Электроэнцефалография ( ЭЭГ ) — метод регистрации электрограмм спонтанной электрической активности головного мозга . Было показано, что биосигналы, обнаруженные с помощью ЭЭГ, представляют постсинаптические потенциалы пирамидных нейронов в неокортексе и аллокортексе . [1] Обычно это неинвазивный метод: электроды ЭЭГ размещаются вдоль кожи головы (обычно называемая «ЭЭГ кожи головы») с использованием системы International 10–20 или ее вариантов. Электрокортикографию , включающую хирургическое размещение электродов, иногда называют « внутричерепной ЭЭГ ». Клиническая интерпретация записей ЭЭГ чаще всего выполняется путем визуального осмотра записи или количественного анализа ЭЭГ .
Колебания напряжения, измеряемые биоусилителем ЭЭГ и электродами, позволяют оценить нормальную деятельность мозга . Поскольку электрическая активность, контролируемая ЭЭГ, возникает в нейронах подлежащей ткани головного мозга , записи, сделанные электродами на поверхности кожи головы, различаются в зависимости от их ориентации и расстояния до источника активности. Кроме того, записанное значение искажается промежуточными тканями и костями, которые действуют подобно резисторам и конденсаторам в электрической цепи . Это означает, что не все нейроны вносят одинаковый вклад в сигнал ЭЭГ, причем ЭЭГ преимущественно отражает активность корковых нейронов вблизи электродов на коже головы. Глубокие структуры мозга, расположенные дальше от электродов , не вносят непосредственного вклада в ЭЭГ; к ним относятся основание кортикальной извилины , мезиальные стенки главных долей , гиппокамп , таламус и ствол мозга . [2]
ЭЭГ здорового человека покажет определенные закономерности активности, которые коррелируют с тем, насколько человек бодрствует. Диапазон наблюдаемых частот составляет от 1 до 30 Гц, а амплитуды варьируются от 20 до 100 мкВ. Наблюдаемые частоты подразделяются на различные группы: альфа (8–13 Гц), бета (13–30 Гц), дельта (0,5–4 Гц) и тета (4–7 Гц). Альфа-волны наблюдаются, когда человек находится в состоянии расслабленного бодрствования, и преимущественно выражены в теменных и затылочных участках. Во время интенсивной умственной деятельности бета-волны более заметны в лобных и других областях. Если расслабленному человеку попросить открыть глаза, он заметит снижение альфа-активности и увеличение бета-активности. Тета- и дельта-волны не наблюдаются в бодрствовании , а если они и есть, то это признак дисфункции мозга. [2]
ЭЭГ может обнаружить аномальные электрические разряды, такие как острые волны , спайки или спайк-волновые комплексы, которые наблюдаются у людей с эпилепсией ; таким образом, его часто используют для постановки медицинского диагноза . ЭЭГ позволяет обнаружить начало и пространственно-временную (локацию и время) эволюцию припадков и наличие эпилептического статуса . Его также используют для диагностики нарушений сна , глубины анестезии , комы , энцефалопатий , гипоксии головного мозга после остановки сердца и смерти мозга . ЭЭГ раньше была методом первой линии диагностики опухолей , инсульта и других очаговых заболеваний головного мозга, [3] [4] , но это использование уменьшилось с появлением методов анатомической визуализации высокого разрешения, таких как магнитно-резонансная томография (МРТ). ) и компьютерная томография (КТ). Несмотря на ограниченное пространственное разрешение, ЭЭГ продолжает оставаться ценным инструментом для исследований и диагностики. Это один из немногих доступных мобильных методов, обеспечивающий временное разрешение в миллисекундном диапазоне, что невозможно при использовании КТ, ПЭТ или МРТ.
Производные метода ЭЭГ включают вызванные потенциалы (ВП), которые включают усреднение активности ЭЭГ, привязанной по времени к предъявлению какого-либо стимула (визуального, соматосенсорного или слухового). Потенциалы, связанные с событием ( ERP ), относятся к усредненным ответам ЭЭГ, которые привязаны по времени к более сложной обработке стимулов; этот метод используется в когнитивной науке , когнитивной психологии и психофизиологических исследованиях.
ЭЭГ является золотым стандартом диагностики эпилепсии . Сообщается, что чувствительность рутинной ЭЭГ для выявления интериктальных эпилептиформных разрядов в эпилептических центрах находится в диапазоне 29–55%. [5] Учитывая чувствительность от низкой до умеренной, рутинная ЭЭГ (обычно продолжительностью 20–30 минут) может быть нормальной у людей, страдающих эпилепсией. Когда на ЭЭГ выявляются интериктальные эпилептиформные разряды (например, острые волны, спайки, спайк-волны и т. д.), это почти во всех случаях подтверждает эпилепсию (высокая специфичность ), однако до 3,5% населения в целом могут иметь эпилептиформные нарушения. на ЭЭГ без приступов (низкий уровень ложноположительных результатов ) [5] или с очень низким риском развития эпилепсии в будущем. [6]
Если рутинная ЭЭГ в норме и существует высокая вероятность или необходимость подтверждения эпилепсии, ее можно повторить или провести с большей продолжительностью в отделении мониторинга эпилепсии (EMU) или дома с помощью амбулаторной ЭЭГ. Кроме того, существуют активирующие приемы, такие как фотостимуляция, гипервентиляция и депривация сна, которые могут повысить диагностическую эффективность ЭЭГ. [5]
Иногда рутинной ЭЭГ недостаточно для установления диагноза или определения наилучшего курса лечения. В этом случае можно попытаться записать ЭЭГ во время приступа . Это известно как иктальная запись, в отличие от межприступной записи, которая относится к записи ЭЭГ между приступами. Чтобы получить иктальную запись, обычно проводят длительную ЭЭГ, сопровождаемую синхронизированной по времени видео- и аудиозаписью. Это можно сделать либо амбулаторно (на дому), либо во время госпитализации, предпочтительно в отделение мониторинга эпилепсии (EMU) с медсестрами и другим персоналом, обученным уходу за пациентами с припадками. Амбулаторная видео-ЭЭГ обычно длится от одного до трех дней. Госпитализация в отделение мониторинга эпилепсии обычно длится несколько дней, но может длиться неделю или дольше. Находясь в больнице, противосудорожные препараты обычно отменяют, чтобы увеличить вероятность возникновения припадка во время госпитализации. Из соображений безопасности лекарства не отменяются во время ЭЭГ за пределами больницы. Таким образом, амбулаторная видео-ЭЭГ имеет преимущество в удобстве и обходится дешевле, чем госпитализация, но у них также есть недостаток: снижается вероятность регистрации клинического события. [7]
Мониторинг эпилепсии часто рассматривается, когда у пациентов продолжаются явления, несмотря на прием противосудорожных препаратов, или если есть опасения, что явления у пациента имеют альтернативный диагноз, например, психогенные неэпилептические припадки , обмороки (обмороки) , подкорковые двигательные расстройства , варианты мигрени , инсульт и т. д. При эпилептических припадках постоянный ЭЭГ-мониторинг помогает характеризовать припадки и локализовать/латерализовать область мозга, из которой возникает припадок. Это может помочь определить подходящие варианты немедикаментозного лечения. [8] При клиническом использовании записи ЭЭГ визуально анализируются неврологами для выявления различных особенностей. Все чаще количественный анализ ЭЭГ используется в сочетании с визуальным анализом. Отображения количественного анализа, такие как анализ спектра мощности, отношение альфа-дельта, интегрированная амплитуда ЭЭГ и обнаружение спайков, могут помочь быстро идентифицировать сегменты ЭЭГ, которые требуют тщательного визуального анализа или, в некоторых случаях, использоваться в качестве заменителей для быстрой идентификации приступов в долгосрочной перспективе. записи по срокам.
