Бойко Є.О.

Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара, Україна

Методика дослідження біопотенціалів головного мозку

Електроенцефалографія (ЕЕГ)  — метод графічної реєстрації біопотенціалів головного мозку, що дозволяє проаналізувати його фізіологічні зрілість і стан, наявність осередкових уражень, загально мозкових розладів і їхній характер.

Полягає в реєстрації й аналізі сумарної біоелектричної активності головного мозку - електроенцефалограми (ЕЕГ). ЕЕГ може зніматися як зі скальпу, так і з глибоких структур мозку.

Розробка технології реєстрації електроенцефалографічних (ЕЕГ) сигналів почалася досить давно, проте нової актуальності вона набула сьогодні, бо їй знайшли й інше застосування, наприклад у нейрон комп’ютерному інтерфейсі.

Рис. 1.1 Графік ЕЕГ

Хвиля ЕЕГ (рис. 1.1) була зафіксована на ModularEEG v0.06, із саморобних сольових електродів, розміщених у точках С3 і Р3 - на голові, які визначені для розміщення електрода.

ЕЕГ вимірюється між двома точками. Існують два основних методи її реєстрації: біполярний і монополярний. При біполярному методі реєструється різниця потенціалів між двома активними електродами (обидва електроди розташовуються в електрично активних точках скальпа). При монополярному — реєструється різниця потенціалів між різними точками на поверхні голови відносно якої-небудь індиферентної точки. Міжнародною федерацією товариств електроенцефалографії була прийнята система «10-20», що дозволяє точно вказувати розташування електродів.

Хоча остаточно питання про походження ЕЕГ не вирішено, вважається, що електричні процеси, які реєструються енцефалографом (який звичайно може мати від 8 до 16 каналів), пов'язані із синаптичною активністю нейронів. В ЕЕГ відображаються тільки низькочастотні електричні процеси тривалістю від 10 мс до 10 хв.

У залежності від частоти показників, що реєструються у ЕЕГ, виділяють такі основні ритми мозку: дельта-ритм; тета-ритм; альфа-ритм - основний ритм ЕЕГ, переважає в стані спокою; бета-ритм; гамма-ритм.

Табл. 1.1. Основні ритми мозку

Діапазон	Частота	Фізіологічні властивості
Дельта	До 4Гц	Коливання амплітудою 20-30 мкВ можуть зустрічатися у ЕЕГ здорової притомної людини; наявність коливань більш високої амплітуди (40-300мкВ) у ЕЕГ притомної людини є патологічною ознакою (мозкові пухлини); дельта-коливання стають вираженими під час певних фаз природного сну, наркотичного сну або у стані коми
Тета	4-7Гц	Коливання амплітудою до 40 мкВ можуть зустрічатися у ЕЕГ здорової притомної людини, зростання їх частки є ознакою емоційної активації та інших типів мозкової активності; наявність тета-коливань у більших кількостях пов'язана із патологічними станами або ж зміненими станами свідомості (сон, медитація та ін.)
Альфа	8-13Гц	Синусоїдальні коливання амплітудою до 100 мкВ, амплітуда яких зростає у лобно-потиличному напрямку, є найбільш вираженим у ЕЕГ здорової притомної людини із закритими очима, у формі вираженого ритму реєструється у 80-90% людей, пригнічується при відкриванні очей, переході до активної діяльності, аналізу інформації
Діапазон	Частота	Фізіологічні властивості
Бета	13-40Гц	Коливання амплітудою 5-30 мкВ, наявність яких у ЕЕГ пов'язана із активним функціональним станом мозку, зростання рівня активації головного мозку здебільшого супроводжується зменшенням частки альфа-коливань і зростанням частки бета-коливань; наявність вираженого бета-ритму з амплітудою вище 40 мкВ є патологічною ознакою
Гама	Віще 30-40Гц	Коливання амплітудою до 10 мкВ, вважається ознакою когнітивних процесів і свідомості; наявність коливань цього діапазону амплітудою вище 15 мкВ є патологічною ознакою

Рис. 1.2. ЕЕГ основних ритмів активності головного мозку

Перехід від стану спокою до активності завжди супроводжується реакцією десинхронізації, головним компонентом якої служить високочастотна бета-активність. Розумова діяльність у дорослих супроводжується підвищенням потужності бета-ритму. Причому значуще посилення високочастотної активності спостерігається при розумовій діяльності, що містить елементи новизни, у той час як стереотипні, повторювані розумові операції супроводжуються її зниженням. Встановлено також, що успішність виконання вербальних завдань і тестів на зорово-просторові відносини виявляється позитивно пов'язаною з високою активністю бета-діапазону ЕЕГ лівої півкулі

Друга важлива характеристика електричних потенціалів мозку — амплітуда коливань, яка пов'язана з їхньою частотою. Так, в однієї тієї самої особи амплітуда високочастотних бета-хвиль може бути нижчою за амплітуду більш повільних альфа-хвиль майже в 10 разів.

При встановленні нашкірних електродів, призначених для моніторингу ЕЕГ у клініці, дотримуються системою 10-20 відведень, рекомендованою Міжнародним суспільством по вивченню ЕЕГ. При цій системі, електроди розміщують за спеціальними анатомічними позначками. Для запису ЕЕГ застосовують диференціальний підсилювач (має два входи та окремий заземлений електрод). З його допомоги регіструють різність потенціалів (1) між будь-якою парою електродів (біполярне відведення). (2) між одним моно полярним електродом та віддаленим референтним електродом (зазвичай його чіпляють до мочки вуха або обох відразу) та (3) між одним моно полярним електродом і середнім потенціалом усіх електродів, котрий є віртуальним «середнім референтним електродом».

Рис 1.3. Базове розміщення 10-20 електродів для реєстрації ЕЕГ

В останньому випадку цей середній референтний електрод створює шляхом з’єднання усіх активних електродів, розташованих на голові в задніх точках, в одну спільну точку через рівні та високі опори. Така електронна схема реалізує у цій спільній точці математичне усереднення потенціалів усіх головних електродів.

При біполярному відведенні реєструють різність потенціалів між двома сусідніми електродами. Перевага такого відведення у тому, що при цьому знищується зовнішні перешкоди, котрі рівним образом поступають на обидва електроди (перешкодою у цьому випадку може бути як мережива наводка, так і відносно віддалене коркове джерело). У результаті вдається отримати чітку локалізацію відповіді. Реєстрація ЕЕГ відтворюється за допомогою диференціальних підсилювачів з високим коефіцієнтом підсилення та емністим зв’язком за входом. Вихідний сигнал зазвичай відтворюється на чорнило-пишу щем смуговому самописці, причому сигнал ЕЕГ записують у полоці частот від 0.5 до 80 Гц. Останнім часом замість застарілих самописців застосовують комп’ютерні прилади, які дозволяють отримати той самий сигнал на моніторі комп’ютера, який потім можна обробляти та досліджувати більш детальніше ніж на папері.