Электроэнцефалография

Исследования йенского психиатра Ганса Бергера в 20-е годы в области изучения биопотенциалов мозга имели точно такое же значение как и работы Эйнтховена на рубеже веков, открывшие новую- эпоху в области электрокардиографии. Еще в 1875 г. Кетон заметил, что при деятельности мозга наблюдаются электрические явления. Почти одновременно с ним Данилевский говорил о влия­нии звуковых импульсов на электрические явления в мозгу. И тем -не менее именно Бергер открыл взаимосвязь явлений, нашел зави­симость между деятельностью мозга и электрическими эффектами в нем, разработал методы применения электроэнцефалографии в области диагностики. Кривая, полученная и записанная от непо­врежденного головного мозга, названа им электроэнцефалограм­мой (ЭЭГ).

Электроэнцефалография занимается регистрацией и оценкой биопотенциалов, возникающих при возбуждении мозговых клеток. Поскольку ЭЭГ представляет собой равнодействующую биопотен­циалов многих миллиардов нервных клеток, образующих нервную систему, то оценка далеко не так проста. Чем больше отведений, с помощью которых получают ЭЭ1, тем полнее может быть оценка при сопоставлении многих кривых. Для этого применяют многока­нальные (8-, 12-, 16- и даже 32-канальные) аппараты. Результат обследования будет еще более надежным, если сигналы, получен­ные от многих различных отведений, проанализирует ЭВМ

Вид электроэнцефалограммы

Еще Бергер подметил, что ЭЭГ состоит из .волн с различной амплитудой и частотой. Если пациент спокойно лежит с расслаб­ленными мышцами в среде без раздражений с закрытыми глаза­ми, но не спит, то в ЭЭГ доминирует синусообразная волна, осо­бенно в кривой активного напряжения, отведенной от заднего и бокового участков черепа. Ее называют альфа-ритмом. Характер­ный диапазон ее частот 7,5. 13 Гц и размах от пика до пика (ам­плитуда) составляет 50 мкВ. У отдельных пациентов амплитуда может быть в два раза больше, хотя примерно у 10% людей аль­фа-ритм вообще не наблюдается. Этот ритм исчезает тотчас же, как только пациент откроет глаза. Это явление называют альфа-торможением. Вместо исчезающего альфа-ритма появляются более частые беспорядочные волны, занимающие более широкий спектр частот Альфа-ритм является наиболее характерным признаком ЭЭГ здорового человека, но у многих молодых людей его вообще нет, и это отнюдь не свидетельствует о болезни или об отсутствии восприимчивости организма.

Другая характерная волна ЭЭГ — бета-ритм. Он наблюдает­ся главным образом в сигналах, отведенных от лобовой части че­репа. Бета-ритм имеет более высокую частоту, чем альфа-ритм, но меньшую амплитуду и менее правильную форму кривой. Он прояв­ляется не постоянно, а примерно через секундные отрезки време­ни. Каждый такой период называют бета-веретеном.

С виска пациента можно отвести тета-волну, смешанную с альфа- и бета-ритмами. Полоса частот этого ритма ниже, чем у альфа-ритма. Различают еще гамма- и дельта-волны. Они появ­ляются, как правило, в патологических случаях.

Применение электроэнцефалографии

Особо важную роль она играет при ранней диагностике эпи­лепсии (при определении ее различных типов). Это заболевание может быть вызвано небольшим кровоизлиянием в мозг, повреж­дением мозга. Узел, вызывающий эпилепсию, можно выявить с помощью ЭЭГ. Это имеет большое значение, например, при пла­нировании оперативного вмешательства.

Другая важная область применения электроэнцефалографии — определение наличия и места расположения различных очаговых процессов в мозгу (опухолей, кровоизлияний). Над опухолью мо­жет возникнуть характерное «электрическое молчание», поскольку клетки, вытесненные очаговым процессом, не могут нормально функционировать. Изменения биопотенциалов мозга могут вызы­вать и токсические воздействия.

Было подмечено, что ЭЭГ отражает обеспечение мозга кисло­родом. В этом можно убедиться и на опыте. Если пациент дышит глубже и чаще, чем обычно, возрастает содержание кислорода в крови, поступающей в мозг, в результате меняется и ЭЭГ. Харак­терными изменениями сопровождается и гипоксия мозга. Именно поэтому для контроля за состоянием пациента во время операции можно применять электроэнцефалографию. Такой метод особенно ценен, когда во время операции нельзя прибегнуть к электрокар­диографическому анализу, например при операции на сердце. В та­ких случаях ЭЭГ информирует врача-нарколога о состоянии мозга больного.