ЭЭГ также может быть полезна для диагностики или лечения следующих заболеваний: [9]
Он также может:
ЭЭГ также может использоваться в отделениях интенсивной терапии для мониторинга функций головного мозга, для мониторинга бессудорожных припадков/бессудорожного эпилептического статуса, для мониторинга эффекта седативных средств/анестезии у пациентов, находящихся в медикаментозной коме (для лечения рефрактерных припадков или повышенного внутричерепного давления ), а также для мониторинга вторичного повреждения головного мозга при таких состояниях, как субарахноидальное кровоизлияние (в настоящее время метод исследования).
В случаях, когда подозревается серьезное повреждение головного мозга, например, после остановки сердца, ЭЭГ может предоставить некоторую прогностическую информацию.
Если пациенту с эпилепсией предстоит резекционная операция , часто необходимо локализовать очаг (источник) эпилептической активности головного мозга с разрешением, превышающим то, которое обеспечивает ЭЭГ кожи головы. В этих случаях нейрохирурги обычно имплантируют полоски и сетки электродов или глубинные электроды под твердую мозговую оболочку либо через краниотомию , либо через трепанационное отверстие . Запись этих сигналов называется электрокортикографией (ЭКоГ), субдуральной ЭЭГ (сдЭЭГ), внутричерепной ЭЭГ (икЭЭГ) или стереотаксической ЭЭГ (сЭЭГ). Сигнал, записанный с помощью ЭКоГ, имеет другой масштаб активности, чем активность мозга, записанная с помощью ЭЭГ кожи головы. Низковольтные высокочастотные компоненты, которые трудно (или вообще невозможно) увидеть на ЭЭГ кожи головы, можно четко увидеть на ЭКоГ. Кроме того, электроды меньшего размера (которые покрывают меньший участок поверхности мозга) позволяют улучшить пространственное разрешение и сузить области, критические для возникновения и распространения приступов. В некоторых клинических центрах регистрируются данные проникающих микроэлектродов. [10]
Иногда удобнее или клинически необходимо проводить амбулаторную запись ЭЭГ на дому у пациента. Продолжительность этих исследований обычно составляет 24–72 часа. [ нужна цитата ]
ЭЭГ и связанное с ней исследование ERP широко используются в нейробиологии , когнитивной науке , когнитивной психологии , нейролингвистике и психофизиологических исследованиях, а также для изучения функций человека, таких как глотание. [11] [12] [13] Любые методы ЭЭГ, используемые в исследованиях, недостаточно стандартизированы для клинического использования, и многие исследования ERP не сообщают обо всех необходимых этапах обработки для сбора и обработки данных, [14] ограничивая воспроизводимость и воспроизводимость. многих исследований. Но исследования психических нарушений, таких как расстройство слуховой обработки (APD), СДВ или СДВГ , становятся все более широко известными, и ЭЭГ используются для исследований и лечения. [ нужна цитата ]
Существует несколько других методов исследования функции мозга, включая функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ), позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ), магнитоэнцефалографию (МЭГ), спектроскопию ядерного магнитного резонанса (ЯМР или МРС), электрокортикографию (ЭКоГ), расчет однофотонной эмиссии. томография (SPECT), спектроскопия ближнего инфракрасного диапазона (NIRS) и оптический сигнал, связанный с событием (EROS). Несмотря на относительно низкую пространственную чувствительность ЭЭГ, «одномерные сигналы из локализованных периферических областей головы делают ее привлекательной благодаря своей упрощенной точности и обеспечивают высокую производительность клинических и фундаментальных исследований». [15] Таким образом, ЭЭГ обладает некоторыми преимуществами перед некоторыми другими методами:
ЭЭГ также имеет некоторые характеристики, выгодно отличающиеся от поведенческого тестирования:
[28]
Одновременные записи ЭЭГ и фМРТ-сканирования были успешно получены, [34] [35] [36] [37], хотя для эффективной одновременной записи требуется преодолеть ряд технических трудностей, таких как наличие баллистокардиографических артефактов, импульсных артефактов МРТ. и индукция электрических токов в проводах ЭЭГ, которые движутся в сильных магнитных полях МРТ. Несмотря на сложность, эти проблемы были успешно преодолены в ряде исследований. [38] [39]
МРТ создает детальные изображения, создаваемые за счет генерации сильных магнитных полей, которые могут вызвать потенциально опасную силу смещения и крутящий момент. Эти поля производят потенциально вредный радиочастотный нагрев и создают артефакты изображения, делающие изображения бесполезными. Из-за этих потенциальных рисков в среде МРТ можно использовать только определенные медицинские устройства.
