Энцефалограмма: хорошая, плохая, твоя, или ритмы мозга и как их готовить

От редакции. Публикуем здоровенный авторский материал нашего эстонского коллеги и пиратского прислужника демона Саенса, посвящённый электроэнцефалографии. От истории метода и границ его применимости до краткого экскурса в теорию нейрообратной связи, ритмику головного мозга и то, как выбрать энцефалограф для личных нужд, фильтровать шумы и правильно накладывать электроды. Неповторимый авторский стиль прилагается.

Многие из вас слышали про ЭЭГ и знают некоторые принципы её работы. Другие замечали её упоминание в массовой культуре и повседневной речи. Электроэнцефалография — один из самых сложных методов анализа мозговой активности и один из самых доступных: лет через пять нейродевайсы пробьют свой путь на рынок и ЭЭГ станет вторым после tDCS ящичком в твоём кармане, _username. Уже сейчас мы видим коллективы потрясающих людей, бьющихся над благородной проблемой дешёвого бытового энцефалографа — для медитаций, улучшения самочувствия и отладки психических процессов. Всё громче слышны названия OpenEEG и OpenBCI, окружённые плеядами малых проектов, объединённых общей мечтой. Не стимуляция мозга, а именно чтение мозговой информации, по моему мнению, приведёт к прорыву в бытовой психомашинерии: потому что мозг сам справляется с задачей отладки — был бы индикатор, указывающий правильный путь. ЭЭГ и есть этот индикатор.

Хотя, энцефалограмма не то, чем кажется. Все её стадии — от монтажа электродов до анализа данных — требуют серьёзной работы. Как будто мало забот, ЭЭГ ещё и косвенный показатель. До сих пор нет единой теории, что конкретно порождает её сигнал. Зато есть правильная фраза профессора Аллахвердова: “Мы изучаем работу мозга так, как если бы изучали работу компьютера по шуму кулера”. Это именно про ЭЭГ.

Поэтому электроэнцефалограф — хороший, плохой и твой инструмент. В скором будущем, к которому мы все причастны, ЭЭГ выйдет за рамки лабораторий и интерфейсов мозг-компьютер — которые не такая уж и сложная проблематика — в область бытовых нейротерапии и нейрообратной связи. В этом коротком обзоре, не претендующем ни на избыточность, ни на абсолютную правоту, мы разберёмся, как это работает и как с этим можно работать.

1. Сигнал ЭЭГ. Энцефалограф

 

В задачи очерка не входит история, потому не станем останавливаться на том, когда и кем была записана первая энцефалограмма. Она была записана в 1928-м Гансом Бергером. Современная ЭЭГ представляет из себя запись электрической активности с поверхности головы от нескольких десятков электродов — похожую на картинку с сейсмографа. Первые показатели, с которыми сталкивается исследователь, — это амплитуда, то есть сила сигнала, показанная как высота волны, и частота — то, как часто эти волны повторяются в единицу времени. Амплитуду меряют в микровольтах, в среднем она колеблется от нуля до двухсот. Это слабый, трудно регистрируемый ток, требующий очень хорошего соединения с головой. Для достижения большей чувствительности изредка применяют электрокортикографию — когда электроды слегка вживляются в скальп. Этот не слишком гуманный метод требует предельных обоснований и веских причин, ЭЭГ же относится к т. н. неинвазивным, то есть не проникающим в голову инструментам. Из разновидностей неинвазивных электродов можно выделить “жидкие”, “активные” и “сухие”. Жидкие требуют наличия специального токопроводящего геля, похожего на вязкую слизь, который обычно заливается в дырки, расчищенные от волос зубочисткой, и после эксперимента девушки-испытуемые просят лабораторный душ.

Сухие, соответственно, не требуют. Стоит ли говорить, какой тип электродов является золотым стандартом в когнитивной нейронауке?

Вопрос, какие электроды лучше, всё же довольно сложен. В нейрооргáне я использовал сухие активные от OpenEEG, но шумели они, как бур на Кольской сверхглубокой. Почему нельзя выяснить, какой тип электродов работает лучше? Потому что академии ещё не договорились о стандартах их контрастного анализа, а также из-за противоречивости ЭЭГ, о которой пойдёт речь далее. Нужно больше данных и сравнений, и тот факт, что не существует двух одинаковых энцефалограмм, не упрощает задачу. Вместе с тем сухие электроды, вероятно, вытеснят жидкие в бытовых приборах.

Помимо того, электроды делятся на активные и пассивные. Активные снабжены некоторыми электросхемами на поверхности, позволяющими усиливать сигнал. Почему же не использовать только активные электроды? Потому что активные электроды очень чувствительны и к помехам, отчего падает статистическая мощность исследования с их участием. Тогда можно ли их вообще применять? Да, но с большим числом экспериментальных проб. То есть эксперименты будут длиннее. Зато не нужно возиться с подготовкой головы, гелями и душем впоследствии. Логично ли использовать активные сухие электроды для бытового энцефалографа? Зависит от поставленных вами целей, но поскольку такой ответ ничего не объясняет, скажу, что да.

Поговорим про генерацию сигнала ЭЭГ. Это одна из самых важных вещей, которые необходимо понять. Если сама энцефалограмма — это электрическое поле на поверхности головы, которое мы считываем, то что именно в мозге его создаёт? Возможно, вы удивитесь, но ответ окажется несколько длинным.

Вспомним азы нейроанатомии. В мозге есть белое и серое вещества: серое — это тела нервных клеток, нейронов. Белое — это миелин, защитное покрытие, которое создают глиальные клетки, до недавнего времени считавшиеся служебными и помогающими нейронам с метаболизмом. Теперь у глиальных клеток находят много других ролей — и это перспективная, отдельная область исследований. Миелин защищает и совершенствует проводящие пути мозга, которые состоят из пучков аксонов. Аксон — это очень длинный отросток нейрона, который передаёт сигнал на другой нейрон.

У одного нейрона, как правило, один аксон, но может быть и несколько. Аксон может разветвляться, но не сильно. Проводящие пути состоят из десятков тысяч аксонов, идущих от одних нейронов к другим. Можно сказать, мозг ими пронизан. Надо ли запоминать эти подробности детально? Необязательно. Хотя для ответа на вопрос, откуда берётся сигнал с ЭЭГ, они пригодятся. Итак, аксон передаёт сигнал от нейрона к нейрону, а принимает — дендрит. Дендрит — очень интересная структура, названная так из-за своей древовидности. Это отходящая от тела нейрона разветвлённая сеть, к которой присоединены десятки тысяч аксонов. Такое соединение называется синапс. Некоторые синапсы могут возбуждать нервную клетку, иные — затормаживать. Если сумма сигналов будет в пользу возбуждающих и определённый порог будет достигнут — нейрон сгенерирует потенциал действия — электрический разряд — и пошлёт на дендриты других нейронов через аксон. То есть сам засигналит.

Модель, конечно, упрощена. Во-первых, аксоны выходят не только на дендриты: есть аксо-аксональные и аксо-соматические соединения. Первые соединяются с другими аксонами, другие подходят непосредственно к телу нейрона. Такая логика имеет смысл: допустим, сигнал от Х экстремально важен — тогда аксон коммутирует непосредственно на клетку и получает прямой доступ к ней, минуя “голосование” на дендритах. На дендритах тысячи возбуждающих и тысячи тормозящих сигналов складываются, предопределяя, будет ли возбуждение или торможение, но независимо от их суммы — этот критический сигнал Х достигнет своего результата напрямую.

