Метод регистрации нейронной активности

3 лекция 05.04.2019

Благодаря компьютеризации  психофизиологических исследований и широкому распространению интерфейсов мозг-компьютер появилась особая область психофизиологии, которая получила название ТКЭАМ.

ТКЭАМ (Топографическое картирование электрической активности мозга)(картирование биотоков мозга)(brain mapping) – область психофизиологии которая оперирует с множеством  количественных  методов анализа электроэнцефалограммы (ЭЭГ) и вызванных потенциалов

Картирование мозга  - это удобная форма представления на экране дисплея статистического анализа ЭЭГ и ВП в виде топографических карт.

Топографические карты представляют собой контуры черепа, на которых изображены закодированные каким-либо цветом параметры ЭЭГ. Причем разные  степени выраженности параметра представлены разными цветовыми оттенками.

Метод регистрации нейронной активности

Он позволяет зарегистрировать активность отдельных нейронов, небольших ансамблей нейронов и множественных популяций нейронов в экспериментальных условиях у животных и в клинических условиях у человека.

Нейронную активность регистрируют с помощью микроэлектродов - кончик которых имеет до 1микрона в диаметре

Микроэлектроды бывают: металлическими и стеклеными.

Микроэлектрод помещается в микроманипулятор, который крепится на черепе животного и  кнутируется с усилителями в единую цепь.

Е.И Соколов занимался изучением нейронных механизмов психических сотояний процессов.

 Он предлагает последовательность психофизиологических исследований: Человек – нейрон – модель.

Нейровизуализационные методы 

Нейровизуализационные методы  - позволяют зрительно представить функционирование структур мозга.

К ним относятся :

1 КТ- компьютерная томография

2.Пэт - Позитронная эмиссионная томография

3.МРТ - Магнитно-резонансная томография

4.ФМР(Т) - Функциональная магнитно-резонансная томография.

Родоначальницей нейровизуализационных методов исследования стала  КТ.

Суть топографических методов исследования состоит в получении среза мозга искусственным путем. С этой целью используется просвечивание рентгеновскими лучами, либо излучение, исходящее из радиоактивных изотопов.

Общий принцип томографии  был  впервые описан физиком  Родоном в 20г 20в.

Он показал, что имея множество изображений одного и того же предмета(органа) можно восстановить его внутреннюю структуру.

(во 2 половине 20в) Компьютерная  рентгеновская томография (КТ)  - это метод, который соединил в себе последние достижения  рентгеновской вычислительной  техники и дает точные детальные изображения малейших изменений плотности мозгового вещества.

Преимущество КТ перед рентгеном:

1. КТ позволяет получить множество изображений одного и того же органа и таким образом построить «ломтик» (внутренний поперечный срез) этой части тела.  В отличие от КТ рентген дает только один вид  части тела.

2. Меньшее рентгеновское излучение.

В Психофизиологии гораздо большее распространение получил метод  функциональной томографии ПЭТ (Позитронная эмиссионная томография) – сочетает в себе возможности КТ и радиоизотопной диагностики и представляет собой метод совмещенного не инвазивного изучения структуры метаболизма и кровоснабжения мозга

В этом методе используется красители (ультракороткоживущие позитронизлучающие изотопы), которые входят в состав естественных метаболитов мозга и вводятся в организм человека  внутривенно(инвазивно) или через дыхательные пути (неинвазильно)

 Изотопы: С11,N13,O2(15),F18 (дезоксиглюкоза -является аналогом глюкозы)

Этот метод основан на том что в ходе жизнедеятельности нейроны потребляют различные химические вещества (глюкоза, кислород) которые можно пометить изотопами.

При активизации нервных клеток кровоснабжение  соответствующего участка мозга  возрастает. В результате в нем скапливаются красители, и возрастает радиоактивность, излучение красителя преобразуются в изображении на дисплее.

Прибор для использования в этом методе: ПЭТ – сканер в которые в виде круга вмонтированы кристаллические детекторы протонов.

• Преимуществом ПЭТ является высокое пространственное разрешение.

• Недостатки – является низкое временное разрешение.

МРТ ( магниторезонансная томография)

МРТ – метод в котором получение изображение основано на  определение в мозговом веществе распределение  плотности ядер водорода и на регистрации их характеристик при помощи мощных электромагнитов расположенных вокруг тела человека.

