Методы исследования ЦНС

Развитие идей И.П. Павлова  в области патологии высшей нервной  деятельности позволило выяснить механизмы  возникновения патологических состояний  нервной системы в результате различных конфликтных ситуаций и перенапряжений.

Работами школы Л.А. Орбели в  области изучения эволюции высшей нервной  деятельности была установлена определенная направленность эволюции нервно-мышечной функции — от процессов недифференцированных, медлительных, расплывчатых к процессам  дифференцированным, ускоренным, уточненным. Это было подтверждено в лаборатории  чл.-корр. АМН СССР А.Г. Гинецинского при исследовании онтогенетического  развития как нервно-мышечного аппарата, так и некоторых проявлений активности головного мозга. Здесь было положено также начало систематическому изучению взаимоотношений различных отделов  нервной системы в филогенезе.

Развитие учения И.П. Павлова о  второй сигнальной системе проводилось  в плане разработки физиологического понимания генезиса речи, изучения возникновения и развития второй сигнальной системы у детей. Была показана последовательность появления  различных безусловных и условных реакций у ребенка начиная  с первых дней жизни. Выяснена также  относительная роль разных типов  внешних раздражителей в формировании речи и установлены особенности  окружающей ребенка обстановки, оказывающие  влияние на скорость и качество формирования речи ребенка.

В связи с разработкой проблем  физиологии органов чувств (анализаторных  систем) в лаборатории проф. Г.В. Гершуни  было предпринято изучение объективных  процессов, происходящих в головном мозге человека, в сопоставлении  с сопровождающими их субъективными  ощущениями. Был установлен ряд фактов, характеризующих участие высших отделов нервной системы, а не только органов чувств, в возникновении даже элементарных ощущений. В частности, было выяснено существование и значение «субсенсорных реакций», т. е. реакций, объективно регистрируемых по активности мозга, но не сопровождающихся субъективным ощущением.

В лаборатории проф. А.В. Тонких получил  дальнейшее развитие проблемы эволюции адаптационно-трофической функции  нервной системы. Здесь исследовалась  возможность гуморального воздействия  центральной нервной системы  на различные органы, изучалась эволюция функциональных возможностей мозжечка и больших полушарий головного  мозга, выяснялась роль вегетативной нервной  системы в кроветворении. В связи  с этими работами в лаборатории  проф. Л.Я. Пинеса проводились морфологические  исследования нервной системы, посвященные  изучению локализации гипоталамических центров, регулирующих кровяное давление, вегетативных связей мозжечка и др.

Специальное внимание, особенно в 1946—1950 гг., уделялось в Институте развертыванию  работ по эволюции эндокринной системы (под руководством А.В. Тонких и Е.А. Моисеева). Было предпринято изучение пределов проницаемости ультрафиолетовой микроскопии в гистофизиологическом исследовании эндокринных органов  и выполнен ряд работ, посвященных  регуляторной деятельности гипофиза, адреналовой системы и др.

Ознакомление с материалами  деятельности лаборатории Физиологического института позволяет отметить органическую связь тематики биохимической и  биофизической лабораторий с  работами физиологических лабораторий. Такая организация научной работы способствовала разработке физико-химических основ элементарных физиологических  явлений с учетом основных представлений  физиологии.

Таковы, в самых общих чертах, основные направления и тематика работ, выполнявшихся в стенах Физиологического института им. акад. И.П. Павлова в период с 1936 по 1950г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          2.МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ РАБОТЫ ГОЛОВНОГО МОЗГА

 

         Электроэнцефалография относится к наиболее распространенным электрофизиологическим методам исследования ЦНС. Суть ее заключается в регистрации ритмических изменений потенциалов определенных областей коры большого мозга между двумя активными электродами (биполярный способ) или активным электродом в определенной зоне коры и пассивным, наложенным на удаленную от мозга область. Электроэнцефалография-метод регистрации и анализа электроэнцефалограммы( ЭЭГ).

Электроэнцефалограмма – это кривая регистрации суммарного потенциала постоянно меняющейся биоэлектрической активности значительной группы нервных клеток. В эту сумму входят синаптические потенциалы и отчасти потенциалы действия нейронов и нервных волокон. Суммарную биоэлектрическую активность регистрируют в диапазоне от 1 до 50 Гц с электродов, расположенных на коже головы. Та же активность от электродов на поверхности коры мозга называется электрокортикограммой. При анализе ЭЭГ учитывают частоту, амплитуду, форму отдельных волн и повторяемость определенных групп волн.

Амплитуда измеряется как расстояние от базовой линии до пика волны. На практике, ввиду трудности определения базовой линии, используют измерение амплитуды от пика до пика.

Под частотой понимается число полных циклов, совершаемых волной за 1 секунду. Этот показатель измеряется в герцах. Величина обратная частоте, называется периодом волны. На ЭЭГ регистрируется 4 основных физиологических ритма: ά -, β -, θ -. и δ – ритмы.

