 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ
| Топографічне картографування електричної активності мозку (ТКЕАМ)
ТКЭАМ - топографічне картографування електричної активності мозку - область електрофізіології, що оперує з безліччю кількісних методів аналізу електроенцефалограми і викликаних потенціалів. Широке застосування цього методу стало можливим з появою відносно недорогих і швидкодіючих персональних комп'ютерів. Топографічне картографування істотно підвищує ефективність ЕЕГ-метода. ТКЕАМ дозволяє дуже тонко і диференційовано аналізувати зміни функціональних станів мозку на локальному рівні відповідно до видів виконуваної випробуваним психічної діяльності. Однак, варто підкреслити, що метод картографування мозку є не більш ніж дуже зручною формою представлення на екрані дисплея статистичного аналізу ЕЕГ і ВП. Сам метод картографування мозку можна розкласти на три основні складові: o реєстрацію даних; o аналіз даних; o представлення даних. Реєстрація даних. Використовуване число електродів для реєстрації ЕЕГ і ВП, як правило, варіює в діапазоні від 16 до 32, однак у деяких випадках досягає 128 і навіть більше. При цьому більше число електродів поліпшує просторову роздільну здатність при реєстрації електричних полів мозку, але повязано з подоланням великих технічних труднощів. Для одержання стандартизованих результатів використовується система "10-20", при цьому застосовується в основному монополярна реєстрація. Важливо, що при великому числі активних електродів можна використовувати лише один референтний електрод, тобто той електрод, щодо якого реєструється ЕЕГ всіх інших точок постановки електродів. Місцем приєднання референтного електрода служать мочки вух, перенісся чи деякі точки на поверхні шкіри голови. Існують такі модифікації цього методу, що дозволяють узагалі не використовувати референтний електрод, заміняючи його значеннями потенціалу, обчисленими на комп'ютері. Аналіз даних. Виділяють кілька основних способів кількісного аналізу ЕЕГ: часовий, частотний і просторовий. Часовий являє собою варіант відображення даних ЕЕГ і ВП на графіку, при цьому час відкладається по горизонтальній осі, а амплітуда - по вертикальній. Часовий аналіз застосовують для оцінки сумарних потенціалів, піків ВП, епілептичних розрядів. Частотний аналіз полягає в групованні даних по частотних діапазонах: дельта, тета, альфа, бета. Просторовий аналіз повязаний з використанням різних статистичних методів обробки при зіставленні ЕЕГ з різних відведень. Способи представлення даних. Найсучасніші комп'ютерні засоби картографування мозку дозволяють легко відображати на дисплеї всі етапи аналізу: "сирі дані" ЕЕГ і ВП, спектри потужності, топографічні карти - як статистичні, так і динамічні у вигляді мультфільмів, різні графіки, діаграми і таблиці, а також, за бажанням дослідника, - різні комплексні представлення. Варто особливо вказати на те, що застосування різноманітних форм візуалізації даних дозволяє краще зрозуміти особливості протікання складних мозкових процесів. Топографічні карти являють собою контур черепа, на якому зображений який-небудь закодований кольором параметр ЕЕГ у певний момент часу, причому різні градації цього параметра (ступінь виразності) представлені різними відтінками. Оскільки параметри ЕЕГ постійно міняються по ходу обстеження, відповідно до цього змінюється композиція кольорів на екрані, дозволяючи візуально відслідковувати динаміку ЕЕГ процесів. Паралельно зі спостереженням дослідник одержує у своє розпорядження статистичні дані, що лежать в основі карт. Комп'ютерна томографія (КТ).