То есть нейроны в мозге посылают друг другу сигнал через аксоны. Большинство аксонов приходят на дендриты, где потенциалы суммируются. Разряд нейрона после достаточной активации — это потенциал действия. Есть тормозящие и есть возбуждающие нейроны: первые тормозят активацию тех, к кому они присоединены, другие, наоборот, усиливают.

Картина, нарисованная здесь, очень приблизительная, но её уже достаточно для ответа. В мозге существует множество видов нервных клеток, различающихся по функциям, размеру и форме, числу аксонов и дендритов: звездчатые, пирамидные, интернейроны и прочие. Во-первых, считается, что сигнал, который мы видим, производят пирамидные нейроны. Пирамидные — самые крупные, иногда сверхмассивные по меркам нервной клетки, с телами, напоминающими пирамиду. Представим, что пирамидка перевёрнута: из её основания выходит апикальный — обращённый к поверхности мозга — дендрит. Из вершины, смотрящей вниз, спускается длинный аксон.

То есть пирамидные нейроны производят сигнал для ЭЭГ?

Практически. Когда сигнал с аксона приходит на дендрит, тот, условно говоря, становится заряжен положительно (вернее, менее отрицательно, чем было). Вокруг него формируется положительно заряженное электрическое поле. Тело нейрона, находящееся в относительном отдалении, всё ещё остаётся отрицательно заряженным. Это создаёт так называемый диполь: положительный заряд на одном конце и отрицательный на другом. Когда миллиарды этих диполей возникают синхронно, сила их становится достаточной, чтобы быть уловленной электродами. Во-вторых, сигнал, который мы видим на ЭЭГ, производят не все пирамидные клетки — и большинство из тех, что производят, расположены перпендикулярно поверхности головы. Почему так? Потому что электрические поля довольно слабы и в такой конфигурации они лучше регистрируются.

То есть ЭЭГ ловит слабые флуктуаций лишь некоторых, а именно перпендикулярных черепу пирамидных нейронов, чьи дендриты находятся в близких к поверхности головы мозговых слоях, и весь прочий цирк никак не учитывает? Да. Более того, работа “всей прочей” конницы чаще всего всплывает в виде разнообразных и нежелательных, требующих фильтрации шумов. Тогда есть ли от этого всего прок? Тоже да.

Можно ли сказать, что картину ЭЭГ рисуют сигналы некоторых перпендикулярных поверхности головы пирамидных нейронов?

Увы, сказать это с точностью нельзя. Есть пара нюансов:

  1. Помимо аксо-дендритных, существуют аксо-соматические соединения, которые переворачивают диполь. А это значит, что мы не можем точно сказать, что отражает электрическое поле конкретного дендрита: сам сигнал (деполяризацию) или фазу молчания (реполяризацию).
  2. Во-вторых, пока поле дойдёт до головы, пройдёт некоторое время. Пусть и очень короткое.
  3. В-третьих, исследования отношений нейронного импульса и энцефалограммы продолжаются.

 

Короче, Склифосовский, в тот миг, когда амплитуда на ЭЭГ идёт вверх, значит ли это, что какие-то из тех пирамидных нейронов синхронно сигналили или, наоборот, в это мгновение они синхронно молчали? Можно ли сказать, глядя на ЭЭГ: ага, вот там и тогда они были активны?

Да чтобы я знал. Однако будем считать, что да. Поскольку мы пробуем разобраться, как всё на самом деле работает, ответ не будет лёгким. А потому даже хорошо, что постановка именно этого вопроса лишена практического смысла. Мы видим синхронную активность, и нам ясно, что она так или иначе связана с импульсами. Произошёл ли импульс в эту самую миллисекунду или чуть до-после, не сильно важно, ведь этот импульс суммарный, а значит, всё равно абстрагированный от единичной клетки. Если всё-таки углубляться в вопрос, можно найти цитаты вроде “мы также обнаружили, что низкочастотные компоненты локального электрического поля сильнее всего коррелируют с силой ЭЭГ-ответа”, намекающие на то, что эти отношения ещё и неоднородны. Тех, кого интересует именно этот вопрос, направим по следу “local field potential — EEG relations” в google scholar, тем временем возвращаясь к основному:

Что же порождает энцефалограмму?

Энцефалограмму порождают электрические поля на дендритах некоторых пирамидных нейронов, перпендикулярно расположенных к поверхности головы. Чем сильнее амплитуда (выше волна), тем больше нейронов разряжаются одновременно.

А чем сильнее частота — тем чаще.

2. Ритмы

 

Метафора про компьютер и кулер теперь раскрыта. Как же учёные связывают феномены на ЭЭГ с психофизиологическими процессами при подобной зыбкости? В основном через корреляции и свидетельства из смежных исследований: экспериментов со вживлёнными микроэлектродами, а также нейропсихологических, анатомических, фармакологических, оптогенетических, фМРТ- или ПЭТ-опытов. Может сложиться впечатление, что другие методы придают ЭЭГ легитимность. Это не так. Ошибочно рассматривать энцефалограмму как младшую сестру томограммы, свысока: у любого инструмента нейровизуализации есть свои границы, за которыми он работает плохо, а внутри — хорошо. ЭЭГ успешнее всего работает со временем. Кстати, некоторые мозговые патологии, заметные на ЭЭГ, МРТ почти не видит.

Полученное с каждого электрода изображение, которое мы видим на мониторе в реальном времени, напоминает волны. Первое, что обращает на себя внимание, это ритмическая структура волн.

Наличие ритмов говорит о том, что как минимум на уровне некоторых клеток мозга существует синхронная и повторяющаяся активность. Жизнь вся ритмична, потому неудивительно. ЭЭГ принято делить на сверхмедленные, дельта-, тета-, альфа-, мю-, бета- и гамма-ритмы.

2.1. Сверхмедленные колебания

Они не регистрируются на обычной ЭЭГ и требуют электрокортикографии. Либо специальных экспериментальных протоколов и очень хороших энцефалографов. Диапазон этих частот 0—0,5 Гц, сами они разделяются на дзета-, тау-, эпсилон-, чьи имена звучат таинственно и незнакомо. Поскольку они сверхмедленны, их соотносят с масштабными и долгоиграющими системными явлениями, а не текущими событиями, как привычные ритмы на ЭЭГ.

Сверхмедленные волны связывают с механизмами адаптации, стрессоустойчивостью, воздействием ксенобиотиков, использованием биологических резервов и даже гипнозом. Так, ещё в 70-е года в АН СССР были исследования об изменении этих волн (тау-ритма, или декасекундных колебаний) при переходе в гипнотический транс и обратно. Можно сказать, что перед нами — нейрокоррелят гипноза.

С тау-ритмами связана ещё одна великолепная гипотеза, предложенная в университете Тюбингена в те же 70-е. Возможно, когда мозг готовится получить какой-то стимул или совершить операцию, требующую активации определённых нейронных сетей, дендриты этих сетей заранее получают возбуждающие импульсы от аксонов, чтобы облегчить последующее действие, требующее их разряда. Сеть как бы слегка намагничивают, облегчая её включение. Эксперименты группы показали, что распознавание объекта, едва преодолевающего порог чувствительности, усиливалось в отрицательные фазы тау-ритма. Также при регуляции этих ритмов пациентами с помощью нейрообратной связи сокращались некоторые виды эпилептических припадков, что также подтверждает гипотезу.

