации ЭЭГ

Отведения могут быть биполярными и униполярными (монополярными). В первом случае (рис. 110, Б) каждым каналом регистрируется разность потенциалов между двумя точками коры больших полушарий; во втором случае (рис. 110, А) между активным (корковым) электродом и так называемым индифферентным. Предполагается, что при этом регистрируется потенциал соответствующей точки мозга. В действительности же индифферентной точки не существует и выбирается область, лишь относительно электрически мало активная. У человека в качестве такой точки чаще всего используется мочка уха (электрод применяется в виде клипсы).

Схема отведений ЭЭГ

Каждый способ отведения имеет свои преимущества и недостатки, поэтому их применяют в комбинациях или используют другие (дополнительные) методы отведения, например биполярное — цепочкой, или создают так называемую искусственную индифферентную точку, когда в качестве одного из электродов («усредненного») применяется электрод, образованный соединением всех электродов в один через промежуточное сопротивление (порядка 250 кОм). Однако и этот метод отведения имеет свои отрицательные стороны. Для регистрации потенциалов с основания мозга применяют специальный назофаригеальный электрод, который вводится через носовую хоану и размещается под основанием мозга (рис. 111). Существует и ряд специальных типов электродов, употребляемых реже.

Назофарингеальный электрод

При регистрации ЭЭГ человека обычно помещают в экранированную камеру в полулежачем положении либо, еще лучше, в положении лежа, но с такой подкладкой под головой, которая была бы удобной для пациента и вместе с тем не мешала бы регистрации потенциалов. В камере должны быть неяркое освещение, хорошая вентиляция, тишина. Желательно, чтобы в камере не было никаких лишних приборов.

Биоэлектрическая активность спинного мозга

Снятие ЭЭГ у человека во время хирургических операций в настоящее время чаще всего производится с помощью смонтированных на резиновой пластинке графитовых электродов Ю. В. Дубикайтиса и В. В. Усова (рис. 112). Внутри пластинки проходят тонкие отводящие провода, которые затем (по выходе) соединяются в общий шланг. Такую резиновую пластинку накладывают на поверхность мозга, и при желании ее можно протолкнуть под костью на участки мозга, не обнаженные при трепанации.



Графитовые прилипающие электроды системы Дубикайтиса - Усова

ЭЭГ у животных в острых опытах снимается обычно с поверхности коры при помощи электродов различной конструкции. При монополярной регистрации индифферентным электродом обычно служит винт, укрепляемый в лобной кости (иногда вместо винта в кость ввинчивается стойка, на которой крепятся активные электроды). Активные электроды (корковые) чаще всего делаются пуговчатыми или в виде кисточки, но во всех случаях они имеют пружинку (рис. 113), с помощью которой плотно, но не сильно, прижимаются к поверхности мозга. Каждый такой электрод помещается в специальном держателе. Конструкции держателей бывают самыми разнообразными.

Шесть вариантов корковых электродов для отведения потенциалов в остром опыте

Глубинные (погружные) электроды изготовляются из проволоки нержавеющей стали или других неокисляющихся металлов (нихром, константан и т. п.) толщиной 0,1—0,3 мм и тщательно изолируют полиуретановым лаком УЛ-1 или другими лаками. Лучшей изоляцией (хотя и хрупкой) является стекло (в стеклянные капиллярные трубочки протягивают электрод, а затем конец стеклянной трубки нагревают с тем, чтобы проволока спаялась со стеклом). Погружные электроды также укрепляют в отдельном держателе (одиночно или в виде блока) и погружают на определенную глубину в толщу мозга. К противоположному концу электрода подпаивается обычный отводящий провод (лучше многожильный). В хронических опытах на животных широкое распространение получил в настоящее время метод вживленных электродов. В нашей стране впервые метод вживленных электродов был разработан в 1936 г. А. Б. Коганом в лаборатории Н. А. Рожанекого.

В настоящее время существует бесчисленное множество модификаций вживленных электродов. Большую эволюцию этот метод прошел и в лаборатории А. Б. Когана.

