Электроэнцефалография (ЭЭГ)

Модуль I. Методология психофизиологии.

Лекция 2. Тема: Методы исследования в психофизиологии.

План лекции:

1. Электрофизиологические методы исследования головного мозга.
2. Томографические методы исследования головного мозга.
3. Методики разрушения и раздражения мозга. Микроэлектродная техника.
4. Методы изучения вегетативных функций.
5. Полиграфия, «детектор лжи».

Электрофизиологические методы исследования головного мозга.

Методы психофизиологических исследований – это комплекс методов, используемых для изучения физиологического обеспечения психических процессов. К ним относятся методы изучения работы головного мозга и методы изучения вегетативных процессов. В психофизиологии основными методами регистрации физиологических процессов являются электрофизиологические методы. Электрические потенциалы, возникающие в живых тканях, отражают физико-химические следствия обмена веществ, сопровождающие все основные жизненные процессы, и поэтому являются надежными, универсальными и точными показателями течения любых физиологических процессов. Надежность электрических показателей особенно демонстративна, т.к. часто оказывается единственным средством обнаружения деятельности. Единообразие потенциалов действия в нервной клетке, нервном волокне, мышечной клетке и человека, и животных говорит об универсальности этих показателей. Точность электрических показателей, т. е. их временное и динамическое соответствие физиологическим процессам, основана на быстрых физико-химических механизмах генерации потенциалов, являющихся неотъемлемым компонентом физиологических процессов в нервной или мышечной структуре.

Широко используются такие электрофизиологические методы исследования работы головного мозга как электроэнцефалография (ЭЭГ), метод вызванных потенциалов (ВП), а также томографические методы исследования - магнитоэнцефалография (МЭГ), позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ). Важно, что большая часть показателей регистрируется, никак не вмешиваясь в изучаемые процессы и не травмируя объект. Неоспоримы технические удобства регистрации - нужны специальные электроды, универсальный усилитель биопотенциалов, смонтированный с компъютером, имеющим программное обеспечение.

Электроэнцефалография (ЭЭГ)

Электроэнцефалография — метод регистрации и анализа суммарной биоэлектрической активности головного мозга, отводимой как со скальпа, так и из глубоких структур мозга. В 1929 г. австрийский психиатр Х. Бергер обнаружил, что с поверхности черепа можно регистрировать "мозговые волны". Он установил, что электрические характеристики этих сигналов зависят от состояния испытуемого. Это открытие привело к созданию электроэнцефалографического метода изучения мозга, состоящего в регистрации, анализе и интерпретации биотоков мозга животных и человека. Одна из самых поразительных особенностей ЭЭГ — ее спонтанный, автономный характер. Регулярная электрическая активность мозга может быть зафиксирована уже у плода (т.е. до рождения организма) и прекращается только с наступлением смерти. Даже при коме и наркозе наблюдается особая характерная картина мозговых волн. Сегодня ЭЭГ является наиболее перспективным, но пока еще наименее расшифрованным источником данных для психофизиолога.

ЭЭГ регистрируют с помощью наложенных на кожную поверхность головы (скальп) отводящих электродов, скоммутированных в единую цепь со специальной усилительной техникой. Увеличенные по амплитуде сигналы с выхода усилителей можно записать на магнитную ленту или в память компьютера для последующей статистической обработки. Существует два способа регистрации ЭЭГ – биполярный и монополярный. При биполярном отведении регистрируется разность потенциалов между двумя активными электродами. При этом, этот метод не позволяет определить, какие колебания возникают под каждым из двух электродов и каковы их амплитудные характеристики. Поэтому в психофизиологии общепринятым считается метод монополярного отведения. При монополярном методе отведения регистрируется разность потенциалов между различными точками на поверхности головы по отношению к какой-либо индифферентной точке. В качестве индифферентной точки берут такой участок на голове или на лице, на котором электрические процессы минимальны и их можно принять за нуль: обычно это – мочка уха или сосцевидный отросток. В этом случае с электрода, наложенного на скальп, регистрируются изменения потенциала с определенного участка мозга.