Какая тут связь с эпилепсией? Эпилепсия — результат одновременного гипервозбуждения очень большого числа нейронов. Если положительная фаза медленной волны “наэлектризовывает” сети, подготавливая их к работе, в отрицательную они наименее активированы. Тренируя мозг регулировать тау-ритм, пациенты сокращали число приступов.

Омега-ритм, ещё один из сверхмедленных, применяют в оценке успеха действия анестетиков. Есть и прямые параллели между сверхмедленными ритмами и мозговым метаболизмом, и взаимосвязи с колебаниями локального кровотока. Но в большинстве нейрокогнитивных экспериментов эти волны не учитываются, и их вряд ли будет возможно обнаружить на бытовых ЭЭГ-приборах.

2.2. Медленноволновые колебания и дельта-ритм

Диапазон медленноволновых колебаний: 1—3Гц, дельта-ритма: 1—4Гц. Медленные волны возникают в коре головного мозга, тогда как дельта-ритмы возникают и в мозге, и в таламусе. Это было доказано при наблюдении поражённых связей мозг-таламус: медленные волны имели место всё равно.

Считается, что медленные волны присутствуют при всех видах человеческой деятельности, но доминируют в медленноволновом сне и анестезии. По сути дела, на пике медленной волны происходит возбуждение корковых нейронов, то есть увеличение частоты их разрядов; на спаде происходит уменьшение. Гипотезу о том, что медленные волны улучшают сохранение воспоминаний, проверили с помощью tDCS — транскраниальной стимуляции слабым током. Усилив медленные волны во время раннего сна при помощи этих токов, учёные получили ожидаемый результат.

Дельта-ритм, генерируемый мозгом, сейчас активно изучается и, по всей видимости, связан с медленноволновой активностью. Таламический же ритм появляется на стадии глубокого сна. Он генерируется отдельно взятыми клетками, находящимися в таламусе и имеющими проекции на-, то есть связи с клетками коры. Та же самая система из таламической клетки и корковых проекций в другом состоянии генерирует альфа-ритмы и сонные веретёна. Дельта-ритм возникает, когда система максимально гиперполяризована, то есть заторможена. Также для дельта-волны не нужно соблюдение ряда условий по синхронизации сетей, как в случае с веретёнами и альфа-ритмом. Во время генерации дельта-ритма клетки таламуса меняют сигнальный режим на пачечный или пакетный: когда после накопления возбуждения они разряжаются не одним, а несколькими импульсами подряд. Впрочем, там есть свои нюансы.

Аномалии дельта-ритма хорошо выявляют патологии мозга. Центральный постоянный неритмичный дельта-ритм связывают с локальной мозговой травмой или инсультом. Отдельные нарушения дельты связывают с алкоголизмом, шизофренией, бессонницей и Паркинсоном.

2.3. Тета-ритм

Тета — один из важных, “когнитивных” ритмов. И крайне интересен со всех точек зрения. Это медленноволновый 4—8-герцовый ритм. Среднелобный тета-ритм возникает во время решения задач, но при спокойном бодрствовании он заметен лишь у малого процента людей. Возможно, однако, что из-за глубокого залегания источника, создающего тету, она не всегда регистрируется. Успешность решения задач никак не связана со среднелобным тета-ритмом, зато есть связь между его выраженностью и отсутствием тревожности с экстраверсией. Справедливо оказалось и обратное: у тревожных (и) интровертов среднелобный тета-ритм был выражен слабо.

Считается, что тета-ритм связан с ростом метаболической активности в указанных мозговых регионах: среднелобном царстве и передне-поясном государстве (извилине). Помимо среднелобного, существует гиппокампальный, или лимбический, тета-ритм, генерируемый пирамидными клетками гиппокампа. Кроме указанных клеток, лимбический ритм формируют много других генераторов: передне-поясная извилина, медиодорсальное ядро таламуса, сосцевидные тела гипоталамуса, парагиппокампальная кора.

Существует гипотеза, определяющая тета-активность как квант информации в лимбической системе. Дело в том, что даже двух высокочастотных разрядов в тета-ритме достаточно для формирования так называемого LTP, или long term potentiation, или долгосрочной потенциации.

Что такое долгосрочная потенциация? Синапс — связь, скажем, аксона и дендрита, через которую одна нервная клетка стимулирует другую, — живая и гибкая система. Чтобы сигнал прошёл, он должен быть достаточным. Скажем, силы n. Но если этим синапсом часто пользуются, он становится важным и сила для его прохождения может снизиться. Стать n-1. Это вносит основной вклад в так называемую нейропластичность и обучаемость: за счёт изменения силы, необходимой для передачи сигнала по синапсу, нервная система способна учиться. Сигнал проходит легче. Чем больше повторов делаем, тем легче связь. Не так ли работает привычка?

И наоборот: long term depression, долгосрочная депрессия, это когда синапс некоторое время заброшен. Возбудить его будет сложнее, потребуется уже n+1 энергии. В нервной системе, впрочем, потенциации и депрессии создаёт частотное кодирование: то, с какой частотой приходят импульсы и в каком режиме. Тета — та самая частота, при которой LTP появляется легко. Возможно, полагают некоторые лабораторные коллективы, тета-ритм есть квант лимбической информации, создающий функциональную связь различных структур для кодирования эпизодов памяти.

Среднелобный тета-ритм усиливается при нагрузке на память. Причём существует мнение, что более центрально-расположенный тета-компонент отвечает за запоминание, а лобный — за извлечение из памяти. Тета-ритм, как и сверхмедленные колебания, коррелирует с гипнозом: у сильно гипнабельных людей он выше до и во время транса, чем у слабо гипнабельных. Также он коррелирует с медитацией: в глубоких состояниях дзен-медитации тета-активность замещала альфа-ритмы, с которых начиналась.

Тета-аномалии изучены слабо. Имеются свидетельства о подтипе среднелобного ритма у людей с гиперактивностью и синдромом дефицита внимания, а также сложностями в социальных отношениях. Он демонстрирует неправильную картину: он сильно выражен в лобных областях коры и чрезвычайно слабо синхронизируется в ответ на значимые стимулы. Тета-ритмы, возникающие не в среднелобных областях коры, также полагаются аномальными.

2.4. Альфа- и мю-ритмы

Считается, что альфа-ритм — ритм расслабления. Это отчасти так. Потому что альфа-ритм является ритмом “холостого хода”, когда сенсорная система “простаивает”. Например, мы закрыли глаза — и в зрительной коре генерируется альфа-ритм. Но вот мы открыли глаза и внимательно смотрим либо из тишины услышали звук — альфа-ритмы в соответствующих сенсорных зонах меняются на бета-ритмы. То же самое происходит при переключении от состояния покоя к умственной работе. Альфа-ритмов несколько, и их диапазон составляет от 8 до 13 Гц.