Комп'ютерна томографія (КТ) - новітній метод, що дає точні і детальні зображення найменших змін густини мозкової речовини. КТ з'єднала в собі останні досягнення рентгенівської та обчислювальної техніки. Вона відрізняється принциповою новизною технічних рішень і математичного забезпечення. Головна відмінність КТ від рентгенографії полягає в тому, що рентген дає тільки один вигляд частини тіла. За допомогою комп'ютерної томографії можна одержати безліч зображень того самого органа й у такий спосіб побудувати внутрішній поперечний зріз цієї частини тіла. Томографічне зображення - це результат точних вимірів і обчислень показників ослаблення рентгенівського випромінювання, що відносяться тільки до конкретного органа. Таким чином, метод дозволяє розрізняти тканини, що неістотно відрізняються між собою по поглинаючій здатності. Вимірюване випромінювання і ступінь його ослаблення одержують цифрове вираження. По сукупності вимірів кожного шару проводиться комп'ютерний синтез томограммы. Завершальний етап - побудова зображення досліджуваного шару на екрані дисплея. Для проведення томографічних досліджень мозку використовується прилад нейротомограф. Крім рішення клінічних задач (наприклад, визначення місця розташування пухлини) за допомогою КТ можна одержати уявлення про розподіл регіонального мозкового кровотоку. Завдяки цьому КТ може бути використана для вивчення обміну речовин і кровопостачання мозку. У ході життєдіяльності нейрони споживають різні хімічні речовини, які можна позначити радіоактивними ізотопами (наприклад, глюкозу). При активізації нервових клітин кровопостачання відповідної ділянки мозку зростає, у результаті в ньому накопичуються мічені речовини і зростає радіоактивність. Вимірюючи рівень радіоактивності різних ділянок мозку, можна зробити висновки про зміни активності мозку при різних видах психічної діяльності. Останні дослідження показали, що визначення максимально активізованих ділянок мозку може здійснюватися з точністю до 1 мм. Ядерно-магнітно-резонансна томографія мозку. Комп'ютерна томографія стала родоночальницею ряду інших ще більш досконалих методів дослідження: томографії з використанням ефекту ядерного магнітного резонансу (Ямр-томографія), позитронної емісійної томографії (ПЕТ), функціонального магнітного резонансу (ФМР). Ці методи належать до найбільш перспективних способів неінвазивного спільного вивчення структури, метаболізму і кровотоку мозку. При Ямр-томографії одержання зображення засноване на визначенні в мозковій речовині розподілу щільності ядер водню (протонів) і на реєстрації деяких їхніх характеристик за допомогою потужних електромагнітів, розташованих навколо тіла людини. Отримані за допомогою Ямр-томографії зображення дають інформацію про досліджувані структури головного мозку не тільки анатомічного, але і фізикохімічного характеру. Крім цього перевага ядерно-магнітного резонансу полягає у відсутності іонізуючого випромінювання; у можливості багатоплощинного дослідження, здійснюваного винятково електронними засобами; у більшій роздільній здатності. Іншими словами, за допомогою цього методу можна одержати чіткі зображення "зрізів" мозку в різних площинах. Позитронно-емісійна трансаксіальна томографія (Пет-сканеры) поєднує можливості КТ і радіоізотопної діагностики. У ній використовуються ультракороткоживучі позитронвипромінюючі ізотопи ("барвники"), що входять до складу природних метаболітів мозку, і вводяться в організм людини через дихальні шляхи чи внутрівенно. Активним ділянкам мозку потрібний більший приплив крові, тому в робочих зонах мозку накопичується більше радіоактивного "барвника". Випромінювання цього "барвника" перетворюють у зображення на дисплеї. За допомогою ПЕТ вимірюють регіональний мозковий кровотік і метаболізм глюкози чи кисню в окремих ділянках головного мозку. ПЕТ дозволяє здійснювати прижиттєве картографування на "зрізах" мозку регіонального обміну речовин і кровотока. В даний час розробляються нові технології для вивчення і виміру процесів, що відбуваються в мозку, засновані, зокрема, на поєднанні методу ЯМР із виміром мозкового метаболізму за допомогою позитронної емісії. Ці технології одержали назва методу функціонального магнітного резонансу (ФМР). Нейрональна активність.