При вживлении электродов в мозг крупных лабораторных животных (собак, кошек) А. Б. Коган прибегал к размещению на черепе специальных пробок из изолятора, в которые были вмонтированы электроды. Электроды эти выводились на поверхность головы с помощью специальных изолированных многожильных проводов. В настоящее время в одной области черепа (обычно в лобной) устанавливается специальный полуразъем, к которому подводятся и подпаиваются провода от всех вживленных электродов (поверхностных и погружных). На поверхности головы размещается лишь такой общий блок либо со штырьками, либо, наоборот, с гнездами для штырьков ответного полуразъема, связанного с общим отводящим шлангом. Такой способ позволяет одновременно осуществить вживление многих электродов и делает очень надежным их длительное нормальное функционирование (рис. 114).

Одна из модификаций методики вживленных электродов

Для более точного размещения глубинных электродов в интересуемых исследователя областях мозга в настоящее время широкое применение находит так называемая стереотаксическая техника. Первый стереотаксический прибор был изобретен русским анатомом Д. Н. Зерновым в 1889 г. и назывался энцефалометром. Прообразом всех современных стереотаксических приборов стал прибор Хорслея и Кларка, предложенный в 1906 г. Несмотря на то что первые приборы были сконструированы давно, широкое применение в эксперименте и клинике они нашли только в последние 25—30 лет.

Принцип стереотаксической техники состоит в расчете координат расположения различных структур мозга человека или животных по отношению определенных точек, избранных на черепе. Чаще всего используется прямоугольная система координат (рис. 115). С этой целью за основную горизонтальную принимают плоскость, проходящую через наружные слуховые отверстия и нижний край орбиты глаза Х1. Однако для отсчета координат чаще используют плоскость, расположенную на 10 мм выше основной, (х0) и называют ее горизонтальной нулевой плоскостью. За сагиттальную плоскость принимают плоскость, проходящую перпендикулярно горизонтальной по сагиттальному (стреловидному шву). Наконец, третьей плоскостью (г) считают плоскость, проходящую через наружные слуховые отверстия перпендикулярно к двум другим. Иногда за фронтальную принимают плоскость, проходящую через точку брегмы перпендикулярно к основной горизонтальной плоскости.

Основная и нулевые координатные оси стереотаксического прибора



Конструкция стереотаксического прибора позволяет перемещать электрододержатель в этих трех взаимно перпендикулярных плоскостях, причем деления, имеющиеся на соответствующих шкалах, в каждом отдельном случае дают возможность точно определить координаты искомой точки. Чтобы пользоваться стереотаксическим прибором, необходимо иметь атлас мозга соответствующего животного, в котором представлены фронтальные срезы мозга с нанесенными координатами. Эти срезы делаются обычно через каждый миллиметр и обозначаются буквами АР с цифрами, имеющими отрицательное или положительное значение в зависимости от положения среза по отношению к плоскости z (впереди или позади нее). По горизонтали в атласе отложены шкалы для сагиттальной плоскости (т. е. влево или вправо от плоскости у) и для вертикальной плоскости (по отношению к нулевой плоскости х0).

Электрофизиология нейрона

Допустим, нужно ввести электрод в переднюю комиссуру мозга (СА, рис. 116; расшифровка других обозначений дана в атласе). Для этого в атласе находят срез мозга, на котором представлена данная структура, и проводят перпендикуляры на координатные оси. Из рисунка ясно, что электрод должен быть отодвинут назад от плоскости z на 1 мм (АР — 1), от сагиттальной плоскости влево или вправо на 4 мм и, наконец, он должен быть погружен глубже нулевой горизонтальной плоскости на 2 мм. В настоящее время разработаны хорошие атласы для всех основных экспериментальных животных. Так, для кроликов чаще всего применяется атлас Сойера, Эверетта и Грина, для кошки — атлас Фифковой и Маршала или Джаспера и Аймон-Марсана, для собак — О. С. Адрианова и Т. А. Меринг или Лима, Лиу и Моффита, для крыс — атласы Грота или Крига и т. п.

Определение координат передней комиссуры мозга при работе со стереотаксическим атласом

Разработаны и применяются как при хирургических операциях, так и временном вживлении электродов соответствующие атласы мозга человека.

В любом стереотаксическом приборе имеется специальный головодержатель, обеспечивающий прочную фиксацию головы животного в соответствии со стереотаксическими координатами, и электродержатель, перемещающийся в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.

Стереотаксическая техника при умелом ее использовании позволяет добиться точного размещения кончиков электродов в нужной точке мозга. Однако такая точность легче достигается у кроликов и кошек, имеющих одинаковую форму и примерно одинаковые размеры черепа. Труднее работать с собаками, у которых размеры и форма черепа чрезвычайно варьируют.