Гипотеза “холостого хода” подтверждалась фМРТ-данными: амплитуда, то есть сила альфа-ритма, коррелирует со снижением мозгового кровотока, а следовательно и метаболизма, в области возникновения. По логике снижение метаболизма можно связать с временным приглушением сенсорной системы. Безусловно, в момент т. н. приглушения в системе могут иметь место отладки, восстановления, консолидации и другие важные процессы.

Право- и левополушарные затылочные альфа-ритмы, связанные со зрительной системой мозга, могут быть как синхронными, так и нет. С возрастом частота затылочных альфа-ритмов изменяется, увеличиваясь до 20 лет и постепенно снижаясь после. У некоторых людей есть теменной альфа-ритм, независимый от затылочного, но о его функции можно мало что сказать. Ещё альфа-ритмы возникают во время фазы парадоксального сна. По сравнению с бодрствованием, во сне этот ритм возникает в передне-центральных отделах мозга.

Мю-ритм, напоминающий греческую мю на ЭЭГ, называют также сенсомоторным, поскольку он возникает при “простаивании” моторики — когда мы не движемся. Его также называют роландическим: по месту возникновения, в роландовой, иначе — центральной, борозде, которая делит лобную и теменную доли. Диапазон мю-ритма: 9—13 Гц. Левополушарные и правополушарные мю-ритмы независимы друг от друга и производятся разными генераторами. То есть движение левой руки может сбить правополушарный мю-ритм в соответствующей сенсорной области, но не затронуть левополушарный. Мю-ритм также имеет несколько подтипов, например, для движений лица и ноги.

У мю-ритма очень сложная картина разрушения, то есть десинхронизации. То есть момента, когда он исчезает. Десинхронизация означает размытие и пропадание ритмической структуры, то есть фактически исчезновение. Затылочный альфа-ритм десинхронизируется, когда мы открываем глаза. Мю-ритмы исчезают при движении, и, как было сказано выше, одни подтипы исчезают при движении одних частей тела, а другие — при других. Помимо этого, мю-ритмы делятся по частоте: 9-10-герцовые менее специфичны для типа движения и десинхронизируются при различных его видах, скажем, и руки, и пальца на ней; 10—13-герцовые более специфичны и исчезают при каком-то одном.

Кроме того, мю-ритм подавляется не только реальными, но и воображаемыми движениями.

Аномальные альфа-ритмы легко спутать с индивидуально-особенными, что в целом характерно и для других ритмов ЭЭГ. Например, низкоамплитудные энцефалограммы, где альфа-ритм сильно редуцирован или отсутствует, могут быть у низкого процента здорового населения. Также они могут быть у наркоманов и алкоголиков. С возрастом может возникать височный альфа-ритм, но это тоже относимо к норме. Асимметрия альфа-ритмов, скажем, в правой и левой затылочных областях, может считаться патологической, если превышает 50%. Для решения проблем определения нормы учёные разработали нормативную базу данных ЭЭГ с привлечением нескольких тысяч субъектов и периодически обновляют и дополняют данные.

2.5. Сонные веретёна

Сонные веретёна альфа-подобны: они имеют частоту 10—14 Гц, но отличаются от альфа-ритмов тем, что возникают в виде коротких несколькосекундных вспышек и по виду напоминают веретено. По мозгу они распределены более широко и сильнее всего регистрируются в центральных областях, тогда как альфа-ритмы локальны.

Веретёна возникают на стадии лёгкого начального сна, знаменуя переход организма в другое состояние. Число их увеличивается, если до этого человек что-либо много учил или выполнял задания на память. Улучшение памяти коррелирует с ростом числа веретён во второй фазе сна. Согласно некоторым гипотезам, сонные веретёна отрезают мозг от внешних сенсорных раздражителей, помогая тем самым спать.

Ещё одна интересная гипотеза объясняет возникновение веретён сразу после дёргания мускулов тем, что молодой мозг узнаёт, какой нерв управляет каким мускулом именно во сне. В общем, они также связаны с довольно большим числом функций, а их аномалии — с такими болезнями, как шизофрения и аутизм.

2.6. Бета-ритмы

В народе бета-ритм связывают с мозговой работой. Чаще всего он встречается в лобных и центральных областях, работу которых связывают с высшими функциями обработки информации и контроля, но он обнаруживается почти везде. Его частотный диапазон: 13—30 Гц. Отчётливый бета-ритм виден далеко не у всех здоровых людей, возникая скорее в форме отдельных отрезков. Бета-ритм принято подразделять на роландический (регистрируемый там же, где и мю-ритм) и лобный.

Про роландический ритм можно сказать, что, вероятнее всего, он — след постактивности, возникающий после совершения движения, когда система начинает расслабляться. Лобные бета-ритмы появляются при решении когнитивных задач. Степень их увеличения зависит от трудности задач. Мощность бета-ритмов увеличивается барбитуратами, но бежать в аптеку не стоит! Считается, что в генерации бета-ритмов участвуют тормозные нейроны.

Как же так? Если мозг выполняет задачу — торможение с этим не очень-то вяжется? Подразумевается сложное взаимоотношение между торможением и активацией. Торможение необходимо, чтобы активация нейросети не плеснула через край, кумулятивно накапливаясь до нездоровых пределов. Баланс между торможением и активацией помогает нейросети работать правильно, и бета-ритм является следствием этого баланса. Можно сказать, что нейросеть — дирижёр собственного оркестра, хрустальная настройка которого требует работу каждой литавры согласно партитуре. А вовсе не сильнее и быстрее. Переизбыток силы и скорости, грубо говоря, результируется эпилепсией.

Некоторые учёные полагают, что бета-ритм — это процесс перезагрузки, стирающий результаты предыдущих состояний сети для подготовки её к новой работе. Бета-ритм соотносится с высокой метаболической активностью.

2.7. Гамма-ритм

Гамма — очень интересный ритм. Его диапазон простирается от 30 до 100 Гц. При этом его амплитуда, то есть сила тока, мала. Именно этот ритм сложнее всего схватить: он пересекается с 50-герцовым шумом электросети и для убирания этих шумов, максимально неповреждая сами данные, должны применяться специальные режекторные фильтры. В имплементации они довольно сложны.

Это удивительный и важный ритм. Считается, что он возникает, когда отдалённые друг от друга нейроны синхронизируются на частоте 40 Гц, интегрируя информацию в законченный объект — например, зрительный образ. Соединяющиеся нейроны принадлежат к одной функциональной системе, кодируя различные свойства целостного образа или ментального объекта. За этим последовала вполне логичная гипотеза о том, что эта синхронизация связана с сознанием.

Логика такой гипотезы вполне изящна: с одной стороны, весьма известная интегративная информационная теория, с другой — высокая частота, указывающая на незаурядно интенсивную работу системы и сложность данного состояния. Плюс общая логика энцефалограммы говорит нам, что чем медленнее волна — тем меньше бодрствования. Сознание, получается, сверхбодрствование, сверхсложный процесс.

Был эксперимент, когда из набора беспорядочных форм испытуемые видели значащую что-то фигуру — возникал гамма-ритм. То же подтверждает исследование о значимом (новом и неожиданном) звуковом сигнале, связанном с появлением гаммы в первичной слуховой коре. Возможно, что гамма-ритм не совсем нейрокоррелят феноменального сознания: это может быть именно процесс формирования значимого образа, а феноменальное сознание формируется как-то ещё. Ещё были исследования, обнаруживающие усиление гамма-активности у буддийских монахов, и те, кому интересна энцефалография как метод изучения медитативных практик, должны обратить на этот ритм внимание.