Нейрон - нервова клітина, через яку передається інформація в організмі, являє собою морфофункціональну одиницю ЦНС людини і тварин. При досягненні граничного рівня збудження, що надходить у нейрон з різних джерел, він генерує розряд, що називається потенціалом дії. Як правило, нейрон повинний одержати багато вхідних імпульсів перш, ніж у ньому виникне відповідний розряд. Усі контакти нейрона (синапсы) поділяються на два класи: збуджувальні і гальмівні. Активність перших збільшує можливість розряду нейрона, активність других - знижує. За образним порівнянням, відповідь нейрона на активність усіх його синапсів являє собою результат своєрідного "хімічного голосування". Частота відповідей нейрона залежить від того, як часто і з якою інтенсивністю збуджуються його синаптичні контакти, але тут є свої обмеження. Генерація імпульсів робить нейрон недієздатним приблизно на 0,001 с. Цей період називається рефрактерным, він потрібний для відновлення ресурсів клітки. Період рефрактерності обмежує частоту розрядів нейронів. Частота розрядів нейронів коливається в широких межах, за деякими даними від 300 до 800 імпульсів у секунду. Реєстрація відповідей нейронів. Активність одиночного нейрона реєструється за допомогою так званих мікроелектродів, кінчик яких має від 0,1 до 1 мікрона в діаметрі. Спеціальні пристрої дозволяють уводити такі електроди в різні відділи головного мозку, у такім положенні електроди можна зафіксувати і, будучи з'єднані з комплексом підсилювач - осциллограф, вони дозволяють спостерігати електричні розряди нейрона. За допомогою мікроелектродів реєструють активність окремих нейронів, невеликих ансамблів (груп) нейронів і множинних популяцій (тобто порівняно великих груп нейронів). Кількісна обробка записів імпульсної активності нейронів являє собою досить складну задачу особливо в тих випадках, коли нейрон генерує безліч розрядів і потрібно виявити зміни цієї динаміки в залежності від яких-небудь факторів. За допомогою ЕОМ і спеціального програмного забезпечення оцінюються такі параметри, як частота імпульсації, тривалість межстимульных інтервалів і ін. Аналіз функціональних характеристик активності нейронів у порівнянні з поведінковими реакціями проводиться на досить тривалих відрізках часу від 25-30 с і вище. Активність нейронів реєструють у тварин в експерименті, у людини в клінічних умовах. Цінними об'єктами дослідження функціональних властивостей нейронів служать великі і відносно доступні нейрони деяких безхребетних. Численні факти, що стосуються нейрональной організації поведінки, були отримані при вивченні імпульсної активності нейронів в експериментах на кроликах, кішках і мавпах. Дослідження активності нейронів головного мозку людини здійснюються в клінічних умовах, коли пацієнтам з лікувальними цілями вводять у мозок спеціальні мікроелектроди. У ході лікування для повноти клінічної картини хворі проходять психологічне тестування, у процесі якого реєструється активність нейронів. Дослідження біоелектричних процесів у клітинах, що зберігають усі свої зв'язки в мозку, дозволяє зіставляти особливості їхньої активності, з результатами психологічних проб, з одного боку, а також з інтегративними фізіологічними показниками (ЕЕГ, ВП і ін.) Останнє особливо важливо, тому що однією з задач вивчення роботи мозку є розробка такого методу, що дозволив би гармонічно сполучити найтонший аналіз у вивченні деталей його роботи з дослідженням інтегральних функцій. Знання законів функціонування окремих нейронів, звичайно, цілком необхідне, але це тільки одна сторона у вивченні функціонування мозку, що не розкриває, однак, законів роботи мозку як цілісної функціональної системи.
