3.1.2.Методы исследования функций ЦНС
Интенсивное развитие физиологии ЦНС было обусловлено переходом от описательных методов изучения функций различных отделов мозга к экспериментальным методам. Многие методы, используемые для изучения функции ЦНС, применяются в сочетании друг с другом.
Метод разрушения (экстирпации) различных отделов ЦНС позволяет установить, какие функции ЦНС выпадают после оперативного вмешательства, а какие сохраняются.
Метод перерезки дает возможность изучить значение в деятельности того или иного отдела ЦНС влияний, поступающих от других ее отделов. Перерезка производится на различных уровнях ЦНС. Полная перерезка, например, спинного мозга или ствола мозга разобщает вышележащие отделы ЦНС от нижележащих и позволяет изучить реакции, которые осуществляются нервными центрами, расположенными ниже места перерезки. Перерезка и локальное выключение отдельных нервных центров производится не только в условиях эксперимента, но и в нейрохирургической клинике в качестве лечебных мероприятий.
Метод раздражения позволяет изучить функциональное значение различных образований ЦНС. При раздражении (химическом, электрическом, механическом, термическом) определенных структур мозга можно наблюдать возникновение и характер распространения процессов возбуждения, а также особенности проявления определенных реакций.
Электроэнцефалография — метод регистрации суммарной электрической активности различных отделов головного мозга.
Каждый нейрон имеет на мембране разность потенциалов — МП, которая при активации уменьшается — это деполяризация мембраны, а при торможении чаще увеличивается, т.е. развивается гиперполяризация мембраны. Клетки глии мозга также имеют разность потенциалов на мембране. Динамика МП нейронов, глии, процессы, происходящие в синапсах, дендритах, аксонном холмике, в аксоне — все эти постоянно изменяющиеся, разнообразные по интенсивности, скорости процессы, интегральные характеристики которых зависят от функционального состояния нервной структуры, и определяют ее электрические показатели. Если эти показатели регистрируются через микроэлектроды, расположенные вне клетки, то они отражают активность локального (до 100 мкм в диаметре) участка мозга и называются фокальной активностью.
В случае если электрод располагается в подкорковой структуре, регистрируемая через него активность называется субкортикограммой; если электрод находится в коре мозга — кортикограммой. Наконец, если электрод помещен на поверхность кожи головы, то регистрируется суммарная актив-
87
ность как коры, так и подкорковых структур. Это проявление активности называется электроэнцефалограммой (ЭЭГ).
Впервые запись электрической активности мозга была осуществлена В.В. Правдич-Неминским (1913) с помощью электродов, погруженных в мозг. Н. Бергер (1929) зарегистрировал потенциалы мозга с поверхности черепа и назвал запись колебаний потенциалов мозга электроэнцефалограммой (ЭЭГ).
Частота и амплитуда колебаний ЭЭГ может меняться, но в каждый момент времени в ЭЭГ преобладают определенные ритмы (рис. 3.1).
•Альфа(а)-ритм характеризуется частотой колебаний 8— 13 Гц, амплитудой 50 мкВ. Этот ритм лучше всего выражен в затылочной и теменной областях коры и регистрируется в условиях физического и умственного покоя при закрытых глазах. Если глаза открыть, то альфа-ритм сменяется более быстрым бета-ритмом.
•Бета(Р)-ритм характеризуется частотой колебаний 14— 50 Гц и амплитудой до 25 мкВ. У некоторых людей альфаритм отсутствует и поэтому в покое регистрируется бетаритм. В связи с этим различают бета-ритм-1 с частотой колебаний 16—20 Гц: он характерен для состояния покоя и регистрируется в лобной и теменной областях. Бета-ритм-2 с частотой 20—50 Гц характерен для состояния интенсивной деятельности мозга.
•Тета(0)-ритм представляет собой колебания с частотой 4—8 Гц и амплитудой 100—150 мкВ. Этот ритм регистрируется в височной и теменной областях при психомоторной активности, стрессе, во время сна, при гипоксии и легком наркозе.
•Делъта(А)-ритм характеризуется медленными колебаниями потенциалов с частотой 0,5—3,5 Гц, амплитудой 250—
88
300 мкВ. Этот ритм регистрируется во время глубокого сна, при глубоком наркозе, при гипоксии.
Все виды активности мозга в динамике подвержены усилению и ослаблению и сопровождаются определенными ритмами электрических колебаний. У человека в покое при отсутствии внешних раздражений преобладают медленные ритмы изменения состояния коры мозга, что на ЭЭГ находит отражение в форме альфа-ритма: активность структур мозга носит синхронный характер. Переход человека к активной деятельности приводит к смене альфа-ритма на более быстрый бетаритм — на ЭЭГ появляется реакция десинхронизации. Переход от состояния покоя к состоянию сосредоточенного внимания или ко сну сопровождается развитием более медленных тетаили дельта-ритмов.
ЭЭГ метод используется в клинике с диагностической целью, особенно в нейрохирургической клинике для определения локализации опухолей мозга. В неврологической клинике ЭЭГ применяют для определения локализации эпилептического очага, в психиатрической клинике — для диагностики расстройств психики. В хирургической клинике ЭЭГ используют для тестирования глубины наркоза.