Возможно, некоторые читатели заметили, что части про аномалии бета- и гамма-ритма куда-то пропали. Просто я не до конца разобрался, что там за аномалию, а что считается индивидуальной чертой. Насколько мне видится, в дифференциальной и просто диагностике психо- и соматических патологий ЭЭГ выступает не главным методом. Есть специальные индексы ЭЭГ вроде биспектрального, повсеместно применяемые, например, в анестезии, но и они крайне спорны. Особенно это касается именно биспектрального индекса.

3. ERP: Event related potentials / Когнитивно вызванные потенциалы

 

Кроме волн и их ритмов, в электроэнцефалографии выделяют так называемые event related potentials, часто неправильно переводимые на русский язык как “вызванные потенциалы” (evoked potentials), умножающие терминологическую неразбериху. Будем называть их ERP. В чём различие evoked potentials и ERP?

Можно дать короткий ответ: ERP — это когнитивно вызванные потенциалы. EP — термин более широкого порядка, охватывающий ответы ЦНС на стимул вообще на любой стадии обработки. ERP же связан с обработкой мозгом сенсорного стимула или решением умственной задачи.

Сразу после того, как сигнал, идя от органов чувств через ствол мозга и таламус, попадает в кору больших полушарий, возникает ERP — краткий и быстрый отрезок энцефалограммы, имеющий специфический узор. Узор рисуется амплитудами: так, на ERP характерны различные пики и спады, напоминающие ландшафты мультяшных гор. Эти пики и спады называют по буквенному и цифровому коду: N или P плюс цифры — N200, P300 и так далее. N — это negativity, момент отрицательного заряда, P — positivity, момент положительного. 200 и 300 — это через сколько миллисекунд после предъявления стимула возникли эти скачки. К сожалению, разные лаборатории располагают + и — по у-оси по-разному, и у одних N снизу, а у других — сверху.

Добавим немного сложности. Вторая волна исследований ERP-компонентов показала, что названия их не отражают реальную картину. Скажем, какой-нибудь Р100 может начинаться и чуть раньше, и чуть позже, чем через 100 мс, в зависимости от ситуации. А также иногда он может регистрироваться как позитивный, а иногда как негативный компонент. В общем и целом они вариативны и могут оказаться подразделимы на субкомпоненты (например, Р3b), посему к названиям лучше относиться просто как к именам.

Важная деталь: достаточно всего 80 мс, чтобы добраться от первичной зрительной коры до лобной. А это значит, что на компоненты, которые возникают за 100 мс и больше, вполне могут влиять лобные доли. Иначе говоря, зоны мозга взаимосвязаны и обработка информации не идёт строго по лестнице — от одного места к другому. Она идёт и в обратном направлении, и прямо, и “вбок”. И если какая-то зона мозга под каким-то электродом показывает сильный ERP X, это совершенно не означает, что именно она в одиночку внесла изолированный вклад в картинку, которую мы видим на экране.

Расчленять огромное литературное тело по ERP не представляется здесь возможным. Жаль. Р300, например, связывают с вниманием и когнитивной обработкой стимула. Чем отчётливее и сильнее этот пик, тем они лучше. У алкоголиков, например, Р300 слабее. Слабее он и тогда, когда стимул проходит незамеченным. И так далее. Всё охватить не удастся, придётся лишь перечислить случайные свойства некоторых компонентов:

С1 и Р1/Р100

С1 может быть позитивной и негативной, это первая компонента, прослеживающаяся после зрительного сигнала через 50—100 мс после предъявления стимула. Если стимул появляется в верхней половине поля зрения, то С1 негативен, и наоборот. Р1 появляется через 70—90 мс с пиком в районе 80—130 мс, также он наиболее различим в задних отделах мозга. В отличие от С1, Р1 модулируется вниманием.

N100 и Р200

Возникает в районе 80—120 мс после сигнала, в основном в передне-центральных отделах головы. Если испытуемый не выполняет никаких заданий, она усиливается во время непредсказуемых сигналов и ослабляется при повторяющихся. Любопытно, что она также коррелирует с высоким интеллектом. Исследования относительно Р200 разнообразны, но пока ещё теряются в теоретических догадках из-за связи этого компонента со многими психическими процессами.

N170

Интересная компонента, усиливается при зрительном предъявлении лица.

MMN, или mismatch negativity

Свойственная всем сенсорным системам, но особенно заметна в слуховой модальности, когда появляется новый неожиданный звуковой сигнал. Слуховая MMN появляется при изменении высоты сигнала, интенсивности или длительности на расстоянии 150—250 мс после сигнала. Генераторы этой компоненты находятся в слуховой коре: первичной и остальных, а также, может быть, в нижнелобной извилине. В особых случаях может перекрывать N100. Зрительная MMN тоже появляется через 150—250 мс.

N200 / VAN — Visual Awareness Negativity

Исследовательская группа, к которой я принадлежу, считает N200 нейрокоррелятом сознания как минимум в зрительной модальности, полагая, что то возникает на ранних этапах обработки и уже в сенсорной коре. Она оппонирует другой влиятельной группе, придерживающейся более традиционного взгляда, в котором сознание возникает на поздних этапах обработки и соотносится с лобными областями мозга.

Р300

Классический “умственный” ERP. Показывает реакцию испытуемого на стимул и усиливается, когда стимул маловероятен. Имеет подкомпоненты: P3a и P3b. Последний — это сам переименованный Р300. Р3а реагирует на новизну стимула и направление внимания.

В случае с Р3b, или Р300, маловероятный стимул всё-таки должен относиться к задаче, быть наименее ожидаемым и т. д.

Надеюсь, общее представление о компонентах и как их понимают сформировать получилось. Желающие могут также посмотреть P600, N400 и остальные, всего их около 11-ти штук. ERP ищут в когнитивных исследованиях, то есть направленных на изучение высших психических функций, и по отличиям в их структуре делают гипотезы. Кроме того, их применяют в клинических исследованиях, например, шизофрении. Пафос ERP заключается в том, что они связаны с сигналом, поступающим в мозг, и показывают стадии его обработки. Сравнивая ERP наличия сигнала с отсутствием или одни типы сигналов с другими — замеченными сознанием с незамеченными и т. д., — можно предполагать и выделять особенности этих компонент, связанных с конкретными ситуациями. Затем на основании смежных данных из нейронаук можно строить гипотезы о более конкретных принципах работы мозга. 

4. Монтаж электродов. Фильтрация шумов. Анализ

 

Электроэнцефалограф бытовой и особенно лабораторный должен иметь чувствительные электроды, о чём было сказано в начале этой статьи. Два дополнительных требования: металл должен быть одинаков, поскольку разные металлы производят разные собственные токи, и импеданс, или сопротивление, должен быть максимально низким. Для науки это значение ниже 5кОм, в бытовых приборах, естественно, будет выше. Но чем ниже, тем правильнее. Самыми хорошими считаются электроды из хлорида серебра.