Ά – ритм имеет частоту 8-12 Гц, амплитуду от 50 до 70 мкВ. Он преобладает у 85-95% здоровых людей старше девятилетнего возраста (кроме слепорожденных) в состоянии спокойного бодрствования с закрытыми глазами и наблюдается преимущественно в затылочных и теменных областях. Если он доминирует, то ЭЭГ рассматривается как синхронизированная.

κ - ритм, отмечаемый при наложении электродов в височном отведении, имеющий частоту 8-12 Гц и амплитуду около 45 мкВ.

Реакцией синхронизации называется увеличение амплитуды и снижение частоты ЭЭГ. Механизм синхронизации ЭЭГ связан с деятельностью выходных ядер таламуса. Вариантом ά- ритма являются «веретена сна» длительностью 2-8 секунд, которые наблюдаются при засыпании и представляют собой регулярные чередования нарастания и снижения амплитуды волн в частотах ά - ритма.

Ритмами той же частоты  являются:

μ – ритм, регистрируемый в роландовой борозде, имеющий аркообразную или гребневидную форму волны с частотой 7-11 Гц и амплитуду около 45 мкВ;

β - ритм имеет частоту от 14 до 30 Гц и низкую амплитуду – от 25 до 30 мкВ. Он сменяет ά - ритм при сенсорной стимуляции и при эмоциональном возбуждении. β– ритм наиболее выражен в прецентральных и фронтальных областях и отражает высокий уровень функциональной активности головного мозга. Смена ά - ритма (медленной активности) β – ритмом (быстрой низкоамплитудной активностью) называется десинхронизацией ЭЭГ и объясняется активирующим влиянием на кору больших полушарий ретикулярной формации ствола и лимбической системы.

θ – ритм имеет частоту от 3,5 до 7,5 Гц, амплитуду до от 5 до 200 мкВ. У бодрствующего человека θ – ритм регистрируется обычно в передних областях мозга при длительном эмоциональном напряжении и почти всегда регистрируется в процессе развития фаз медленноволнового сна. Отчетливо регистрируется у детей, пребывающих в состоянии неудовольствия. Происхождение θ - ритма связывают с активностью мостовой синхронизирующей системы.

δ – ритм имеет частоту 0,5-3,5 Гц, амплитуду от 20 до 300 мкВ. Эпизодически регистрируется во всех областях головного мозга. Появление этого ритма у бодрствующего человека свидетельствует о снижении функциональной активности мозга. Стабильно фиксируется во время глубокого медленноволнового сна. Происхождение δ – ритма ЭЭГ связывают с активностью бульбарной синхронизирующей системы.

 γ – волны имеют частоту более 30 Гц и амплитуду около 2 мкВ. Локализуются в прецентральных, фронтальных, височных, теменных областях мозга.

При визуальном анализе ЭЭГ  обычно определяют два показателя –  длительность ά – ритма и блокада ά – ритма, которая фиксируется при предъявлении испытуемому того или иного раздражителя. Кроме этого на ЭЭГ есть особые волны, отличающиеся от фоновых. К ним относят: К-комплекс, λ – волны, μ – ритм, спайк, острая волна.

 К - комплекс – это сочетание медленной волны с острой волной, вслед за которыми идут волны частотой около 14 Гц. К-комплекс возникает во время сна или спонтанно у бодрствующего человека. Максимальная амплитуда отмечается в вертексе и обычно не превышает 200 мкВ

 Λ – волны - монофазные положительные острые волны, возникающие в окципитальной области, связанные с движением глаз. Их амплитуда меньше 50 мкВ, частота – 12-14 Гц.

 Μ – ритм – группа аркообразных и гребневидных волн частотой 7-11 Гц и амплитудой меньше 50 мкВ. Регистрируются в центральных областях коры (роландова борозда) и блокируется тактильной стимуляцией или двигательной активностью.

Спайк – волна, четко отличающаяся от фоновой активности, с выраженным пиком длительностью от 20 до 70 мс. Первичный компонент ее обычно является негативным. Спайк- медленная волна – последовательность поверхностно негативных медленных волн с частотой 2,5-3,5 Гц, каждая из которых ассоциируется со спайком.

 Острая волна – волна, отличающаяся от фоновой активности с подчеркнутым пиком длительностью 70-200 мс.

При малейшем привлечении  внимания к стимулу развивается  десинхронизация ЭЭГ – реакция  блокады ά – ритма. Хорошо выраженный ά - ритм – показатель покоя организма. Более сильная реакция активации выражается не только в блокаде ά – ритма, но и в усилении высокочастотных составляющих ЭЭГ: β – и γ – активности. Падение уровня функционального состояния выражается в уменьшении доли высокочастотных составляющих и росте амплитуды у более медленных ритмов – θ- и δ- колебаний.

