Ритмы электроэнцефалограммы

Ритмы электроэнцефалограммы:

Гамма-ритм - колебания частотой выше 30 Гц, амплитуда колебаний не превышает 15 мкВ. Наблюдается при решении задач, требующих максимально сосредоточенного внимания.

Бета-ритм - колебания в диапазоне от 14 до 30 Гц с амплитудой 5-30 мкВ. Наиболее выражен в лобных областях, но при различного видах интенсивной деятельности резко усиливается и распространяется на другие области мозга. Причина или пейсмекер ритма - деятельность нервных кругов и цепочек коры, наблюдается при активирующих влияниях РФ, при ее блокаде бета-ритм исчезает.

Альфа-ритм с частотой от 8 до 13 Гц с амплитудой 50-100 мкВ. Наблюдается в состоянии спокойного бодрствования, медитации и длительной монотонной деятельности. Хорошо выражен в затылочных областях коры. По мнению альфа-ритм связан с квантованием внешних стимулов. Водителем является таламус.

Мю-ритм по частотно-амплитудным характеристикам сходен с альфа-ритмом, но отличается формой волн. Они имеют округлые вершины и поэтому похожи на арки. Появляются при тактильном и проприорецептивном раздражении или воображаемом движении. Выражен у слепых, компенсирующих потерю зрения развитием тактильного и зрительного восприятия.

Тета-ритм имеет частоту 4-8 ГЦ и амплитуду от 20 до 100 мкВ и более. Наиболее выражен в гиппокампе. Связан с поисковым поведением, усиливается при эмоциональном напряжении. считает, что тета-ритм связан с квантованием извлекаемых из памяти энграмм.

Дельта-ритм частотой 1-4 Гц и амплитудой до сотни микровольт. Возникает при естественном и наркотическом сне или в области, пораженной опухолью. Дельта-волны - результат изменения поляризации пирамидных клеток коры.

Сверхмедленные потенциалы коры имеют период колебаний от нескольких секунд до нескольких часов и амплитуду от сотен микровольт до десятков милливольт. Наблюдаются при бодрствовании, сне, повторных пробах на объем оперативной памяти, патологиях мозга, действии фармакологических веществ.

В психофизиологических исследованиях анализируют ЭЭГ у субъекта, выполняющего определенный вид деятельности. 1-е направление исследования - сопоставляют ритмы ЭЭГ с текущей деятельностью (решение задач, счет в уме, мысленное представление зрительных или слуховых ощущений и т. д.). Выявляют особенности того или иного ритма ЭЭГ и сопоставляют их с индивидуальной способностью выполнять определенный психологический тест. 2-е - регистрируют вызванные потенциалы (ВП).

Рисунок ЭЭГ изменяется с переходом ко сну и с изменениями функционального состояния при бодрствовании, во время эпилептического припадка (возникает спайк-волна. когда куполообразная волна чередуется с пикообразной). ЭЭГ используют для выявления случаев с потерей сознания.

Вызванные потенциалы (ВП) головного мозга - это биоэлектрические колебания, возникающие в нервных структурах в ответ на внешнее раздражение. ВП находятся в строго определенной временной связи с началом действия раздражителя. ВП исследуют с помощью методики ЭЭГ. Однако на фоне спонтанной биоэлектрической активности ВП трудно различимы, поскольку амплитуда одиночных ответов в несколько раз меньше амплитуды фоновой ЭЭГ. В связи с этим регистрация ВП осуществляется специальными техническими „устройствами, которые позволяют выделить полезный сигнал на фоне шума. Делают это путем последовательного накопления или суммирования. При этом суммируется некоторое число отрезков ЭЭГ, приуроченных к началу действия раздражителя. Выделение сигнала на фоне шума улучшается пропорционально 4п, где п - число исследований. Если, например, число исследований 25, то нужно вычислить V25 , соотношение сигнал/шум будет улучшено в 5 раз. Известно, что при выявлении звуковых стволовых ВП, которые имеют очень маленькую амплитуду, требовалось просуммировать и усреднить несколько тысяч единичных ответов.

