Мозговые волны (brain waves)

Нейронную активность, имеющую отчасти электрическую природу, можно записать с помощью электроэнцефалографа. Эту запись изменений электрической активности головного мозга во времени наз. электроэнцефалограммой (ЭЭГ), или, менее официально, М. в. Приоритет в разраб. метода электроэнцефалографии принадлежит немецкому психиатру Г. Бергеру (1873—1941).

М. в. здорового чел. весьма разнообразны. Их частота охватывает диапазон от 1 до 100 Гц. Амплитуда колебаний сложного сигнала обычно составляет около 50 мкВ, хотя амплитуда отдельных волн здорового мозга может доходить до 1 мВ. Паттерн М. в. чел. — это глобальная и довольно грубая мера функционирования головного мозга, однако до сих пор не прекращаются попытки связать — пусть не всегда убедительно — паттерны ЭЭГ с различными состояниями сознания, а тж с аномалиями головного мозга.

У людей запись М. в. производится с помощью отводящих электродов, накладываемых на определенные участки кожного покрова черепа. Разности потенциалов между электродами усиливаются и записываются на движущуюся бумажную ленту в виде функции времени. Эти разности потенциалов образуются от функционирования нейронов коры больших полушарий и почти всегда связаны с полем действия синаптических потенциалов. К последним относятся возбуждающие и тормозные постсинаптические потенциалы (ВПСП и ТПСП соответственно), генерируемые в ответ на высвобождение нейромедиатора пресинаптическим нейроном. Нейроны, ориентированные перпендикулярно поверхности коры, вероятно, играют главную роль в формировании паттернов М. в.

М. в. (или, как их еще наз., ритмы ЭЭГ) были сгруппированы по частотам и обозначены греческими буквами. К наиболее известным относятся: альфа-ритм (8—12 Гц), бета-ритм (от 13 Гц и выше), тета-ритм (4—7 Гц) и дельта-ритм (от 3 Гц и ниже).

Определенные ритмические М. в. обнаруживаются в разных областях головного мозга.

Мозговые волны и сон

Записи М. в. оказались полезными при исслед. сна. Во время сна паттерн волновой активности мозга довольно точно отражает состояние сознания чел. Состояние бодрствования обычно характеризуется высокой степенью бета-активности. По мере погружения чел. в сон М. в. начинают меняться в направлении увеличения амплитуды и понижения частоты, проходя в своем изменении через ряд стадий. Эти стадии постепенно переходят одна в др. и не являются четко выраженными. Стадия 0 — это непосредственно предшествующее сну бодрствующее состояние, к-рое характеризуется наличием альфа-ритма. Стадия 1 имеет сходные волновые паттерны, отличающиеся нек-рым уменьшением амплитуды колебаний и исчезновением альфа-ритма. Стадия 2 определяется по появлению «сонных веретен» — кратковременных (0,5—2 с) всплесков волновой активности частотой 13—16 Гц. Для этой стадии тж характерны «К-комплексы», или резкие колебания амплитуды сигнала. Стадия 3 — это переходная фаза, в к-рой наряду с веретенами и К-комплексами появляются более медленные волны, преобладающие на следующей стадии. Стадия 4 — последняя и самая глубокая — содержит преимущественно дельта-волны, частота к-рых варьирует в диапазоне от 0,5 до 3 Гц.

Еще одна форма М. в. появляется на стадии REM-сна (БДГ-сна). REM-паттерн имеет сходство с волновым паттерном стадии 1, хотя в данном случае чел. явно спит. Эта стадия связана с быстрыми движениями глаз (rapid eye movements, сокращенно — REM) частотой 1—2 движения в секунду, к-рые происходят в виде коротких всплесков. Она тж сопровождается полным расслаблением антигравитационных мышц, эрекцией пениса у мужчин и приростом спайковой активности нейронов моста, коленчатых тел и затылочной коры. По всей вероятности, REM-сон представляет собой периоды сновидений, поскольку о них сообщает большинство людей, когда их будят на этой стадии сна. В противоположность этому, только 20% людей, разбуженных во время др. стадий сна, сообщают о сновидениях.

Мозговые волны и клиническая диагностика

Несмотря на свои ограничения в качестве меры функционирования головного мозга, М. в. имеют определенную ценность для клинической диагностики отклонений в его работе. Нет таких форм или частот волновой активности мозга, к-рые являются однозначно аномальными, и потому М. в. интерпретируются с учетом полного контекста поведенческих актов и др. неврологических исслед. Анализ М. в. особенно полезен при диагностике и оценке таких заболеваний и состояний, как эпилепсия, опухоли мозга, церебральные инфекции, кома и прекращение деятельности головного мозга. Последовательные записи ЭЭГ используются при наблюдении за процессом восстановления мозговых функций после черепно-мозговых травм, инсультов или др. повреждений мозга.

Компьютеризация существенно повысила полезность записей М. в. Компьютер может отфильтровывать определенные частоты, анализировать длинные записи и усреднять их по разным параметрам. Одним из важных достижений в компьютеризации записей М. в. является регистрация и анализ вызванных потенциалов. Предъявление одиночного внешнего раздражителя импульсного характера (с крутыми передним и задним фронтами) не приводит к видимым изменениям ЭЭГ, поскольку электроды фиксируют суммарную активность огромной совокупности нейронов, тогда как нейрональный ответ на этот раздражитель может затрагивать лишь незначительную часть этой совокупности. Спонтанная активность всех остальных нейронов, чья электрическая активность влияет на формирование паттерна М. в., маскирует потенциалы действия интересующих нас нейронов. Но если такой раздражитель предъявлять многократно, то с помощью компьютера записи М. в. можно усреднить. Спонтанная и случайная активность в этих записях при их наложении друг на друга в конечном счете будет сведена к нулю, а значит — «стерта». Останется устойчивая реакция интересующей исследователей совокупности нейронов на многократное предъявление определенного раздражителя. Этот остаточный волновой паттерн и есть вызванный потенциал. Метод вызванных потенциалов широко используется в исследованиях слуховой и зрительной систем.

См. также Головной мозг, Центральная нервная система, Нейропсихология, Психофизиология

П. М. Уоллес