Электромагнитное исследование мозга с помощью ЭЭГ и МЭГ

Электроэнцефалография (ЭЭГ) и магнитоэнцефалография (МЭГ) – методы электромагнитного исследования мозга. Они регистрируют сигналы, возникающие при электрической активности нейронов. Нейрональные импульсы создают диполярную электрическую циркуляцию в мозге. Диполь – это источник электричества с двумя полюсами, отрицательным и положительным. Внутри нейрона электрический ток идет от дендритов к телу клетки (это называется постсинаптическим потенциалом) и дальше, от тела, вдоль аксона (это называется потенциалом действия). Такие внутриклеточные потоки невозможно обнаружить за пределами мозга, но, к счастью, извне в клетку идет обратный, или объемный, ток, который завершает электрическую цепь. Обратный ток течет вне нейронов, назад, к противоположному электрическому полюсу. Обратные токи свободно текут в мозге и непредсказуемо распространяются по его тканям, потому что идут по нерегулярным путям, определяемым наименьшим электрическим сопротивлением внутри мозга .

Иногда обратные токи достигают черепа и проходят сквозь него в скальп.

Присоединив к скальпу электроды ЭЭГ, можно обнаружить эти слабые электрические токи в виде волн электрической активности мозга. Изменения в электрическом потенциале волн можно очень точно измерить во временном отношении, до миллисекунд (временно е разрешение ЭЭГ – одна тысячная секунды). К сожалению, чрезвычайно сложно точно определить, в какой области мозга находятся нейроны, активность которых создала зарегистрированные волны, ведь прежде чем дойти до электродов на скальпе, токи, как правило, проходят в мозге длинный и непредсказуемый путь, и в этом путешествии токи, исходящие из множества разных источников и областей, взаимодействуют, сливаются друг с другом, ослабляют друг друга или настолько сплетаются, что источник сигнала расшифровать уже не удается.

Точное предположение можно сделать только с помощью исходной модели локализации , вычислив наиболее вероятные области возникновения источников, которые создали зафиксированный паттерн ЭЭГ на скальпе. С точки зрения нейроанатомической локализации пространственное разрешение ЭЭГ измеряется в квадратных сантиметрах, а не в миллиметрах, – у ЭЭГ очень низкое пространственное разрешение по сравнению с фМРТ или ПЭТ.

В отличие от ЭЭГ МЭГ измеряет магнитные поля , создаваемые электрической активностью нейронов. Нейромагнитное поле генерируется той же самой электрической активностью, что и нейроэлектрическое поле, определяемое с помощью ЭЭГ, но нейромагнитное поле ведет себя совершенно иначе. С одной стороны, измерить его легче, а с другой – труднее, чем ЭЭГ. Легче, потому что нейромагнитное поле распространяется непосредственно из источника своего возникновения, оно не подавляется, не искажается мозгом или черепом. Соответственно точное место его происхождения можно обнаружить намного легче, чем при ЭЭГ. Но при этом нейромагнитные сигналы вначале настолько слабы, что лишь некоторые из них выходят за пределы мозга.

Таким образом, все обнаруженные сигналы МЭГ отражают активность только тех областей коры головного мозга, которые расположены близко к поверхности мозга и черепа. Кроме того, нейромагнитное поле направлено только в одну сторону, перпендикулярно к электрически активным нейронам. Только тем нейронам, которые ориентированы так, что их нейромагнитное поле направлено в сторону черепа, удается создать магнитное поле, которое можно измерить на поверхности черепа. Остальные нейромагнитные поля датчики МЭГ обнаружить не могут. Следовательно, метод МЭГ «слеп» к тем видам нейрональной активности, которые может регистрировать ЭЭГ. Но для кортикальных сигналов, которые МЭГ может регистрировать, его временное разрешение не меньше, чем при ЭЭГ (миллисекунды), а пространственное разрешение – несколько миллиметров.

Эксперимент НКС, проведенный с помощью ЭЭГ или МЭГ, может выявить, сколько времени нужно, чтобы сенсорно‑перцептивная информация о стимуле достигла сознания. Эти методы позволяют точно отслеживать изменения, происходящие со временем: точность измерения составляет до тысячи непрерывных точек данных в секунду! Таким образом, можно увидеть, что в какой‑то момент, при условии, когда информация входит в сознание и возникает то или иное переживание, электромагнитная реакция в мозге начинает отличаться от той, которая была зафиксирована в контрольном условии, когда информация не достигала сознания.

Это – критический момент времени, когда возникает нейрональная активность НКС; вся активность, имевшая место до этого момента, отражает обработку информации вне сознания. Кроме того, поскольку сигналы, которые регистрируют ЭЭГ и МЭГ, очень сложны и включают много различных частот электромагнитной энергии, можно выяснить, какой тип электромагнитной энергии связан с нейропсихологической активностью НКС. Точки на скальпе, где регистрируются реакции, также примерно отражают локализацию областей мозга, где, вероятно, возникла активность, но локализация реакции с точки зрения анатомии мозга весьма сложна, особенно для ЭЭГ.

Выводы

Кратко суммируем типичный эксперимент НКС: во время эксперимента испытуемый несколько раз оказывается под воздействием двух разных условий: наличие сознания (он переживает определенное состояние или содержание) и отсутствие сознания (испытуемый не переживает этого состояния или содержания). Во всем остальном условия эксперимента остаются идентичными. Активность мозга испытуемого одновременно измеряется с помощью фМРТ, ПЭТ, ЭЭГ или МЭГ. Методы функциональной томографии мозга ПЭТ и фМРТ отражают картину того, что происходит с метаболизмом или кровотоком мозга, и позволяют точно определить место этих изменений с точки зрения анатомии мозга, но не с точки зрения времени.

Методы электромагнитного исследования мозга ЭЭГ и МЭГ отражают нейрональные, биоэлектрические сигналы мозга и могут точно определить начало изменений в этих сигналах во времени, но не могут точно определить локализацию их возникновения с точки зрения анатомии мозга. Все эти методы позволяют обнаружить НКС. Эксперимент НКС всегда должен быть направлен на выявление какого‑то определенного состояния или содержания сознания, давать информацию только об одном, совершенно определенном аспекте сознания. В следующих двух главах мы кратко опишем некоторые типичные эксперименты и их результаты, не вдаваясь (в довольно сложные) подробности.

Вопросы для обсуждения

1. Действует ли принцип дополненности в отношениях между сознанием и мозгом? Приведите примеры:

+ человеческого мозга без всякого сознания;

+ активности человеческого мозга без какого‑либо соответствующего осознаваемого переживания.

Следующее, напротив, продемонстрировать невозможно. Вы согласны?

+ (человеческое) сознание (или любой тип сознания) без мозга;

+ событие в сознании (субъективное переживание в субъективной психологической реальности) без каких‑либо соответствующих нейрональных событий в мозге.

2. Придумайте эксперимент для изучения нейрональных коррелятов сознания:

+ Какими будут контрольные условия?

+ Какими будут экспериментальные условия?

+ Какие методы томографии мозга вы будете использовать и что они покажут в результате эксперимента?

Глава 8