Методи впливу на мозок.Вище були представлені методи, загальна мета яких - реєстрація фізіологічних проявів і показників функціонування головного мозку людини і тварин. Поряд з цим дослідники завжди прагнули проникнути в механізми мозку, роблячи на нього прямий чи непрямий вплив і оцінюючи наслідки цих впливів. Для психофізіолога використання різних прийомів стимуляції - пряма можливість моделювання поведінки і психічної діяльності в лабораторних умовах. Сенсорна стимуляція. Найпростіший спосіб впливу на мозок - це використання природних чи близьких до них стимулів (зорових, слуховых, нюхових, тактильних і ін.). Маніпулюючи фізичними параметрами стимулу і його змістовних характеристик, дослідник може моделювати різні сторони психічної діяльності і поведінки людини. Діапазон застосовуваних стимулів дуже широкий: у сфері зорового сприйняття - від елементарних зорових стимулів до написів слів і пропозицій; у сфері слухового сприйняття - від немовних стимулівдо фонем, слів і пропозицій. При вивченні тактильної чутливості застосовується стимуляція: механічними й електричними стимулами, що не досягають порога больової чутливості, при цьому подразнення може наноситися на різні ділянки тіла. Реакції ЦНС на такий вплив вивчені добре і шляхом реєстрації активності нейронів, і методом викликаних потенціалів. Крім сказаного, у психофізіології широко використовуються прийоми ритмічної стимуляції світлом чи звуком, що викликають ефекти нав'язування - відтворення в спектрі ЕЕГ частот, що відповідають частоті діючого стимулу (чи кратних цій частоті). Електрична стимуляція мозку є плідним методом вивчення функцій його окремих структур. Вона здійснюється через введені в мозок електроди в "гострих" дослідах на тваринах чи під час хірургічних операцій на мозку в людини. Крім того, можлива стимуляція й в умовах тривалого спостереження за допомогою попередньо вживленных оперативним шляхом електродів. При хронічно вживленных електродах можна вивчати особливий феномен електричної самостимуляції, коли тварина за допомогою якої-небудь дії (натискання на важіль) замикає електричний ланцюг і в такий спосіб регулює силу подразнення власного мозку. У людини електрична стимуляція мозку застосовується для вивчення зв'язку між психічними процесами і функціями різних відділів мозку. Так, наприклад, можна вивчати фізіологічні основи мови, пам'яті, емоцій. У лабораторних умовах використовується метод мікрополяризації, суть якого полягає в пропусканні слабкого постійного струму через окремі ділянки кори головного мозку. При цьому електроди прикладаються до поверхні черепа в області стимуляції. Локальна мікрополяризація не руйнує тканину мозку, а лише впливає на зсув потенціалу кори в стимульованій ділянці, тому вона може бути використана в психофізіологічних дослідженнях. Поряд з електричною припустима стимуляція кори мозку людини слабким електромагнітним полем. Основу цього методу складає принципова можливість зміни характеристик діяльності ЦНС під впливом контрольованих магнітних полів. У цьому випадку також не виявляється руйнівний впливу на клітки мозку. У той же час, за деякими даними, вплив електромагнітним полем відчутно впливає на протікання психічних процесів, отже, цей метод становить інтерес для психофізіології. Руйнування ділянок мозку. Ушкодження чи видалення частини головного мозку для встановлення її функцій у забезпеченні поведінки - один з найбільш старих і розповсюджених методів вивчення фізіологічних основ поведінки. У чистому вигляді метод застосовується в експериментах із тваринами. Поряд з цим поширене психофізіологічне обстеження людей, яким за медичними показниками було проведене видалення частини мозку. Руйнівне втручання може здійснюватися шляхом: o перерізання окремих шляхів чи повного відділення структур (наприклад, розділення півкуль шляхом розсічення мозолистого тіла); o руйнування структур при пропусканні постійного струму (електролітичне руйнування) чи струму високої частоти (термокоагуляція) через введені у відповідні ділянки мозку електроди; o хірургічного видалення тканини скальпелем чи відсмоктуванням за допомогою спеціального вакуумного насоса; o хімічних руйнувань за допомогою спеціальних препаратів, що виснажують запаси медіаторів чи руйнують нейрони; o оборотного функціонального руйнування, що досягається за рахунок охолодження, місцевої анестезії й інших прийомів. Отже, вцілому метод руйнування мозку містить у собі руйнування, видалення і розсічення тканини, виснаження нейрохімічних речовин, у першу чергу медіаторів, а також тимчасове функціональне вимикання окремих областей головного мозку й оцінку впливу перерахованих вище ефектів на поведінку тварин.
|