Аналогичным образом также проводились одновременные записи с помощью МЭГ и ЭЭГ, что имеет несколько преимуществ по сравнению с использованием любого из методов по отдельности:
Недавно комбинированный подход ЭЭГ/МЭГ (ЭМЭГ) был исследован с целью реконструкции источника при диагностике эпилепсии. [41]
ЭЭГ также сочетается с позитронно-эмиссионной томографией . Это дает преимущество, позволяя исследователям увидеть, какие сигналы ЭЭГ связаны с действием различных лекарств в мозге. [42]
Недавние исследования с использованием методов машинного обучения , таких как нейронные сети со статистическими временными характеристиками, извлеченными из данных мозговых волн ЭЭГ лобных долей , показали высокий уровень успеха в классификации психических состояний (расслабленное, нейтральное, сосредоточенное), [43] психических эмоциональных состояний (негативное, нейтральное, Положительный) [44] и таламокортикальная аритмия . [45]
Электрический заряд мозга поддерживается миллиардами нейронов . [46] Нейроны электрически заряжаются (или «поляризуются») мембранными транспортными белками , которые перекачивают ионы через их мембраны. Нейроны постоянно обмениваются ионами с внеклеточной средой, например, для поддержания потенциала покоя и распространения потенциалов действия . Ионы с одинаковым зарядом отталкивают друг друга, и когда множество ионов выталкиваются из многих нейронов одновременно, они могут толкать своих соседей, которые толкают своих соседей, и так далее, в виде волны. Этот процесс известен как объемная проводимость. Когда волна ионов достигает электродов на коже головы, они могут толкать или притягивать электроны к металлу в электродах. Поскольку металл легко проводит вытягивание и вытягивание электронов, разницу в напряжениях выталкивания или вытягивания между любыми двумя электродами можно измерить с помощью вольтметра . Запись этих напряжений с течением времени дает нам ЭЭГ. [47]
Электрический потенциал , генерируемый отдельным нейроном, слишком мал, чтобы его можно было уловить с помощью ЭЭГ или МЭГ. [48] Таким образом, активность ЭЭГ всегда отражает сумму синхронной активности тысяч или миллионов нейронов, имеющих одинаковую пространственную ориентацию. Если клетки не имеют одинаковой пространственной ориентации, их ионы не выстраиваются в линию и создают волны, которые необходимо обнаружить. Считается, что пирамидальные нейроны коры производят наибольшее количество сигналов ЭЭГ, поскольку они хорошо выровнены и срабатывают вместе. Поскольку градиенты поля напряжения падают пропорционально квадрату расстояния, активность глубоких источников обнаружить труднее, чем токи вблизи черепа. [49]
На ЭЭГ кожи головы наблюдаются колебания на разных частотах. Некоторые из этих колебаний имеют характерные диапазоны частот , пространственное распределение и связаны с различными состояниями функционирования мозга (например, бодрствованием и различными стадиями сна ). Эти колебания представляют собой синхронизированную активность в сети нейронов. Нейронные сети, лежащие в основе некоторых из этих колебаний, понятны (например, таламокортикальный резонанс, лежащий в основе веретен сна ), в то время как многие другие неизвестны (например, система, которая генерирует задний основной ритм). Исследования, измеряющие как ЭЭГ, так и спайки нейронов, обнаружили, что взаимосвязь между ними сложна: сочетание мощности ЭЭГ в гамма- диапазоне и фазы в дельта- диапазоне наиболее сильно связано с активностью нейронов. [50]
.jpg/1280px-Electroencephalograph_Neurovisor-BMM_40_(close_view).jpg)
При обычной ЭЭГ кожи головы запись осуществляется путем размещения на коже головы электродов с проводящим гелем или пастой, обычно после подготовки участка кожи головы путем легкой абразивной обработки для уменьшения импеданса из-за омертвевших клеток кожи. Во многих системах обычно используются электроды, каждый из которых прикреплен к отдельному проводу. В некоторых системах используются колпачки или сетки, в которые встроены электроды; это особенно распространено, когда необходимы массивы электродов высокой плотности. [ нужна цитата ]
Расположение и названия электродов указаны в Международной системе 10–20 [51] для большинства клинических и исследовательских применений (за исключением случаев, когда используются массивы высокой плотности). Эта система гарантирует, что наименование электродов будет единообразным в разных лабораториях. В большинстве клинических применений используются 19 записывающих электродов (плюс заземление и системный эталон). [52] При регистрации ЭЭГ новорожденных обычно используется меньшее количество электродов . Дополнительные электроды могут быть добавлены к стандартной установке, когда клиническое или исследовательское приложение требует повышенного пространственного разрешения для определенной области мозга. Массивы высокой плотности (обычно через крышку или сетку) могут содержать до 256 электродов, более или менее равномерно расположенных вокруг кожи головы.
Каждый электрод подключен к одному входу дифференциального усилителя (один усилитель на пару электродов); общий системный опорный электрод подключен к другому входу каждого дифференциального усилителя. Эти усилители усиливают напряжение между активным электродом и эталоном (обычно в 1 000–100 000 раз, или коэффициент усиления по напряжению 60–100 дБ ). В аналоговой ЭЭГ сигнал затем фильтруется (следующий абзац), и сигнал ЭЭГ выводится в виде отклонения ручки при прохождении под ней бумаги. Однако большинство систем ЭЭГ в наши дни являются цифровыми, и усиленный сигнал оцифровывается через аналого-цифровой преобразователь после прохождения через фильтр сглаживания . Аналого-цифровая выборка обычно происходит на частоте 256–512 Гц при клинической ЭЭГ кожи головы; В некоторых исследовательских приложениях используются частоты дискретизации до 20 кГц.
Во время записи может использоваться ряд процедур активации. Эти процедуры могут вызвать нормальную или аномальную активность ЭЭГ, которую иначе невозможно было бы увидеть. Эти процедуры включают гипервентиляцию, фотостимуляцию (стробоскопическим светом), закрытие глаз, умственную активность, сон и депривацию сна. Во время (стационарного) мониторинга эпилепсии пациенту могут быть отменены типичные противосудорожные препараты.
Цифровой сигнал ЭЭГ хранится в электронном виде и может быть отфильтрован для отображения. Типичные настройки фильтра верхних частот и фильтра нижних частот составляют 0,5–1 Гц и 35–70 Гц соответственно. Фильтр верхних частот обычно отфильтровывает медленные артефакты, такие как электрогальванические сигналы и артефакты движения, тогда как фильтр нижних частот отфильтровывает высокочастотные артефакты, такие как электромиографические сигналы. Дополнительный режекторный фильтр обычно используется для устранения помех, вызванных линиями электропередачи (60 Гц в США и 50 Гц во многих других странах). [10]
Сигналы ЭЭГ могут быть записаны с помощью оборудования с открытым исходным кодом, такого как OpenBCI, и сигнал может быть обработан с помощью бесплатно доступного программного обеспечения для ЭЭГ, такого как EEGLAB или Neuroфизиологический Biomarker Toolbox .
В рамках оценки хирургического вмешательства по поводу эпилепсии может потребоваться введение электродов вблизи поверхности мозга, под поверхность твердой мозговой оболочки . Это достигается с помощью фрезерования или краниотомии . Это называется по-разному: «электрокортикография (ЭКоГ)» , «внутричерепная ЭЭГ (И-ЭЭГ)» или «субдуральная ЭЭГ (SD-ЭЭГ)». Глубинные электроды также могут быть помещены в структуры головного мозга, такие как миндалевидное тело или гиппокамп , структуры, которые являются обычными эпилептическими очагами и не могут быть четко «видимы» с помощью ЭЭГ кожи головы. Электрокортикографический сигнал обрабатывается так же, как и цифровая ЭЭГ кожи головы (см. выше), с некоторыми оговорками. ЭКоГ обычно регистрируется с более высокой частотой дискретизации, чем ЭЭГ скальпа, из-за требований теоремы Найквиста — субдуральный сигнал состоит из более высокого преобладания более высокочастотных компонентов. Кроме того, многие артефакты, влияющие на ЭЭГ кожи головы, не влияют на ЭКоГ, и поэтому фильтрация изображения часто не требуется.