Методика выделения сигнала на фоне шума позволяет выделить потенциал, строго связанный во времен с событием. В связи с этим появилось новое обозначение ВП - событийно - связанные потенциалы (ССП). Например, колебания, связанные с активностью двигательной коры (моторный потенциал или потенциал, связанный с движением); потенциал, связанный с намерением произвести определенное действие (так называемая Е-волна); потенциал, возникающий при пропуске ожидаемого стимула.

Эти потенциалы представляют собой последовательность позитивных и негативных колебаний (см. рис.).

Длительность ВП - 0.5 -1 с после стимула. По латентному периоду компоненты делятся на 3 группы: потенциалы ствола мозга (с латенцией до 10-12 мс), среднелатентные (до 50 мс), и длиннолатентные (более 100 мс).

В исследовании ВП и ССП выделяют 3 уровня анализа:

1)  феноменологический описывает характеристики ВП: частотно-амплитудные и латентность - время от начала стимуляции до пика компонента. Длительность ВП - 0.5 -1 с после стимула. По латентному периоду компоненты делятся на 3 группы: потенциалы ствола мозга (с латенцией до 10-12 мс), среднелатентные (до 50 мс), и длиннолатентные (более 100 мс).

2)  используя предыдущие данные на физиологическом уровне анализа решается вопрос в каких структурах мозга возникают отдельные компоненты ВП. Это позволяет установить роль отдельных корковых и подкорковых образований в происхождении тех или иных компонентов ВП. В ВП выделяют экзогенные и эндогенные компоненты. Первые отражают активность специфических проводящих путей и зон, вторые - ассоциативных проводящих систем мозга.

3)  третий уровень анализа - функциональный, использует ВП для изучения физиологических механизмов поведения и познавательной деятельности человека и животных.

Топографическое картирование электрической активности мозга. Используется множество количественных методов анализа ЭЭГ и ВП. Одновременно накладывают от 16 до 128 и более электродов. Этот метод позволяет очень тонко и дифференцировано анализировать изменения функциональных состояний мозга на локальном участке в соответствии с видами выполняемой психической деятельности.

ЭЭГ показатели ФС. Различным уровням бодрствования соответствуют характерные изменения ЭЭГ.

•  Для спокойного бодрствования типично преобладание альфа-ритма, степень выраженности которого увеличивается при закрытых глазах.

•  При открывании глаз повышении уровня бодрствования наступает явление блокады альфа-ритма. Для активного бодрствования характерна десинхронизация ЭЭГ с преобладанием высокочастотных бета - и гамма - ритмов.

•  При эмоциональном напряжении и умственной активности в ЭЭГ появляется теша-ритм и дельта.

•  В состоянии утомления - «гиперсинхронизация» ЭЭГ, появляется дельта-ритм. Дельта-ритм характерен для определенной стадии сна.

Помимо этого, определяют и уровень когерентности (синхронности). Средний уровень когерентности может быть определен для отдельных частотных диапазонов (например, альфа или бета). Средний уровень когерентности при неизменном ФС оказывается индивидуально устойчивым. Показателем нормального состояния мозга явяляется также средний уровень когерентности по отдельным спектральным составляющим (дельта, тета, альфа и бета).

Изменения ФС у здорового человека сопровождаются изменениями пространственно-временных характеристик биотоков мозга. При этом связи между отдельными участками мозга или ЭЭГ-спектрами могут ослабевать или усиливаться. При общей мобилизационной готовности или при увеличении сложности задания может возрастать интенсивность межрегиональных связей.

Ритмы ЭЭГ и мышление. При умственной деятельности происходит перестройка частотно- амплитудных параметров ЭЭГ в диапазонах от альфа до бета. При выполнении мыслительных заданий усиливается дельта - и тета-активность. Усиление последней наблюдается при успешном решении задачи. В этих случаях тета-активность наиболее выражена в передних отделах коры. Ее максимальная выраженность соответствует по времени периодам наибольшей концентрации внимания. Этот показатель так же связан со скоростью решения задач.

Известно, что умственная активность сопровождается повышением мощности бета-ритма. Это наблюдается при умственной деятельности, включающей элементы новизны. Стереотипные, повторяющиеся умственные операции сопровождаются ее снижением. Успешное выполнение вербальных и пространственных заданий связано с высокой бета-активностью в левою полушария. Эта активность отражает механизмы сканирования структуры стимула. Такого рода сканирование осуществляется нервными сетями, продуцирующими высокочастотную активность ЭЭГ.