Внедрение в практику нейрофизиологических и клинических исследований компьютерных технологий существенно расширило сферу применения ЭЭГ-метода. В основе современного подхода к использованию ЭЭГ лежат приемы анализа когерентности (синфазность и синхронность волн ЭЭГ) и спектрально-корреляционных отношений. Считают, что появление в различных областях мозга колебаний, когерентных или совпадающих по фокусу максимальной спектральной мощности определенных частот ЭЭГ, имеющих высокие коэффициенты корреляции, свидетельствует об участии этих областей мозга в переработке одной и той же информации, организации одних и тех же процессов.
Магнитоэнцефалография (МЭГ) — метод регистрации электромагнитных полей (ЭМП), возникающих при деятельности мозга. Магнетометр, реагирующий на ЭМП, позволяет получить пространственную картину распределения ЭМП в мозге с высокой временной (1 мс) и пространственной (1 мм) разрешающей способностью. МЭГ регистрируют бесконтактно. Она отражает активность только структур коры головного мозга, тогда как в ЭЭГ суммируются сигналы от корковых и подкорковых структур.
Метод вызванных потенциалов — регистрация электрической активности определенных структур мозга при стимуляции рецепторов, нервов, подкорковых структур. Вызванные потенциалы (ВП) чаще всего представляют собой трехфазные колебания, сменяющие друг друга: позитивное, негативное, второе (позднее) позитивное колебания, однако они могут
89
иметь и более сложную форму. Различают первичные ответы (ПО) и поздние или вторичные ответы (ВО) вызванных потенциалов {рис. 3.2).
Метод ВП находит применение в клинической неврологии и экспериментальной нейрофизиологии. С помощью ВП можно проследить онтогенетическое развитие проводящих путей мозга, провести анализ локализации представительства сенсорных функций, связей между структурами мозга, показать количество переключений на пути распространения возбуждения. Так, с помощью этого метода было установлено локальное представительство зубов в соматосенсорной коре [Самко Ю.Н., 1973]. Представительство рецепторов языка было обнаружено в соматосенсорной и орбитофронтальной областях мозга [Костюшин М.М., 1975; Будылина С.М., 1987]. Особенности вовлечения в ответ нейронов тригеминального комплекса ядер при стимуляции пульпы различных зубов были изучены О.М. Карцевой (1981). Нейрохимические механизмы формирования дентальной боли изучали В.П. Дегтярев (1992), А.Н. Громов (1993).
В клинической практике метод регистрации ВП используют при диагностике зрительной, слуховой и других сенсорных функций, когнитивной функции мозга, при черепномозговых травмах, нарушениях мозгового кровообращения, опухолях мозга, эпилепсии и других заболеваниях.
С поверхности мозга регистрируют также постоянный потенциал и сверхмедленные колебания потенциалов.
Постоянный потенциал определяется уровнем поляризации прилежащих к электроду образований мозга. Определенный вклад в поляризацию коры мозга вносит гематоэнцефалический барьер. Изменения метаболизма этих образований приводят к сверхмедленным колебаниям потенциала с периодами колебаний в секунды, декасекунды и минуты. Потенциа-
90
лы, отводимые с кожи головы, отражают постоянный потенциал больших полушарий головного мозга.
Томографические методы исследования позволяют получить «срезы» мозга, отражающие как его морфологические особенности (рентгенотомография, ядерно-магнитно-резо- нансная томография), так и участие различных областей мозга в реализации определенных функций. К этим методам относятся позитронно-эмиссионная (ПЭТ) и функциональная маг- нитно-резонансная (ФМРТ) томография.
ПЭТ основана на выявлении распределения в мозге химических веществ, интенсивно используемых в метаболических реакциях. К числу таких субстратов относят углерод, кислород, азот, фтор. Замещение этих элементов коротко живущими изотопами в биоорганических соединениях позволяет регистрировать распределение и интенсивность использования вещества при осуществлении определенной функции мозга. Наиболее часто для этих целей используют дезоксиглюкозу, которую клетки мозга поглощают, но не утилизируют. Изотопы излучают позитроны, которые после небольшого пробега (около 3 мм) взаимодействуют с электроном. Результатом реакции аннигиляции является образование двух протонов, разлетающихся под углом в 180°. Датчики, улавливающие излучение, располагают на противоположных сторонах колец, внутри которых находится голова пациента. По полученным измерениям строят с помощью компьютера трехмерное изображение мозга.
Магнитно-резонансная томография (МРТ) основана на использовании парамагнитных свойств ядер различных соединений. Такие соединения не обладают магнитными свойствами, но приобретают их в сильном магнитном поле. Применяющиеся М Р-томографы регистрируют распределение в мозге восстановленного гемоглобина. Увеличение активности структур мозга сопровождается увеличением объема и скорости кровотока. Приток крови уменьшает содержание в структуре мозга потерявшего кислород гемоглобина. Измерение этой разницы и создает основу для построения карт локальных активаций мозговых структур.
Ядерно-магнитно-резонансная томография (ЯМРТ) основана на индикации плотности распределения в мозге ядер водорода. Резонанса позитронов добиваются, помещая голову человека в мощное импульсное электромагнитное поле. Этот метод обладает лучшей разрешающей способностью по сравнению с ренгенотомографией, не связан с облучением рентгеновскими лучами.
Микроэлектродный метод применяют для изучения физиологии отдельного нейрона, его биоэлектрической активности как в состоянии покоя, так и при различных воздействиях. Для этих целей используют специально изготовленные стек-
9 1