 Прибор для использования в этом методе: МРТ-томограф  - цилиндрическая труба,  магнитное поле  в которой в 30тыс. раз превышает земное.

Изначально использовалась  аббревиатура – ядерно-магнитный резонанс  (томография)

Преимущества МРТ перед КТ:

1.Отсутствие изменения ионизирующего излучения

2.Большая разрешающая способность

В психофизиологии гораздо чаще используется ФМРТ (Функциональная магнитно-резонансная томография) – метод основан на парамагнитных свойствах оксигенированного и дезоксигинированного гемоглобина

Этот метод дает возможность увидеть изменения кровообращения ГМ в зависимости от его активации. Большинство ФМР-томографов дают возможность предъявлять испытуемому зрительные, звуковые и тактильные стимулы и производить действия типа нажатия на кнопку. Таким образом ФМР может использоваться для того чтобы показывать структуры мозга и процессы связанные с восприятием движением и даже мышлением.

ФМР имеет как преимущества, так и недостатки относительно ПЭТ

Преимущества:

• ФМР не требует введение изотопов в организм

• Имеет больше временное разрешение

Недостатки:

• Меньше пространственное разрешение

• Дорогостоящие

Методы воздействия на мозг

Особую группу метод изучения активности ЦНС составляют методы воздействия на мозг.  Суть этих методов  состоит в оказании на мозг прямого или косвенного воздействия и оценки последствий этих воздействий.

Группа методов воздействия на мозг включает в себя:

1.Методы сенсорной стимуляции – предъявление испытуемому тех или иных сенсорных стимулов (зрительных, слуховых)

2.Методы электрической стимуляции – преимущественно используются в экспериментальных условиях на животных и в клинических условиях для человека.

3.Методы разрушения участков мозга – суть в повреждении или удалении части ГМ для установления ее роли в обеспечении поведения.

2.Методы изучения активности других систем организма(вегетативной нервной системы)

Методы изучения активности сердечно-сосудистой системы.

Основными показателями активности Сердечно-сосудистой системы в психофизиологии является:

1.Ритм сердца

2.Артериальное давление

3.Сила сокращения сердца

4.Минутный объем сердца (кол-во крови проталкиваемая сердцем в легочный ствол и аорту за 1 минуту)

5. Региональный кровоток (локальное распределение крови (мозговой))

Методы:

1. ЭКГ – метод записи электрических процессов связанных  с сокращением сердечной мышцы.  ЭКГ – впервые она была записана в 1903г. Эинтховеном 

В психофизиологии ЭКГ в основном применятся для исследования нейрогуморальной регуляции ритма сердца, что позволяет оценить адаптационные возможности организма человека. Для исследования вегетативной тонуса применятся записи КИГ (кардиоитервалграммы)  интервал между 2 сокращениями сердца.

Существуют 2 подхода к анализу вариабельности ритма сердца:

1. 1.Временной  - его показателями является например средняя длительность  RR интервалов, стандартное отклонение  RR интервалов и др.

2. Частотный – его показателями являются мощность высокочастотного компонента HR который отражает парасимпатические влияния. LF – мощность низкочастотного компонента отражает симпатические влияния

Соотношение высокочастотного и низкочастотного компонентов которые отражают вегетативный баланс.

1. Метод  плетизмографии  – метод изучения сосудистых реакций организма. Плетизмограмма  отражает в изменении объема конечности вызванные изменением количества находящиеся в ней крови.

В настоящее время широкое распространения получил метод  ФПГ (фотоплетизмографии) Фотоплетизмограф – портативные устройства, которые одеваются на палец человека и отражают  как сосудистые реакции, так и сердечный ритм.

1. Метод термографии (тепловидение) – метод, основанный на регистрации  инфракрасного излучения человеческого тела пропорционального его температуре.  

Приборы:

• Телевизоры (термовизорами) – используются преимущественно для оценки изменений кровоснабжения отдельных участков поверхности лица (прежде всего в области вокруг глазами)

Целью их использования является обнаружение кратковременных изменений кровотока обусловленных активностью симпатического отдела вегетативной нервной системы.