Типичный сигнал ЭЭГ взрослого человека имеет амплитуду от 10 до 100 мкВ при измерении на коже головы. [53]
Поскольку сигнал напряжения ЭЭГ представляет собой разность напряжений на двух электродах, отображение ЭЭГ для считывающего энцефалографа может быть настроено одним из нескольких способов. Представление каналов ЭЭГ называется монтажом .
При использовании аналоговых (бумажных) ЭЭГ технолог переключается между монтажами во время записи, чтобы выделить или лучше охарактеризовать те или иные особенности ЭЭГ. При цифровой ЭЭГ все сигналы обычно оцифровываются и сохраняются в определенном (обычно референтном) монтаже; поскольку любой монтаж может быть математически построен из любого другого, электроэнцефалограф может просмотреть ЭЭГ в любом желаемом монтаже.
ЭЭГ читает клинический нейрофизиолог или невролог (в зависимости от местных обычаев и законов в отношении медицинских специальностей ), желательно тот, кто имеет специальную подготовку по интерпретации ЭЭГ для клинических целей. Это делается путем визуального осмотра сигналов, называемых графоэлементами. Использование компьютерной обработки сигналов ЭЭГ – так называемой количественной электроэнцефалографии – является несколько спорным при использовании в клинических целях (хотя существует множество исследовательских применений).
В начале 1990-х годов Бабак Тахери из Калифорнийского университета Дэвис продемонстрировал первые одно- и многоканальные сухие активные электродные матрицы с использованием микрообработки. Конструкция одноканального сухого электрода ЭЭГ и результаты были опубликованы в 1994 году. [56] Также было продемонстрировано, что массивный электрод работает лучше по сравнению с электродами из серебра / хлорида серебра . Устройство состояло из четырех узлов датчиков со встроенной электроникой для снижения шума за счет согласования импедансов . Преимущества таких электродов: (1) не используется электролит, (2) не требуется подготовка кожи, (3) значительно уменьшен размер датчика и (4) совместимость с системами ЭЭГ-мониторинга. Активная электродная решетка представляет собой интегрированную систему, состоящую из массива емкостных датчиков с локальной интегральной схемой, размещенной в корпусе с батареями для питания схемы. Такой уровень интеграции был необходим для достижения функциональных характеристик, получаемых электродом. Электрод был протестирован на электрическом испытательном стенде и на людях в четырех модальностях активности ЭЭГ, а именно: (1) спонтанная ЭЭГ, (2) потенциалы, связанные с сенсорными событиями, (3) потенциалы ствола головного мозга и (4) когнитивные события. - связанные потенциалы. Характеристики сухого электрода выгодно отличаются от стандартных влажных электродов с точки зрения подготовки кожи, отсутствия необходимости в геле (сухой электрод) и более высокого соотношения сигнал/шум. [57]
В 1999 году исследователи из Университета Кейс Вестерн Резерв в Кливленде , штат Огайо , под руководством Хантера Пекхэма использовали 64-электродную тюбетейку ЭЭГ, чтобы вернуть ограниченные движения рук парализованному Джиму Джатичу. Пока Джатич сосредоточился на простых, но противоположных понятиях, таких как вверх и вниз, его результаты ЭЭГ с бета-ритмом были проанализированы с помощью программного обеспечения для выявления закономерностей в шуме. Была определена базовая схема, которая использовалась для управления переключателем: активность выше среднего была включена, ниже средней — выключена. Помимо того, что Ятич позволял управлять компьютерным курсором, сигналы также использовались для управления нервными контроллерами, встроенными в его руки, восстанавливая некоторые движения. [58]
В 2018 году было сообщено о функциональном сухом электроде, состоящем из полидиметилсилоксанового эластомера , наполненного проводящими углеродными нановолокнами . Исследование проводилось в Исследовательской лаборатории армии США . [59] Технология ЭЭГ часто предполагает нанесение геля на кожу головы, что обеспечивает высокое соотношение сигнал/шум. Это приводит к более воспроизводимым и надежным результатам экспериментов. Поскольку пациенты не любят, когда их волосы наполняют гелем, а длительная установка требует наличия обученного персонала, использование ЭЭГ вне лабораторных условий может быть затруднено. [60] Кроме того, было замечено, что производительность датчиков с мокрыми электродами снижается через несколько часов. [59] Поэтому исследования были направлены на разработку сухих и полусухих биоэлектронных интерфейсов ЭЭГ. [ нужна цитата ]
Сигналы сухих электродов зависят от механического контакта. Следовательно, получение полезного сигнала может быть затруднено из-за сопротивления между кожей и электродом. [60] [59] Некоторые системы ЭЭГ пытаются обойти эту проблему, применяя солевой раствор. [61] Другие имеют полусухую природу и выделяют небольшое количество геля при контакте с кожей головы. [60] В другом решении используются подпружиненные штифты. Это может быть неудобно. Они также могут быть опасными, если их использовали в ситуации, когда пациент мог удариться головой, поскольку они могли застрять после ударной травмы. [59]
В настоящее время доступны гарнитуры с сухими электродами, имеющими до 30 каналов. [62] Такие конструкции способны компенсировать некоторое ухудшение качества сигнала, связанное с высокими импедансами, за счет оптимизации предварительного усиления, экранирования и вспомогательных механизмов. [63]
ЭЭГ имеет несколько ограничений. Самым важным является его плохое пространственное разрешение. [64] ЭЭГ наиболее чувствительна к определенному набору постсинаптических потенциалов: генерируемых в поверхностных слоях коры, на гребнях извилин, непосредственно примыкающих к черепу, и радиальных к черепу. Дендриты, которые находятся глубже в коре, внутри борозд , в срединных или глубоких структурах (таких как поясная извилина или гиппокамп ) или производят токи, тангенциальные к черепу, вносят гораздо меньший вклад в сигнал ЭЭГ.
Записи ЭЭГ не фиксируют напрямую потенциалы действия аксонов . Потенциал действия можно точно представить как квадруполь тока , что означает, что результирующее поле убывает быстрее, чем поля, создаваемые текущим диполем постсинаптических потенциалов. [18] Кроме того, поскольку ЭЭГ представляет собой среднее число тысяч нейронов, необходима большая популяция клеток, находящихся в синхронной активности, чтобы вызвать значительные отклонения в записях. Потенциалы действия очень быстрые, и, как следствие, вероятность суммирования полей невелика. Тем не менее, нейронное обратное распространение , как обычно более длинный диполь дендритного тока, может быть обнаружено электродами ЭЭГ и является надежным индикатором возникновения нейронного выхода.