Располагают электроды на специальных шапочках или иных удобных креплениях, соответствующих системе расположения 10-20. 10-20 — международно утверждённый стандарт, означающий следующее: если разделить голову условно накрест, с линиями от переносицы до затылка и от уха к уху, то расстояние между электродами на этих линиях составляет 10 или 20% от общей длины линии. Довольно удобно. Сейчас количество электродов может доходить до сотни.
Далее, дифференциальный усилитель. Как справиться с тем, что помимо токов мозга есть ещё токи кожи головы и каждого электрода? Дифференциальный усилитель делает такой трюк: показания с двух электродов, один из которых референтный, сравниваются между собой и регистрируется только разница. Ведь если ток головы одинаков по всему скальпу — то же верно и про токи электродов одного металла, хотя они слегка — но незначительно — различны. Стало быть, дифференциальным усилителем это срезается и остаётся только полезная часть сигнала.

Какой электрод использовать в качестве референтного? Что ж, ответ снова будет несколько составным.

Во-первых, существует понятие монтажа. Во-вторых, таких монтажей несколько. Монтаж — это выбор, какой из электродов будет референтом или кого с кем дифференциально усиливать. Стандартный референтный монтаж — это когда каждый электрод сравнивается с референтном, например, на мочке уха, на носу или где-то на условно нейтральном месте. Проблема референтного монтажа в том, что место, куда прикреплён референт, электрически не нейтральное. Альтернативный монтаж — биполярный. Здесь референта как такового нет, каждый электрод сравнивается с соседом. Увы, биполярный монтаж тоже не идеален. Во-первых, он смазывает низкоамплитудную активность, а значит, ни для диагностики смерти мозга, ни для низковолновых исследований он не годится. Во-вторых, он пропускает так называемые “базальные события”, то есть такие, которые произошли на глубине мозга и отразились на большой площади поверхности головы. Ведь одинаковые токи он срезает, а электроды сравниваются рядом стоящие. Есть ещё локальный средний монтаж, где референтами служат несколько ближайших к электроду соседних, и несколько математических моделей, например для общего среднего монтажа, идеально работавших бы, если бы головы имели идеальную форму. Шара, то есть. Каждый монтаж даёт немного разный рисунок энцефалограммы, что в целом задачу не облегчает.

Артефакты/шумы и фильтры

Поговорим о шумах. Артефакты или шумы — зло на энцефалограмме, которого быть не должно, но мир несовершенен. Самый распространённый — от движений глаз. Бывает ещё, что простреливает кардиограмма, например, у человека с большим сердцем и… маленькой шеей. Кардиобаллистический: от движения электрода, расположенного близко к сосуду. Справиться с ненужными артефактами несколько помогают фильтры, которых множество, но ключевых — три. Низкочастотный — пропускающий частоты ниже указанной, высокочастотный — наоборот, и режекторный, который удаляет ненужный диапазон частот от х до у.

Ещё один интересный фильтр использует запись окулограммы и “вычитает” её из ЭЭГ.

Анализ данных

Эта часть лишь опишет некоторые методы анализа, минуя их аппарат. В каждом из этих подходов используется дикий матан — результат трудов многих математиков, физиков и инженеров. Для желающих понять, как на самом деле работают эти вычисления и как надо обрабатывать сигналы, книга “Analyzing Neural Time Series Data: Theory and Practice” Майка Коэна будет важной и интересной.

Перед тем, как идти дальше, стоит упомянуть частоту дискретизации. В сущности, это всего лишь интервал, с которым мы записываем наши данные. Поскольку носитель всегда цифровой, данные с сигнала записываются дискретно: каждые n моментов времени, выражаемом в тех же герцах. В случае с ЭЭГ это миллисекундные интервалы, и чем они меньше, тем точнее. Мы также можем записать данные с одной частотой дискретизации, а обработать — с другой, если та ниже исходной. Крутые советские и постсоветские инженеры называют её частотой квантования.

Первым делом остановимся на спектральном анализе. В энцефалограмме присутствует не одна, а несколько частот сразу. Спектр мощности частот отражает энергию — или мощность — каждой из этих частот. Чем выше частота дискретизации, взятая для данного анализа, тем лучше, но не переборщите: слишком высокая частота даст слишком заковыристый нестабильный спектр со множеством пиков. Нужно будет подбирать оптимальные параметры.

Что же показывает спектр? Спектр показывает, какая частота (вспомним ритмы) самая мощная на данном электроде в данный отрезок времени. Бывает ещё усреднённый спектр: какая частота самая-самая мощная в среднем по всем электродам в данный отрезок времени. Кстати, небольшие отрезки времени — в несколько сот миллисекунд — называют эпохами.

Что такое самая мощная частота/ритм? Это такая, которую генерирует наибольшее число тех пирамидных нейронов в данный период времени. Тех пирамидных нейронов, о которых шла речь в разделе 1. А поскольку на ЭЭГ нередко присутствуют несколько независимых частот, спектральный анализ может показать два пика. Например, один повыше и один пониже. Это будет значить, что частота/ритм, соответствующая пику повыше, в этом отрезке времени самая мощная, но была ещё одна, менее мощная, вон та. В общем, с первого раза это не должно быть понятно.

Спектры мощности можно затем представить в виде топограммы, то есть 2d графика. Вариантов применения спектрального анализа множество. Например, как изменилась мощность бета-ритма до и после пятерной инъекции барбитурата.

Далее, когерентность. Это довольно простая вещь: раз в нашем мозге много парных структур, почему бы им — в правом и левом полушариях — не производить синхронные по фазе ритмы. Когерентность — это всего лишь степень синхронности. Однако стоит иметь в виду, что норма по отклонениям для разных ритмов очень различна, а с индивидуальными особенностями людей может доходить до 50%.

Тем не менее показатель важный и много говорящий. Так, при каллозотомии когерентность значительно снижатеся, чем до неё, что само по себе немудрено, но говорит о важности периодически смотреть на этот показатель. В ряде когнитивных исследований обращают внимание и на вызванную десинхронизацию, то есть рассогласование ритма.

Следующий тип анализа: ICA, анализ независимых компонент, и PCA, анализ главных. Для понимания этого анализа необходимо вспомнить, что в мозге одновременно разными генераторами, расположенными в разных местах, генерируются разные ритмы. В тех областях поверхности головы, где эти ритмы накладываются друг на друга, электрод регистрирует их сумму. Чтобы найти эти генераторы, опуская дикий матан, существуют эти два анализа.

Последнее, но не самое последнее. Учёные захотели пойти дальше и попробовать определить местонахождение диполей, то есть генераторов ЭЭГ-сигналов. Эту задачу назвали обратной, а прямая — наоборот, определить распределение ЭЭГ-сигналов, если знаешь месторасположение диполя, его ориентацию и точную проводимость мозговых оболочек. Обратная задача: когда известен ЭЭГ-сигнал, проводимость мозговых оболочек и ищешь диполь. Для решения обеих задач нужна хорошая математическая модель головы. В Институте мозга человека, например, используют сферическую (хотя бы не в вакууме, хе-хе).