В последнее время чаще стали пользоваться ЭЭГ для решения 'вопроса о том, наступила или нет биологическая смерть. С рас­пространением методов реанимации, как теперь известно, прекра­щение деятельности сердца (так называемая клиническая смерть) не обязательно означает смерть биологическую. Если ЭЭГ пациен­та, оказавшегося в состоянии клинической смерти, еще дает инфор­мацию, т. е. остановка деятельности мозга еще не наступила (о чем в ЭЭГ свидетельствует «электрическое молчание»), значит есть на­дежда на оживление организма без особых для него последствий. (Установление биологической смерти имеет и важное юридическое значение, например, при пересадке органов, когда надо быстро ре­шить, можно ли уже считать донора мертвым.) При наблюдении за таким пациентом нет нужды в многоканальном клиническом электроэнцефалографе и чаще всего можно вообще отказаться от регистрации. В таких случаях применяют электроэнцефалоскоп, с помощью которого можно визуально наблюдать за мозговой дея­тельностью пациента.

С помощью ЭЭГ можно оценить и глубину сна. Если пациент устал, в ЭЭГ появляются медленные волны с большой амплитудой. Когда пациент засыпает, сразу исчезает альфа-ритм, кривая имеет меньшую амплитуду, становится более вытянутой. Альфа-ритм мо­жет появиться спонтанно или под действием какого-либо внешнего импульса. С увеличением глубины сна на этой растянутой кривой появляются бета-веретена. Если ЭЭГ наблюдается по нескольким отведениям, то, как показывает опыт, бета-веретена появляются не одновременно, подтверждая тем самым, что торможение на от­дельных участках мозга наступает не в одно и то же время. По­этому и получается, что в одних отведениях есть альфа-ритм, а в других наблюдается альфа-торможение. Если сон становится более глубоким, то бета-веретена постепенно пропадают и появляются беспорядочные волны (тета и дельта). Если пациент находится под наркозом и количество усыпляющего вещества не уменьшает­ся, амплитуда ЭКГ будет все меньше и меньше, пока не наступит состояние чрезмерно глубокого сна. При этом на ЭЭГ амплитуды уменьшаются почти до нуля.

Поскольку ЭЭГ фиксирует состояние бодрствования, состоя­ние «мозговой готовности», метод можно успешно использовать для наблюдения за способностью человека концентрировать свое вни­мание на определенных вещах. Например, в самолетах, имеющих большую скорость, в космических кораблях- перед выполнением, важных маневров необходимо, чтобы пилот был максимально вни­мателен. В таких случаях ведется постоянное наблюдение за его ЭЭГ и при ослаблении внимания предупреждают летчика или стан­цию слежения о возможной опасности сна. Разумеется, принимают­ся соответствующие меры (пациента надо освежить, дать ему при­нять медикамент, разбудить его сменщика и т. д.).

Электроды для снятия ЭЭГ

Самым важным для правильного проведения электроэнцефалографического обследования является правильное размещение элек­тродов. Дело в том, что электроэнцефалографический сигнал за­частую имеет амплитуду всего в несколько микровольт (в сред­нем 50 мкВ), а мозговая жидкость, находящаяся между мозговы­ми клетками и электродами, и толстая кость черепа как переход­ное сопротивление ослабляют электрический эффект. Поэтому фор­му и материал электрода надо подбирать такими, чтобы обеспе­чивалось по возможности наименьшее переходное сопротивление и не возникало поляризационного напряжения. При соответствующей конструкции и способе расположения электродов сопротивление между ними можно снизить до 1...2 кОм. Обычно применяют элек­троды из серебра или хлористого серебра в форме кнопки. Элек­троды крепятся к коже головы с помощью резиновых бинтов или электродных шлемов, причем место контакта тщательно обезжири­вается. Волосы, как правило, раздвигают и только в редких слу­чаях ^выстригают. Переходное сопротивление между электродом и кожей можно уменьшить, применяя специальную электродную пас­ту. Поскольку провода к электродам могут воспринимать сущест­венные электрические помехи, следует предъявлять повышенные требования и к входной ступени усилителя. Если входные сопро­тивления в двух ответвлениях дифференциального усилителя не равны, то даже высокий коэффициент усиления его не гарантирует качественных измерений. Следовательно, при установке электродов надо стремиться не только к обеспечению небольших переходных сопротивлений, но и к их равенству. Поэтому у большинства аппа­ратов ЭЭГ имеется устройство, измеряющее сопротивление элек­тродов.