ЭЭГ не только улавливает почти исключительно дендритные токи, а не аксональные токи, они также демонстрируют предпочтение активности в популяциях параллельных дендритов и одновременной передаче тока в одном направлении. Пирамидные нейроны II/III и V слоев коры простирают апикальные дендриты до слоя I. Токи, движущиеся вверх или вниз по этим отросткам, лежат в основе большинства сигналов, вырабатываемых электроэнцефалографией. [65]
Таким образом, ЭЭГ предоставляет информацию с большой погрешностью в отношении выбора типов нейронов и, как правило, не должна использоваться для заявлений о глобальной активности мозга. Мозговые оболочки , спинномозговая жидкость и череп «размазывают» сигнал ЭЭГ, скрывая его внутричерепной источник.
Математически невозможно реконструировать уникальный источник внутричерепного тока для данного сигнала ЭЭГ [10] , поскольку некоторые токи создают потенциалы, которые нейтрализуют друг друга. Это называется обратной задачей . Однако была проделана большая работа для получения удивительно точных оценок, по крайней мере, локализованного электрического диполя , который представляет собой зарегистрированные токи. [ нужна цитата ]
ЭЭГ имеет несколько сильных сторон как инструмент исследования мозговой активности. ЭЭГ может обнаруживать изменения в течение миллисекунд, и это превосходно, учитывая, что потенциалу действия требуется примерно 0,5–130 миллисекунд для распространения по одному нейрону, в зависимости от типа нейрона. [66] Другие методы исследования активности мозга, такие как ПЭТ , фМРТ или фУЗИ, имеют временное разрешение от секунд до минут. ЭЭГ напрямую измеряет электрическую активность мозга, тогда как другие методы регистрируют изменения кровотока (например, ОФЭКТ , фМРТ, фУЗИ) или метаболической активности (например, ПЭТ, БИКС ), которые являются косвенными маркерами электрической активности мозга.
ЭЭГ можно использовать одновременно с фМРТ или фУЗИ, чтобы данные с высоким временным разрешением можно было записывать одновременно с данными с высоким пространственным разрешением, однако, поскольку данные, полученные из каждого из них, происходят в течение разного временного периода, наборы данных не обязательно представляют собой одну и ту же активность мозга. Существуют технические трудности, связанные с объединением ЭЭГ и фМРТ, включая необходимость удаления артефакта градиента МРТ, присутствующего во время получения данных МРТ. Кроме того, в движущихся проводах электродов ЭЭГ могут индуцироваться токи из-за магнитного поля МРТ.
ЭЭГ можно использовать одновременно с БИКС или ФУЗ без особых технических трудностей. Эти методы не влияют друг на друга, и комбинированное измерение может дать полезную информацию об электрической активности, а также о гемодинамике со средним пространственным разрешением.
ЭЭГ отражает коррелированную синаптическую активность, обусловленную постсинаптическим потенциалом корковых нейронов . Ионные токи, участвующие в генерации потенциалов быстрого действия, могут не вносить большого вклада в усредненные потенциалы поля, представляющие ЭЭГ. [48] [67] Более конкретно, считается, что электрические потенциалы скальпа, которые производят ЭЭГ, вызваны внеклеточными ионными токами, вызванными дендритной электрической активностью, тогда как поля, производящие магнитоэнцефалографические сигналы [18] , связаны с внутриклеточными ионными токами. [68]
ЭЭГ обычно описывается с точки зрения (1) ритмической активности и (2) переходных процессов. Ритмическая активность делится на полосы по частоте. В некоторой степени эти частотные диапазоны являются предметом номенклатуры (т. е. любую ритмическую активность между 8–12 Гц можно охарактеризовать как «альфа»), но эти обозначения возникли потому, что было отмечено, что ритмическая активность в определенном частотном диапазоне имеет определенную распространение по коже головы или определенное биологическое значение. Частотные диапазоны обычно извлекаются с использованием спектральных методов (например, Уэлча), как это реализовано, например, в свободно доступном программном обеспечении ЭЭГ, таком как EEGLAB или Neuroфизиологический Biomarker Toolbox . Вычислительную обработку ЭЭГ часто называют количественной электроэнцефалографией (кЭЭГ).
Большая часть церебрального сигнала, наблюдаемого на ЭЭГ кожи головы, попадает в диапазон 1–20 Гц (активность ниже или выше этого диапазона, вероятно, является артефактной при стандартных методах клинической регистрации). Сигналы подразделяются на полосы пропускания, известные как альфа, бета, тета и дельта, что обозначает большую часть ЭЭГ, используемую в клинической практике. [69]
Практика использования в определениях только целых чисел возникла из практических соображений в те времена, когда на бумажных носителях можно было рассчитывать только целые циклы. Это приводит к пробелам в определениях, как видно в других местах на этой странице. Теоретические определения всегда были более тщательно определены и включали все частоты. К сожалению, в стандартных справочных изданиях нет согласия относительно того, какими должны быть эти диапазоны – значения для верхнего предела альфа и нижнего предела бета включают 12, 13, 14 и 15. Если за порог принять 14 Гц, то самая медленная бета-версия волна имеет примерно такую же длительность, как и самый длинный всплеск (70 мс), что делает это значение наиболее полезным.
«Сверхмедленная» или «околопостоянная » активность регистрируется с использованием усилителей постоянного тока в некоторых исследовательских целях. Обычно его не регистрируют в клиническом контексте, поскольку сигнал на этих частотах подвержен ряду артефактов.
Некоторые особенности ЭЭГ скорее преходящи, чем ритмичны. Спайки и острые волны могут отражать судорожную активность или межприступную активность у лиц с эпилепсией или предрасположенностью к эпилепсии. Другие переходные характеристики являются нормальными: в нормальном сне наблюдаются вертексные волны и сонные веретена.
Существуют виды активности, которые статистически редки, но не связаны с дисфункцией или заболеванием. Их часто называют «нормальными вариантами». Мю-ритм является примером нормального варианта.
Нормальная электроэнцефалограмма (ЭЭГ) зависит от возраста. Пренатальная ЭЭГ и неонатальная ЭЭГ сильно отличаются от ЭЭГ взрослых. У плодов в третьем триместре и новорожденных наблюдаются два общих паттерна активности мозга: «прерывистый» и «чередующийся след». «Прерывистая» электрическая активность означает резкие всплески электрической активности, за которыми следуют волны низкой частоты. «Следовая альтернантная» электрическая активность описывает резкие всплески, за которыми следуют короткие интервалы с высокой амплитудой, и обычно указывает на спокойный сон новорожденных. [81] ЭЭГ в детстве обычно имеет более медленные колебания частоты, чем ЭЭГ у взрослых.