Динамика альфа-активности при умственной деятельности имеет сложный характер. При анализе альфа-ритма выделяют три составляющие: высоко-, средне, и низкочастотную. Низко - и высокочастотный альфа-ритм связан когнитивными аспектами деятельности. Тогда как среднечастотный - отражает процессы неспецифической активации.

Пространственно- временная организация ЭЭГ и мышление. Ритмы ЭЭГ в различных зонах коры имеют специфику при решении задач. Одним из наиболее распространенных методов является синхронизация биопотенциалов спектра ЭЭГ в разных зонах мозга. Для состояния покоя характерен средний уровень синхронности ЭЭГ. Он отражает активное поддержание межзональных связей и тонуса зон коры в покое. При предъявлении заданий эти межзональные отношения существенно меняются.

1. При УД происходит резкое увеличение числа участков коры, деятельность которых синхронна. В зависимости от характера задачи картина межзональных отношений выгляди по-разному. Например, при решении как вербальных, так и арифметических задач возрастает степень синхронизации биопотенциалов в лобных и центральных отделах левого полушария. Помимо этого, при решении математических задач возникает дополнительный фокус активации в теменно-затылочных отделах.

2. Степень пространственной синхронизации изменяется в зависимости от сложности алгоритма действия. При выполнении легкого по алгоритму действия возрастает синхронизация в задних отделах левого полушария. При трудном алгоритме фокус активации перемещается в передние зоны левого полушария.

3. Характер межзональных отношений зависит от стратегии решения задачи. Например, при решении одной и той же математической задачи разными способами: арифметическим или пространственным, фокусы активации располагаются в разных участках коры. В первом случае правой префронтальной и левой теменно-височной, во втором сначала в передних, затем задних отделах правого полушария. Межзональные отношения изменяются от степени оригинальности решения задачи. Так. у испытуемых, использующие стандартные приемы решения, преобладает активность левого полушария. Напротив, у испытуемых, которые применяют нестандартные решения, преобладает активация в правом полушарии, наиболее сильное в лобных долях.

Вызванные потенциалы и принятие решения. Для исследования физиологических основ принятия решения является метод ВП и ССП. В составе этих реакций выделяются 2 компонента: ранние специфические (экзогенные), и поздние неспецифические (эндогенные). Эндогенные компоненты связаны с первичной обработкой. Эндогенные отражают этапы более сложной обработки стимулов: формирования образа, его сличение с эталоном памяти, принятием решения.

Большое количество данных накоплено относительно волны РЗОО или РЗ. Это эндогенное позитивное колебание. Оно довольно позднее, поскольку регистрируется в интервале 300-600 мс. Волна РЗ рассматривается как психофизиологический коррелят таких когнитивных процессов, как ожидание, обучение, снятие неопределенности и принятие решения.

С позиций теории ФС возникновение волны РЗ характеризует смену действующих ФС. Это означает переход от одного крупного этапа поведения к другому. При этом возникновение волны РЗ отражает перестройку психики, а ее амплитуда - масштаб реорганизации, происходящий в той или иной области мозга.

Есть и другие подходы к интерпретации волны РЗ.

Хронометрия мыслительной деятельности. Психофизилогическая хронометрия исследует временные параметры (начало, продолжительность, скорость) когнитивных процессов с помощью физиологических методов. Наибольшее значение имеют амплитудно-временные характеристики компонентов ВП и ССП.

Изучаются как экзогенные, так и эндогенные компоненты, отражающие различные стадии процесса переработки информации. Временные параметры первых позволяют судить о времени сенсорного анализа. Временные параметры эндогенных компонентов отражают длительность этапов переработки.

Амплитудно-частотный анализ этих компонентов выявляет взаимосвязи психологических факторов и скорости переработки информации. Например, латентный период РЗ связан с информационной спецификой стимула и обратно пропорционален сложности задачи. Амплитуда РЗ тем больше, чем сложнее сам стимул, и чем больше требует от испытуемого когнитивных операций