Это приближает нас к последнему описываемому здесь анализу: LORETA или sLORETA, отличным, скажем, тем, что второй — улучшенная версия первого. LORETA — дерзкая идея томографии низкого разрешения, что и означает аббревиатура. Вообще, она базируется на допущении, что соседние области мозга производят похожие электрические потенциалы. Кора мозга здесь моделируется как плотная сетка вокселей (трёхмерных пикселей), каждому из которых присваивается определённый заряд. В силу крайней сложности такой задачи с таким инструментом LORETA остаётся приблизительным, вероятностным и базирующимся на допущениях анализом, однако её данные подтверждает практика. В частности, другие нейрофизиологические методы.

Это был четвёртый круг. Дальше, как правило, легче.

5. Нейрообратная связь

 

Принцип нейрообратной связи восхитителен. Само по себе это одно из тех мозговых чудес, продолжающих радовать и удивлять (хотя всё, связанное с мозгом, прекрасно). Суть в том, что можно научиться изменять ритмы своей ЭЭГ — как словно учишься игре на пианино или сложным гимнастическим движениям. Но ведь там нет мышц!

И в этом состоит чудо: мы, привычно не обладая никаким контролем над своим мозгом, получая индикатор — лампочку, загорающуюся в нужный момент, — начинаем вдруг этот контроль испытывать. Потом можно без лампочки, помогавшей сверить своё текущее состояние с желаемым. Мозг запомнит настройку. Повторю мысль предыдущей статьи: в любом месте, в любой среде, получив индикатор/сенсор, психика получает контроль над тем, с чем этот сенсор связан. Если немного пофилософствовать, то и ЭЭГ, и вся меддиагностика — такой же сенсор, позволяющий нам при случае применить таблетку: контроль внешний и косвенный. К тому же психика тяготеет к контролю внутреннему и прямому, подобно газу, стремящемуся занять все доступные объёмы. Тяга к разработке летательных аппаратов, таблеток, написанию компьютерных программ как необходимость возделывать хаос. В общем, на неком базовом уровне можно постулировать кибернетические пристрастия психики.

Вероятно, это проявляется так: там, где в природе не существует обратной связи, мы изготавливаем и используем внешние средства вроде пилюль. А там, где есть, организм работает напрямую. Видимо, там, где её раньше не было, а потом возникла, прямой контроль возможен. Вот оказалось, что мозгом тоже можно в некотором смысле “двигать”. Ну не круто ли?!

Конечно, не все параметры можно контролировать, даже с наличием обратной связи. И не все из тех, которые можно, дают бесконечную степень свободы. Легче всего привести пример: в первом случае нельзя переключить передачу на мануальной коробке без педали сцепления. Во втором — сколько ни нажимать на газ, выше скорости на спидометре не поехать. Кроме того, есть третья ситуация: принципиальная невозможность контроля без механизма обратной связи. Датчик температуры за бортом машины не даст возможность эту температуру менять.

В случае с нейрообратной связью такие пределы есть, например, в регуляции гемодинамики. Хотя само по себе удивительно, что даже гемодинамику — то есть уровень крови (гемоглобина) в участке мозга — можно сознательно регулировать, разные исследования нащупывают предел. В целом же человек может потерпеть неудачу с контролем любого параметра НОС либо из-за ошибки экспериментатора с выбором этого параметра, либо из-за неспособности самого человека связать с ним своё внутреннее состояние. Либо из-за ошибки в расчётах.

В чём, если коротко, суть нейрообратной связи?

Суть нейрообратной связи в том, чтобы, используя определённые показатели ЭЭГ как индикатор, создать в организме обратную связь и научиться контролировать нужные параметры. Контролируя их, можно менять своё психофизиологическое состояние.

Начало этой ветви исследований было положено около 50—70 лет назад. Все протоколы НОС можно разделить на активирующие и расслабляющие: по принципу того, как их результат влияет на метаболизм. Активирующие нацелены на увеличение высоких частот, таких как бета; релаксирующие — на усиление низких частот, таких как альфа.

Цели НОС можно разделить на исследовательские, клинические и бытовые. В случае с бытовыми допустимо ограниченное число протоколов, зарекомендовавших себя как медитативные, расслабляющие и усиливающие концентрацию. Протоколы из двух других групп могут иметь и имеют противопоказания, побочные эффекты и строгие условия, при которых они полезны. Так, с помощью НОС пробуют лечить депрессию и СНВГ, довольно успешно справляются с резистентной к фармпрепаратам эпилепсией. Однако применение анти-СНВГ протокола, скажем, активирующего бета-диапазон, на нормальном человеке может спровоцировать раздражительность и гневливость.

Один из, если не самый главный вопрос клинической и научной НОС:

— Какой параметр ЭЭГ изменять, чтобы достичь эффекта?

Для его решения есть два принципа. Во-первых, принцип нормализации: данные ЭЭГ испытуемого или пациента по различным показателям сравнивают с большим числом данных здоровых людей и находят отклонения. Различие становится мишенью, его пытаются “сгладить”. Во-вторых, параметр подбирают по эффективности работы с ним и результатам сторонних исследований по связи этого параметра с искомым эффектом. Параметрами могут быть ERP, амплитуды, количество определённых ритмов или когерентность.

Процедура состоит из нескольких шагов:

  1. Запись энцефалограммы того, кому будет проводиться. Для достаточной детализации нужно как минимум 19 электродов. Для самой НОС, к счастью, может хватить и трёх (с референтом).
  2. Выбор параметра и подбор/создание протокола.
  3. Сама сессия. Обычно по 10—30 минут, около 10—50 раз для закрепления навыка.
  4. Проверка: психологическая, целевого состояния, например изменения процента эпилептических припадков, и ЭЭГ.


В случае бытовой нейрообратной связи пункт 1 принципиально, а 4 — практически невозможны. Пункт 2 сводится к выбору из уже опробованных в науке протоколов. Вот, кстати, и они:

Альфа-релаксация

Есть несколько версий подобного протокола, общая цель которого — усилить альфа-активность. Как мы помним, альфа-ритм лучше всего заметен в зрительной системе и сильнее нарушается от зрительных стимулов, поэтому процедуру любят проводить с закрытыми глазами, используя звук в качестве индикатора.

От релаксации до творческого подъёма, настроения и самочувствия — этим протоколом даже пробовали лечить алкоголизм. Электрод устанавливается на Сz, заземляющий электрод на одной мочке уха, а референтный — на другой. В качестве параметра можно брать отношение амплитуды альфа-ритма к усреднённой общей амплитуде ЭЭГ.

Другой вариант: записывать лобные электроды F3 и F4 по отношению к Cz и вычислять асимметрию по формуле: (П — Л)/(П + Л), где П и Л — амплитуда альфа-сигнала на правом и левом электродах. Когда значение превышает 0, включаем, например, Шуберта, а с ростом этого значения усиливаем громкость от тихой к нормальной. Шуберта можно поменять на звуки птичьего лета.

Протокол Пенистона-Кулоски

Джедайская версия для продвинутых ковбоев. Использует соотношение альфа- и тета-ритмов. По некоторым свидетельствам, приводит человека в гипнагогическое состояние. Обрела высокую популярность в 70-х, применяясь на ветеранах войны во Вьетнаме с посттравматическими стрессовыми расстройствами и на обычных людях без патологий. Авторский вариант включает 5 подготовительных сессий с аутогенными дыхательными тренировками и биообратной связью по температуре: небольшие термометры крепятся к пальцу и голове и биообратная связь срабатывает с небольшим повышением температуры тела. Человек расслабляется сильнее.