Нормальная ЭЭГ также варьируется в зависимости от состояния. ЭЭГ используется наряду с другими измерениями ( ЭОГ , ЭМГ ) для определения стадий сна при полисомнографии . I стадия сна (эквивалентная сонливости в некоторых системах) проявляется на ЭЭГ выпадением заднего основного ритма. Может наблюдаться увеличение тета-частот. Сантамария и Чьяппа каталогизировали ряд разнообразных закономерностей, связанных с сонливостью. Для сна II стадии характерны сонные веретена — кратковременные пробежки ритмической активности в диапазоне 12–14 Гц (иногда называемые «сигма-диапазоном») с лобно-центральным максимумом. Большая часть активности на стадии II находится в диапазоне 3–6 Гц. Стадии сна III и IV определяются наличием дельта-частот и часто называются «медленноволновым сном». Стадии I–IV включают медленный (или «медленный») сон. ЭЭГ в фазе быстрого сна (быстрое движение глаз) чем-то похожа на ЭЭГ бодрствования.
ЭЭГ под общей анестезией зависит от типа применяемого анестетика. При использовании галогенированных анестетиков, таких как галотан, или внутривенных препаратов, таких как пропофол , на большей части кожи головы, особенно спереди, наблюдается быстрый (альфа или низкий бета) нереактивный паттерн ЭЭГ; В некоторых старых терминах это было известно как паттерн WAR (широко распространенный передний быстрый), в отличие от паттерна WAIS (широко распространенный медленный), связанного с высокими дозами опиатов . Эффекты анестезии на сигналы ЭЭГ начинают понимать на уровне действия лекарств на различные виды синапсов и цепей, которые обеспечивают синхронизацию активности нейронов. [82]
ЭЭГ — чрезвычайно полезный метод изучения активности мозга, но измеряемый сигнал всегда испорчен артефактами , которые могут повлиять на анализ данных. Артефакт — это любой измеренный сигнал, который не возникает в мозге. Хотя существует множество алгоритмов удаления артефактов, проблема того, как с ними бороться, остается открытым вопросом. Источником артефактов могут быть проблемы, связанные с инструментом, такие как неисправные электроды, линейный шум или высокое сопротивление электрода, или они могут быть связаны с физиологией записываемого субъекта. Это может включать моргание и движение глаз, сердечную деятельность и мышечную активность, и эти типы артефактов сложнее удалить. Артефакты могут искажать визуальную интерпретацию данных ЭЭГ, поскольку некоторые из них могут имитировать когнитивную активность, что может повлиять на диагностику таких проблем, как болезнь Альцгеймера или нарушения сна. Таким образом, удаление таких артефактов из данных ЭЭГ, используемых для практических приложений, имеет первостепенное значение. [83]
Важно уметь отличать артефакты от подлинной мозговой активности, чтобы не допустить неверных интерпретаций данных ЭЭГ. Общими подходами к удалению артефактов из данных являются предотвращение, отклонение и аннулирование. Целью любого подхода является разработка методологии, способной идентифицировать и удалять артефакты, не влияя на качество сигнала ЭЭГ. Поскольку источники артефактов весьма различны, большинство исследователей сосредотачиваются на разработке алгоритмов, которые будут идентифицировать и удалять один тип шума в сигнале. Простая фильтрация с использованием режекторного фильтра обычно используется для отклонения компонентов с частотой 50/60 Гц. Однако такие простые фильтры не являются подходящим выбором для борьбы со всеми артефактами, поскольку в некоторых случаях их частоты будут перекрываться с частотами ЭЭГ.
Алгоритмы регрессии имеют умеренную вычислительную стоимость и просты. Они представляли собой наиболее популярный метод коррекции вплоть до середины 1990-х годов, когда они были заменены методами типа «слепого разделения источников». Алгоритмы регрессии основаны на предположении, что все артефакты состоят из одного или нескольких эталонных каналов. Вычитание этих опорных каналов из других загрязненных каналов либо во временной, либо в частотной области путем оценки влияния опорных каналов на другие каналы скорректирует каналы на наличие артефактов. Хотя требование эталонных каналов в конечном итоге приводит к замене этого класса алгоритмов, они по-прежнему представляют собой эталон, по которому оцениваются современные алгоритмы. [84] Алгоритмы слепого разделения источников (BSS), используемые для удаления артефактов, включают анализ главных компонентов (PCA) и анализ независимых компонентов (ICA), и несколько алгоритмов этого класса успешно справляются с большинством физиологических артефактов. [84]
Глазные артефакты существенно влияют на сигнал ЭЭГ. Это происходит из-за движений глаз, вызывающих изменение электрических полей вокруг глаз, искажающих электрическое поле над кожей головы, и, поскольку ЭЭГ записывается на коже головы, это, следовательно, искажает записанный сигнал. Среди исследователей существуют разногласия: некоторые утверждают, что глазные артефакты являются или могут быть обоснованно описаны как единый генератор, в то время как другие утверждают, что важно понимать потенциально сложные механизмы. Для объяснения глазного артефакта были предложены три потенциальных механизма.
Первый - это дипольное движение роговицы и сетчатки, которое утверждает, что между роговицей и сетчаткой образуется электрический диполь , поскольку первый заряжен положительно, а второй - отрицательно. Когда глаз движется, то же самое происходит и с диполем, который воздействует на электрическое поле над кожей головы. Это самый стандартный вид. Второй механизм - это движение диполя сетчатки, которое похоже на первый, но отличается тем, что утверждает, что существует разность потенциалов, следовательно, диполь через сетчатку, при этом роговица оказывает незначительное влияние. Третий механизм – движение век. Известно, что при движении века происходит изменение напряжения вокруг глаз, даже если глазное яблоко этого не делает. Считается, что веко можно охарактеризовать как источник скользящего потенциала и что влияние моргания на записанную ЭЭГ отличается от воздействия движения глаз. [85]
Артефакты характерного типа трепетания век ранее назывались каппа-ритмом (или каппа-волнами). Обычно его можно увидеть в префронтальных отведениях, то есть прямо над глазами. Иногда их можно увидеть при умственной деятельности. Обычно они находятся в диапазоне Тета (4–7 Гц) или Альфа (7–14 Гц). Они были названы так потому, что считалось, что они происходят из мозга. Более позднее исследование показало, что они возникают из-за быстрого трепетания век, иногда настолько незначительного, что его было трудно увидеть. На самом деле они представляют собой шум в показаниях ЭЭГ, и технически их не следует называть ритмом или волной. Поэтому в настоящее время в электроэнцефалографии это явление называют артефактом трепетания век, а не каппа-ритмом (или волной). [86]
На распространение глазного артефакта влияет множество факторов, включая свойства черепа субъекта, нейронных тканей и кожи, но сигнал можно аппроксимировать как обратно пропорциональный расстоянию от квадрата глаз. Электроокулограмма (ЭОГ) состоит из серии электродов, измеряющих изменения напряжения вблизи глаза, и является наиболее распространенным инструментом для устранения артефактов движения глаз в сигнале ЭЭГ . [85]