Методы изучения активности дыхательной системы

Методы:

1.Метод пневмографии – это метод измерения интенсивности дыхания, т. е его амплитуды и частоты. Приборы  - пневмографы. Первые пневмографы представляли собой надувные камеры пояса, которые плотно оборачивались вокруг грудой клетки испытуемого. Современные пневмографы представляют собой своеобразные ремни, ленты, изготовленные из тканевого материала, должны присутствовать датчики натяжение которые фиксируют изменения объёма грудной клетки. Особенно важными для психофизиологов являются показатели верхнего (грудного дыхания) и нижнего (диафрагмального дыхания).

2.Метод спирографии – это метод регистрации объема вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Прибор – спирограф (спирометр).

3.Метод пневмотахометрии – это метод исследования механики дыхания основанный на записи скоростей движения и объема вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. С помощью прибора пневмотахографа определяют скорость движения воздуха, частоту дыхания, длительность вдоха и выдоха и ряд других показателей.

Методы изучения активности кожи

  Методы изучения электрической активности кожи(ЭАК ) они же методы изучение электродермальной активности (ЭДА) и эти же методы называют методами регистрации кожно-гальваническая реакция (КГР).

Возникновение электрической активности кожи обусловлена главным образом активностью потовых желез кожи человека.

Выделяют 2 основных типа потовых желез:

• Экринные потовые железы расположены по всей поверхности тела и их  функция-терморегуляция.

• Апокринные (апогридовые) – расположены преимущественно в подмышечных впадинах и в паху и определяют запах тела.

Те потовые железы, расположенные на ладонях и подошвах и меньшей степени на лбу и подмышках реагируют на стрессовые воздействия на внешние раздражители.

История: Метод изучения активности кожи – старейший метод психофизиологии. Он появился в конце 19в. Благодаря франц врачу Фере и русскому физиологу Тарханову

Фере в 1888 году – впервые зафиксировал изменения сопротивления кожи и пропускание через нее слабого тока.

Тарханов 1890 г зафиксировал разность потенциалов между 2 участками кожи.

Открытие их в конце 19в легли в основу 2 основных методов регистрации электрической активности кожи.

Открытие Фере легло в основу экзосоматического метода регистрации электрической активности кожи – метод предполагает наличие внешнего источника тока  и состоит в измерении сопротивлении проводимости кожи при пропускании через него слабого тока.

Открытие Тарханова привело к открытию эндосоматического метода регистрации электрической активно кожи он не предполагает внешнего источника тока  и состоит в измерении разности потенциалов между 2 участками кожи.

Методы изучения активности мышечной системы

Методы:

1. ЭМГ ( электромиографии) – это метод регистрации электрических процессов в мышцах.  

В психофизиологии используется 2 вида электродов:

• Игольчатый(инвазивный)

• Накожный (неивазивный)

Существует 2 способа записи ЭМГ:

• Биполярный- 1 электрод помещается над серединой мышцы (двигательной точке) а второй – на 1–2 см дистальнее

• Монополярный - один электрод помещают над «двигательной точкой» исследуемой мышцы, второй – над ее сухожилием или на какой-либо отдаленной точке (на мочке уха, на грудине и т.д.).

Методы изучения активности глаз

Психофизиологию прежде всего интересует 3 категории

1. Зрачковая реакция (сужение и расширение)

2. Моргание

3. Движение глаз – это разнообразные по функции, механизму и биомеханике вращения глаз в орбитах – Окулография

2.Типа:

1. Микродвижения –  непроизвольные движения глаз, возникающие во время их фиксации. Их амплитуда не превышает 20-30 угл. мин.

2. Макродвижение глаз – направлены на изменение положения глаз в орбитра. Существует 5 типов. Наибольшей интерес вызывают :

• - прослеживающее движение глаз( медленные обычно не произвольные прослеживание в след за движущимся объектом .

• - Макросакады (скачки)-под ними понимают быстрые точные произвольные смещение вора из одной точки в другую

Наиболее часто применяют метод ЭОГ-  это метод регистрации движений глаз основанный на графической регистрации изменений электроёмкого потенциала сетчатки глазных мышц. В основе ЭОГ лежит дипольное свойство человеческого глаза.