Затем начинается сама процедура. Электрод устанавливается на Pz (или Cz, или даже Oz в различных версиях), заземляющий электрод на одной мочке уха, а референтный — на другой. В классическом варианте с градусниковой подготовкой электрод ставился на Oz, его референт на левую мочку уха, а заземление — на правую.

В классическом протоколе субъектов заставляли визуализировать сцены отказа от спиртного и параллельно расслабляться. Вам это делать не надо. Вместо этого можно воспользоваться техниками самогипноза и представить глубокое озеро, куда вы ныряете, погружаясь всё глубже… и дальше…

Высокие вспышки альфы можно озвучивать высоким звучанием тайского гонга, а тету — низким. Относительный рост альфа-активности можно ассоциировать со звуком моря, а тету — с шелестом листьев. Либо наоборот.

Так в общих чертах выглядят протоколы. Успешность отдельной сессии и всей процедуры надо как-то оценивать. Например, для сессии можно статистически сравнить показатель параметра во время сессии и в покое, и если различие есть — хорошо. То же и для всей процедуры целиком. Кроме того, стоит подойти к вопросу выбора индикатора с долей здравого смысла и творчества. Например, звук лучше подойдёт для альфа-тренировки. А вот в Институте мозга тебе покажут любимый фильм — и когда ты будешь входить в нужное состояние, изображение будет чётче. Тонко, да.

Надо сказать, что в широкой клинической практике НОС не применяют… пока. Отчасти ситуация сложилась исторически, когда эти исследования отошли на второй план из-за большого фармакологического прорыва. Почитать про НОС на английском можно здесь: https://www.isnr.org/ . Или если книгу, то, например, эту: “Neurofeedback: Transforming Your Life with Brain Biofeedback” за авторством Клэр Олбрайт. Более ориентированная на профессионалов книга: Джон Демос, “Getting started with Neurofeedback”.

6. Границы метода

 

Энцефалография, несмотря на явные ограничения, продолжает давать нам многое. Во-первых, это единственный одновременно быстрый, дешёвый и неинвазивный, то есть безболезненный и безвредный, метод сканирования мозга человека. В отличие от томографий, он быстрый — значит, подходит для многих когнитивных экспериментов, где важно узнать, в какой момент времени, как и примерно где происходит обработка сигнала в мозге.

Проблема, конечно, в “примерно где”. В отличие от МРТ и несмотря на изощрённую LORETA, сказать точно не получается. Да, гипотезы от ЭЭГ надо дополнительно проверять, но в целом они вполне надёжны в рамках текущей парадигмы. Ещё ЭЭГ оказывается неизменным чемпионом в некоторых клинических областях, например, эпилептологии.

Развившийся в последние десятилетия математический аппарат позволил усовершенствовать обработку и локализацию сигнала, что подстегнуло интерес к этому методу в когнитивной нейронауке. То же можно сказать про обновлённое железо. Да и стоимость энцефалографов вполне приемлема для подавляющего большинства университетов первого и второго мира. Границы и область применения уже более-менее описаны, поэтому остановимся на специальном ограничении, связанном со временем. Не энцефалографа, а временем созревания науки.

Мир всё чаще смотрит на мозг как на парламент нейронов, где каждая нервная клетка из 80 с чем-то миллиардов имеет значение и, видимо, способна выполнять целостную функцию. Как человек в обществе. Мы имеем десятки тысяч типов клеток, и они все различны. А ЭЭГ замечает лишь малую толику этих разных агентов, упуская немаловажное. Если раньше носителями функций считались нейронные ансамбли, колонки и другие формы организации, сейчас многие видят ими отдельные клетки. Так или иначе, когнитивные нейронауки уже давно ждут и мечтают о новом инструменте.

А бытовые нейроизыскания ждут именно ЭЭГ для того, чтобы начаться. Описанная ситуация значит лишь то, что ЭЭГ намного более абстрагированный показатель, чем кажется. Одновременно абстрагированный и рабочий. Никакой драмы здесь нет: это просто стоит учитывать.

7. Очерки о бытовом энцефалографе

 

Один друг изучал робототехнику в Шотландии, и его дипломной работой была сборка домашней ЭЭГ-машины. Машина формально работала, но сигнал был слишком зашумлён. И я когда-то делал нейрооргáн на основе OpenEEG-схемы с тем же результатом в конце. В первой в моей жизни нейрокогнитивной лаборатории стоял громоздкий и сверхдорогой ЭЭГ-девайс от NexStim. Компьютер определял уровень качества сигнала на каждом электроде по трёхцветной схеме. Даже после часа подготовки головы испытуемого редко когда большинство из них были зелёными.

Коммерческие приборы уже сейчас представлены на любой вкус и цвет: от Emotiv до NecoMimi. Причины, по которым они не сертифицированы как медицинские/исследовательские, понятны: готовность продукта, с одной стороны, и цена экспертной проверки и сертификации, с другой. Плюс есть ограничения на распространение медтехники. И если даже движение глаз создаёт серьёзные артефакты на приборах посолиднее, можем ли мы гарантировать, что коммерческие и переносные пригодны для вменяемой регистрации энцефалограммы? Нет. Хотя они показывают какие-то данные. Хотя какие-то факультеты каких-то университетов даже используют их. Хотя компании улучшают свои игрушки до состояния вменяемых средств.

Сейчас о таких технологиях можно говорить лишь как о вспомогательных. Но они выйдут на порог клинических испытаний. Рано или поздно, но они выйдут.

Если кто-то из читателей этого очерка строит свой энцефалограф, все эти факты ему знакомы. Выбирая себе домой, я бы предъявил к такому девайсу следующие требования. Прибор должен решать проблему 50-герцового шума от электросети или предлагать вменяемые варианты решения. Сигналы нужно пропускать через компьютерные фильтры: низкочастотный и высокочастотный, 1 Гц и 50+ Гц. Не одновременно, а по очереди. Для этого нужен либо софт, либо интеграция с имеющимся софтом (Matlab, EEGLAB, FieldTrip), либо делать это как-либо аппаратно. Последнее — заведомо плохой вариант. Хорошо бы иметь возможность одновременного подключения от 8+ электродов. Обязательно иметь референтный электрод и идеально — возможность менять монтаж.

Самое логичное применение бытового девайса: нейротерапия, рекреация и нейрообратная связь. Расслабиться, снять боль и стресс, сделать хорошо, помедитировать. Самая логичная процедура: сидя в удобном кресле, по минимуму двигая глазами и всем остальным. Если всё-таки пытаться повторить дома когнитивные эксперименты с обнаружением ERP: процедура примерно та же.

Это будущее, которое ещё не наступило, но наступит вот-вот. Социальный запрос на нейродевайсы будет расти. ЭЭГ достигнет нужной степени совершенства.

Возможно, к прочтению этой заметки некоторые положения в ней уже устареют. В целом же, подводя какой-нибудь итог, пусть будет мысль, что ЭЭГ — это инструмент, который мы заслужили.

Dm F

Дорогой читатель! Если ты обнаружил в тексте ошибку – то помоги нам её осознать и исправить, выделив её и нажав Ctrl+Enter.

Отправить ответ

Оставьте первый комментарий!

wpDiscuz

Спасибо!

Теперь редакторы в курсе.

Закрыть