          Магнитоэнцефалография (МЭГ) –регистрация параметров магнитного поля организма человека и животных. При помощи магнитоэнцефалографии можно регистрировать основные ритмы ЭЭГ и вызванные потенциалы. Запись этих параметров осуществляется с помощью сверхпроводящих квантовых интерференциальных датчиков в специальной камере, изолирующей магнитные поля мозга от более сильных внешних полей. Метод обладает рядом преимуществ перед регистрацией традиционной электроэнцефалограммы. Так, вследствие того, что используется большое количество датчиков, легко получается пространственная  картина распределения электромагнитных полей.

      Метод вызванных потенциалов: Специфическая активность, связанная со стимулом, называется вызванным потенциалом. У человека – это регистрация колебания электрической активности, возникающего на ЭЭГ при однократном раздражении периферических рецепторов (зрительных, слуховых, тактильных). У животных раздражают также афферентные пути и центры переключения афферентной импульсации. Амплитуда их обычно невелика, поэтому для эффективного выделения вызванных потенциалов применяют прием компьютерного суммирования и усреднения участков ЭЭГ, которое записалось при повторном предъявлении стимула. Вызванный потенциал состоит из последовательности отрицательных и положительных отклонений от основной линии и длится около 300 мс после окончания действия стимула. У вызванного потенциала определяют амплитуду и латентный период. Часть компонентов вызванного потенциала, которые отражают поступление в кору афферентных возбуждений через специфические ядра таламуса, и имеют короткий латентный период, называются первичным ответом. Они регистрируются в корковых проекционных зонах тех или иных периферических рецепторных зон. Более поздние компоненты, которые поступают в кору через ретикулярную формацию ствола, неспецифические ядра таламуса и лимбической системы и имеют более длительный латентный период, называются вторичными ответами. Вторичные ответы, в отличие от первичных, регистрируются не только в первичных проекционных зонах, но и в других областях мозга, связанных между собой горизонтальными и вертикальными нервными путями. Один и тот же вызванный потенциал может быть обусловлен многими психологическими процессами, а одни и те же психические процессы могут быть связаны с разными вызванными потенциалами.

          ТКЭАМ-топографическое картирование электрической активности мозга- область электрофизиологии, оперирующая с множеством количественных методов анализа электроэнцефалограммы и вызванных потенциалов, Широкое применение этого метода стало возможным при появлении относительно недорогих и быстродействующих персональных компьютеров. Топографическое картирование существенным образом повышает эффективность ЭЭГ метода. ТКЭАМ позволяет очень тонко и дифференцировано анализировать изменения функциональных состояний мозга на локальном уровне в соответствии с видами выполняемой испытуемым психологической деятельности.

Томографические методы: Томография – основана на получении отображения срезов мозга с помощью специальных техник. Идея этого метода была предложена Дж.Родоном (1927) , который показал, что структуру объекта можно восстановить по совокупности его проекций, а сам объект может быть описан множеством своих проекций.

Компьютерная томография КТ) – это современный метод, позволяющий визуализировать особенности строения мозга человека с помощью компьютера и рентгеновской установки. Этот метод дает точное и детальное изображение малейших изменений плотности мозгового вещества. При компьютерной томографии через мозг пропускается тонкий пучок рентгеновских лучей, источник которого вращается вокруг головы в заданной плоскости; прошедшее через череп излучение измеряется сцинтилляционным счетчиком. Таким образом, получают рентгенографические изображения каждого участка мозга с различных точек. Затем с помощью компьютерной программы по этим данным рассчитывают радиационную плотность ткани в каждой точке исследуемой плоскости. В результате получают высококонтрастное изображение среза мозга в данной плоскости.

Позитронно-эмисионная томография – метод, который позволяет оценить метаболическую активность в различных участках мозга.

Испытуемый глотает радиоактивное  соединение, позволяющее проследить изменения кровотока в том  или ином отделе мозга, что косвенно указывает на уровень метаболической активности в нем. Суть метода заключается  в том, что каждый позитрон, испускаемый  радиоактивным соединением, сталкивается с электроном; при этом обе частицы  взаимоуничтожаются с испусканием  двух γ-лучей под углом 180°. Эти улавливаются фотодетекторами, расположенными вокруг головы, причем их регистрация происходит лишь тогда, когда два детектора, расположенные друг против друга возбуждаются одновременно. На основании полученных данных строится изображение в соответствующей плоскости, которое отражает радиоактивности разных участков исследуемого объема ткани мозга.

Ядерно- (ЯМР-томография) позволяет визуализировать строение мозга без применения рентгеновских лучей и радиоактивных соединений. Вокруг головы испытуемого создается очень сильное магнитное поле, которое воздействует на ядра атомов водорода, имеющих внутреннее вращение. В обычных условиях оси вращения каждого ядра имеют случайное направление.