В настоящее время существует стандартная схема наложения электродов называемая «10-20». Согласно данной схеме у испытуемого измеряются 3 размера черепа: продольный (от места перехода лобной части в переносицу (назион) до затылочного бугра), поперечный (между слуховыми отверстиями через макушку) и окружность головы по этим же точкам. Измеренные расстояния разделяют на интервалы, причем длина каждого интервала, начинающегося от точки измерения, составляет 10 %, а остальные интервалы составляют 20 % от соответствующего размера черепа. Получается сетка, на ее пересечениях накладывают электроды. Электроды, расположенные по средней линии, отмечаются индексом Z; отведения на левой половине головы имеют нечетные индексы, на правой — четные. Отведения в системе «10-20»: фронтальные (F1, F2, F3, F4, Fz); лобные полюса (Fp1, Fp2); центральные (C1, C2, С3, C4, Cz); париетальные (P1, P2, P3, P4, Pz); темпоральные (T1, T2, T3, T4, Т5, Т6); окципитальные (О1, О2, Oz).

На ЭЭГ регистрируются 4 основных ритма альфа-, бета-, дельта- и тета-ритмы, отличающиеся друг от друга частотой и амплитудой.

Альфа- ритм - наиболее часто встречающийся - состоит из волн правильной синусоидальной формы с частотой от 8 до 12 Гц и амплитудой 50 – 100 мкВ. Наблюдается в состоянии спокойного бодрствования, медитации и монотонной деятельности. Вначале появляется в затылочных областях и периодически распространяется на другие области. Он исчезает при атрофии зрительного нерва и отсутствует у слепых.

Бета- ритм – колебания в диапазоне от 14 до 30 Гц с амплитудой 5 – 30мкВ. Наиболее выражен в лобных долях, при различных видах деятельности резко усиливается и распространяется на другие области мозга.

Гамма-ритм – колебания потенциалов в диапазоне выше 30 Гц, амплитуда не превышает 15 мкВ, наблюдается при решении задач, требующих максимального сосредоточения и внимания.

Тета – ритм – частота 4-8 Гц, амплитуды – 20- 100 мкВ, наиболее выражен в гиппокампе, связан с поисковым поведением, усилен при эмоциональном напряжении. По П.В. Симонову, тета-ритм связан с квантованием извлекаемых из памяти энграмм.

Дельта- ритм – высоковольтные амплитуды (сотни мкВ) при частоте 1- 4 Гц. Возникает при естественном и наркотическом сне и при регистрации участков коры, граничащих с опухолью.

Описанные ритмы довольно редко встречаются в чистом виде в реальном психофизиологическом эксперименте. Когда испытуемый вовлечен в определенный вид деятельности, его ЭЭГ представляет постоянно меняющуюся по амплитуде и частоте кривую. Можно выделить два направления в анализе ЭЭГ:

1) сопоставление ритмов ЭЭГ или ее частотного спектра с текущей деятельностью, выявление особенностей того или иного ритма ЭЭГ и их сопоставление с индивидуальной способностью выполнять определенный психологический тест;

2) описание на основе прямого сопоставления тех или иных компонентов ЭЭГ с реально развивающимися этапами экспериментально контролируемой деятельности. Одним из примеров подобного подхода является сопоставление амплитудно-временных характеристик компонентов, связанных с событием потенциалов (ССП), с выделяемыми характеристиками реализующегося в это время поведения.

Большое значение имеет сравнительный анализ потенциалов, регистрируемых одновременно в разных участках мозга. В школе М.Н. Ливанова обнаружен феномен пространственной синхронизации потенциалов в диапазоне определенного ритма (чаще тета – ритма) при формировании поведенческих навыков у животных и психологических тестах у человека.

В настоящее время компъютерные программы просчитывают ЭЭГ, ВП и ССП в каждом частотном диапазоне - альфа, бета, тета и дельта для каждого отведения. Цифровые данные в виде черно-белых или цветных шкал переносятся на соответствующие места на черепе, что дает наглядное преставление о том, в каких частях мозга и в какой степени выражена та или иная частота колебаний или потенциал.