Способы отведений

В электроэнцефалографии обычно применяют три способа отведений (рис. 9). При униполярном (или однополюсном) отведе-дии регистрируется напряжение в отдельных точках относительно общей опорной. В качестве опорной точки можно использовать со­единение двух ушных электродов. В принципе напряжение в этой точке должно быть неизменно, однако на практике наблюдается его колебание. Поэтому могут возникать трудности о выборе соответствующей опорной точки. В определенных случаях целесообраз­но создавать опорную точку, соединяя все точки отведения через суммирующие сопротивления, и считать регистрируемым сигналом разницу напряжении относительно напряжения в этой точке в дан­ный момент. Если же необходимо выявить такую патологическую активность, как острая волна, которая прослеживается только под однои-единственной точкой отведения, то при использо­вании такой опорной точки острая волна появляется только в од­ном отведении или в худшем случае в нескольких. Таким образом можно добиться локализации явления. (Эта система отведе­ний соответствует униполярному

методу, применяемому в электро­кардиографии, когда опорная точка образуется тремя суммирующи­ми сопротивлениями).

При биполярном методе отведений регистрируется разность по­тенциалов между парами точек отведения. Этим способом можно наиболее точно локализовать отдельные вспышки электрической активности мозга. При этом электрод над точкой разряда положи­телен, а потенциал в соседней точке вызывает в ЭЭГ отрицатель­ное отклонение. Врач с натренированным глазом сразу же заме­тит 180-градусное различие фаз сигналов от двух точек. Это яв­ление считают наиболее надежным средством определения поло­жения очага малозаметной локализованной электрической активно­сти мозга.

Электроэнцефалографы

Принципиальная схема прибора аналогична схеме электрокардиографа. Однако поскольку сигналы ЭЭГ почти на два порядка слабее, то усиление электроэнцефалографа должно быть большим. Электроэнцефалографы отличаются от электрокар­диографов и по способу регистрации сигналов. Если в последних в настоящее время вообще не применяют регистра­торов, пишущих с помощью чернил, то у электроэнцефало-графов этот способ наиболее распространен. Причина в том, что с помощью электроэнцефа­лографа даже такой способ регистрации сигналов дает воз­можность фиксировать пере­дачу относительно низких частот. И в то же время этот способ имеет большое пре­имущество перед другими: ре­гистрирующая бумага очень дешева, что очень важно, так как для снятия ЭЭГ пациента приходится использовать лен­ту длиной 40...50 м. Можно, конечно, применять для накоп­ления сигналов магнитную ленту, то это выгодно в слу­чае, если данные ЭЭГ впо­следствии обрабатываются на ЭВМ. Если же создать аппарат для чтения кривой в чернильной записи и введения полученных данных в ЭВМ, то он получился бы весьма громоздким. Да и сам про­цесс отнимал бы много времени, требовал бы больших затрат. С другой стороны, при регистрации сигналов с помощью магнито­фона мы лишаемся возможности контролировать фиксацию во время ее записи непосредственно визуально.

Анализ электроэнцефалограммы

ЭЭГ сама по себе является более сложной кривой, чем ЭКГ, не говоря уже о том, что она требует больше отведений, а реги­страция сигналов длится дольше. Оценка на глаз здесь оставляет желать лучшего, поэтому понятно стремление специалистов сделать анализ ЭЭГ более удобным и точным. Различные анализаторы (в которых могут применяться анализ спектра, интегрирование, диф­ференцирование, образование перекрестной и автокорреляции, опре­деление средних значений и т. д.) дают возможность получать на основании ЭЭГ все более ценную информацию. Например, рис. 13 ясно показывает различие между спектрами ЭЭГ, снятых у паци­ентов с открытыми и закрытыми глазами: при закрытых глазах спектр сдвигается в сторону более высоких частот.

ЭЭГ, полученная при регистра­ции спонтанной биоэлектрической активности, подчас не дает харак­терной картины. Поэтому в электпо-энцефалографии нередко применяют искусственное раздражение и оцени­вают отклик на него. Так, например, под действием световой стимуляции изменяется активность мозга. Харак­терные изменения наблюдаются и при звуковом воздействии. Следова­тельно, приборы для создания свето­вого и звукового раздражения явля­ются важными средствами электро-энцефалографического анализа.