Еще одним источником артефактов являются различные движения мышц по телу. Этот конкретный класс артефактов обычно регистрируется всеми электродами на коже головы вследствие миогенной активности (повышение или понижение артериального давления). Происхождение этих артефактов не имеет единого места и возникает из функционально независимых групп мышц, то есть характеристики артефакта не являются постоянными. Наблюдаемые закономерности, связанные с мышечными артефактами, будут меняться в зависимости от пола субъекта, конкретной мышечной ткани и степени ее сокращения. Частотный диапазон мышечных артефактов широк и перекрывается со всеми классическими ритмами ЭЭГ. Однако большая часть мощности сосредоточена в нижнем диапазоне наблюдаемых частот от 20 до 300 Гц, что делает гамма-диапазон особенно восприимчивым к мышечным артефактам. Некоторые мышечные артефакты могут иметь активность с частотой всего 2 Гц, поэтому мышечная активность также может влиять на дельта- и тета-диапазоны. Мышечные артефакты могут влиять на исследования сна, поскольку бессознательные движения бруксизма (скрежета зубами) или храп могут серьезно повлиять на качество записанной ЭЭГ. Кроме того, на записи пациентов с эпилепсией может существенно влиять наличие мышечных артефактов. [87]
Потенциал сердечной деятельности приводит к ошибкам электрокардиографа (ЭКГ) в ЭЭГ. [88] Артефакты, возникающие вследствие сердечной деятельности, можно устранить с помощью эталонного сигнала ЭКГ. [83]
Глоссокинетические артефакты возникают из-за разницы потенциалов между основанием и кончиком языка. Незначительные движения языка могут исказить ЭЭГ, особенно при паркинсонизме и треморе . [ нужна цитата ]
Помимо артефактов, генерируемых телом, многие артефакты происходят извне. Движение пациента или даже простое положение электродов может вызвать толчки электродов , всплески, возникающие из-за мгновенного изменения импеданса данного электрода. Плохое заземление электродов ЭЭГ может вызвать значительные артефакты на частоте 50 или 60 Гц, в зависимости от частоты местной энергосистемы . Третьим источником возможных помех может быть наличие капельницы ; такие устройства могут вызывать ритмичные, быстрые всплески низкого напряжения, которые можно принять за всплески. [ нужна цитата ]
Аномальную активность можно условно разделить на эпилептиформную и неэпилептиформную активность. Его также можно разделить на очаговый и диффузный.
Фокальные эпилептиформные разряды представляют собой быстрые синхронные потенциалы в большом количестве нейронов в несколько дискретной области мозга. Они могут возникать в виде межприступной активности между приступами и представлять собой область корковой раздражительности, которая может быть предрасположена к возникновению эпилептических припадков. Межприступные разряды не являются полностью надежными для определения того, болен ли пациент эпилепсией или где могут возникнуть приступы. (См. фокальную эпилепсию .)
Генерализованные эпилептиформные разряды часто имеют передний максимум, но наблюдаются синхронно по всему мозгу. Они сильно наводят на мысль о генерализованной эпилепсии.
Очаговая неэпилептиформная аномальная активность может возникать в участках головного мозга с очаговым поражением коры или белого вещества . Оно часто состоит из увеличения медленночастотных ритмов и/или утраты нормальных более высокочастотных ритмов. Это также может проявляться в виде очагового или одностороннего снижения амплитуды сигнала ЭЭГ.
Диффузная неэпилептиформная аномальная активность может проявляться в виде диффузных аномально медленных ритмов или двустороннего замедления нормальных ритмов, таких как PBR.
Электроды для интракортикальной энцефалограммы и субдуральные электроды можно использовать в тандеме для выявления и дискретизации артефактов, связанных с эпилептиформными и другими тяжелыми неврологическими явлениями.
Более продвинутые методы измерения аномальных сигналов ЭЭГ также недавно привлекли внимание как возможные биомаркеры различных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера . [89]
Системы декодирования воображаемой речи по ЭЭГ имеют приложения, например, в интерфейсах мозг-компьютер . [90]
Министерство обороны (DoD) и Управление по делам ветеранов (VA), а также Исследовательская лаборатория армии США (ARL) сотрудничали в области ЭЭГ-диагностики с целью выявления черепно-мозговой травмы легкой и средней степени тяжести (mTBI) у боевых солдат. [91] В период с 2000 по 2012 год 75 процентов черепно-мозговых травм в ходе военных операций в США были классифицированы как mTBI. В ответ Министерство обороны разработало новые технологии, способные быстро, точно, неинвазивно и в полевых условиях обнаруживать mTBI для устранения этой травмы. [91]
У военнослужащих часто развиваются посттравматическое стрессовое расстройство и мтЧМТ во взаимосвязи. Оба состояния проявляются измененными низкочастотными колебаниями мозговых волн. [92] Измененные мозговые волны у пациентов с посттравматическим стрессовым расстройством проявляются уменьшением низкочастотных колебаний, тогда как травмы mTBI связаны с увеличением низкочастотных волновых колебаний. Эффективная ЭЭГ-диагностика может помочь врачам точно определить состояние и соответствующим образом лечить травмы, чтобы смягчить долгосрочные последствия. [93]
Традиционно клиническая оценка ЭЭГ включала визуальный осмотр. Вместо визуальной оценки топографии колебаний мозговых волн количественная электроэнцефалография (кЭЭГ), компьютеризированные алгоритмические методологии, анализирует конкретную область мозга и преобразует данные в значимый «спектр мощности» этой области. [91] Точная дифференциация между mTBI и посттравматическим стрессовым расстройством может значительно увеличить положительные результаты выздоровления пациентов, особенно с учетом того, что долгосрочные изменения в нейронной коммуникации могут сохраняться после первоначального случая mTBI. [93]
Еще одним распространенным измерением, сделанным на основе данных ЭЭГ, являются измерения сложности, такие как сложность Лемпеля-Зива , фрактальная размерность и спектральная плоскостность [15] , которые связаны с конкретными патологиями или стадиями патологии.
Недорогие устройства ЭЭГ существуют для недорогих исследований и потребительских рынков. Недавно несколько компаний миниатюризировали технологию ЭЭГ медицинского уровня, чтобы создать версии, доступные широкой публике. Некоторые из этих компаний создали коммерческие устройства ЭЭГ, которые продаются в розницу менее чем за 100 долларов США.
ЭЭГ использовалась для многих целей, помимо обычного применения в клинической диагностике и традиционной когнитивной нейробиологии. Первое использование было во время Второй мировой войны авиационным корпусом армии США для выявления пилотов, которым грозил припадок; [106] долгосрочные записи ЭЭГ у пациентов с эпилепсией до сих пор используются для прогнозирования приступов . Нейрообратная связь остается важным расширением, и в ее наиболее развитой форме также пытаются использовать ее в качестве основы мозговых компьютерных интерфейсов . [107] ЭЭГ также довольно широко используется в области нейромаркетинга .
На ЭЭГ влияют лекарства, влияющие на функции мозга, химические вещества, составляющие основу психофармакологии . Ранние эксперименты Бергера зафиксировали влияние лекарств на ЭЭГ. Наука фармако-электроэнцефалографии разработала методы выявления веществ, которые систематически изменяют функции мозга для терапевтического и развлекательного использования.
Honda пытается разработать систему, которая позволит оператору управлять своим роботом Asimo с помощью ЭЭГ — технологии, которую компания в конечном итоге надеется внедрить в свои автомобили. [108]
ЭЭГ использовались в качестве доказательства в уголовных процессах в индийском штате Махараштра . [109] [110] Профилирование сигнатуры электрических колебаний мозга (BEOS), метод ЭЭГ, использовался в судебном процессе по делу штата Махараштра против Шармы, чтобы показать, что Шарма помнит, как использовала мышьяк для отравления своего бывшего жениха, хотя надежность и научная основа BEOS оспаривается. [111]
В настоящее время проводится множество исследований с целью сделать устройства ЭЭГ меньше, портативнее и проще в использовании. Так называемая «носимая ЭЭГ» основана на создании маломощной беспроводной электроники и «сухих» электродов, которые не требуют использования проводящего геля. [112] Целью портативной ЭЭГ является создание небольших устройств ЭЭГ, которые размещаются только на голове и которые могут записывать ЭЭГ в течение нескольких дней, недель или месяцев, как ушная ЭЭГ . Такой продолжительный и простой в использовании мониторинг может существенно изменить диагностику хронических заболеваний, таких как эпилепсия, и значительно улучшить признание систем BCI конечными пользователями. [113] Также проводятся исследования по поиску конкретных решений для увеличения срока службы батарей портативных ЭЭГ-устройств за счет использования подхода к сокращению данных.
В научных исследованиях в настоящее время ЭЭГ часто используется в сочетании с машинным обучением . [114] Данные ЭЭГ предварительно обрабатываются, а затем передаются алгоритмам машинного обучения. Затем эти алгоритмы обучаются распознавать различные заболевания, такие как шизофрения , [115] эпилепсия [116] или деменция . [117] Кроме того, они все чаще используются для изучения обнаружения припадков. [118] [119] [120] [121] С помощью машинного обучения данные можно анализировать автоматически. В долгосрочной перспективе это исследование направлено на создание алгоритмов, которые помогут врачам в их клинической практике [122] и обеспечат дальнейшее понимание заболеваний. [123] В этом ключе часто рассчитываются меры сложности данных ЭЭГ, такие как сложность Лемпеля-Зива , фрактальная размерность и спектральная плоскостность . [15] Было показано, что объединение или умножение таких измерений может выявить ранее скрытую информацию в данных ЭЭГ. [15]
Сигналы ЭЭГ от музыкальных исполнителей были использованы для создания мгновенных композиций и одного компакт-диска в рамках проекта Brainwave Music Project, запущенного в Компьютерном музыкальном центре Колумбийского университета Брэдом Гартоном и Дэйвом Солдером . [ нужна цитата ] Точно так же часовая запись мозговых волн Энн Друян была включена в «Золотую пластинку «Вояджера» , запущенную на зондах «Вояджер» в 1977 году, на случай, если какой-либо внеземной разум сможет расшифровать ее мысли, включая то, каково это было влюбляться. [ нужна цитата ]
В 1875 году Ричард Кейтон (1842–1926), врач, практикующий в Ливерпуле , представил в «Британском медицинском журнале» свои выводы об электрических явлениях обнаженных полушарий головного мозга кроликов и обезьян . В 1890 году польский физиолог Адольф Бек опубликовал исследование спонтанной электрической активности мозга кроликов и собак, включавшей ритмические колебания, изменяемые светом. Бек начал эксперименты по изучению электрической активности мозга животных. Бек поместил электроды прямо на поверхность мозга, чтобы проверить сенсорную стимуляцию. Его наблюдения за колебаниями активности мозга привели к выводу о мозговых волнах. [124]
В 1912 году украинский физиолог Владимир Владимирович Правдич-Неминский опубликовал первую ЭЭГ животных и вызванный потенциал млекопитающего ( собаки ). [125] В 1914 году Наполеон Цибульский и Еленска-Мацишина сфотографировали записи ЭЭГ экспериментально вызванных судорог. [ нужна цитата ]
Немецкий физиолог и психиатр Ганс Бергер (1873–1941) записал первую человеческую ЭЭГ в 1924 году . описывается «как одно из самых удивительных, замечательных и важных событий в истории клинической неврологии». [127] Его открытия были впервые подтверждены британскими учёными Эдгаром Дугласом Адрианом и БХК Мэтьюзом в 1934 году и развиты ими.
В 1934 году Фишер и Ловенбах впервые продемонстрировали эпилептиформные спайки. В 1935 году Гиббс , Дэвис и Леннокс описали межприступные пиковые волны и структуру клинических абсансных приступов с тремя циклами в секунду , что положило начало области клинической электроэнцефалографии. [128] Впоследствии, в 1936 году Гиббс и Джаспер сообщили о межприступном спайке как о фокальном признаке эпилепсии. В том же году первая лаборатория ЭЭГ открылась в Массачусетской больнице общего профиля. [ нужна цитата ]
Франклин Оффнер (1911–1999), профессор биофизики Северо-Западного университета, разработал прототип ЭЭГ, включающий в себя пьезоэлектрический пишущий устройство, называемое кристаллографом (все устройство обычно называлось динографом Оффнера).
В 1947 году было основано Американское общество ЭЭГ и проведен первый Международный конгресс ЭЭГ. В 1953 году Азеринский и Клейтман описали быстрый сон .
В 1950-х годах Уильям Грей Уолтер разработал дополнение к ЭЭГ, названное топографией ЭЭГ, которое позволило составить карту электрической активности на поверхности мозга. В 1980-е годы эта теория пользовалась непродолжительным успехом и казалась особенно многообещающей для психиатрии. Он никогда не был принят неврологами и остается в первую очередь исследовательским инструментом.
Система электроэнцефалографа производства Beckman Instruments использовалась по крайней мере в одном из пилотируемых космических полетов проекта «Джемини» (1965–1966) для мониторинга мозговых волн астронавтов во время полета. Это был один из многих инструментов Beckman, специализирующихся на НАСА и используемых им. [129]
Первый случай использования ЭЭГ для управления физическим объектом — роботом — произошел в 1988 году. Робот следовал по линии или останавливался в зависимости от альфа-активности субъекта. Если испытуемый расслабится и закроет глаза, тем самым увеличивая альфа-активность, бот начнет двигаться. Если открыть глаза и уменьшить альфа-активность, робот остановится на траектории. [130]
В октябре 2018 года ученые соединили мозги трех человек, чтобы поэкспериментировать с процессом обмена мыслями. В эксперименте с использованием ЭЭГ участвовали пять групп по три человека. Успешность эксперимента составила 81%. [131]
