додати матеріал

приховати рекламу

Викликані потенціали головного мозку

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

Курсова робота

на тему "Викликані потенціали головного мозку"

1999


1. ВСТУП

За останні 20 років рівень застосування комп'ютерів в медицині надзвичайно підвищився. Практична медицина стає все більш і більш автоматизованої.

Складні сучасні дослідження в медицині немислимі без застосування обчислювальної техніки. До таких досліджень можна віднести комп'ютерну томографію, томографію з використанням явища ядерно-магнітного резонансу, ультрасонографію, дослідження із застосуванням ізотопів. Кількість інформації, що отримується при таких дослідження таке величезне, що без комп'ютера чоловік був би нездатний її сприйняти і обробити.

Широке застосування комп'ютери знайшли в електроенцефалографії. Не підлягає сумніву, що за допомогою обчислювальної техніки вже зараз можна істотно удосконалити методику реєстрації, збереження і вилучення ЕЕГ-інформації, отримати ряд нових даних, недоступних ручних методів аналізу, перетворювати ЕЕГ-дані в візуопространственние топографічні образи, що відкривають додаткові можливості локальної діагностики церебральних уражень [3].

У даній роботі наводиться опис програмного засобу аналізу викликаних потенціалів головного мозку. Представлена ​​в дипломній роботі програма дозволяє проводити компонентний аналіз ВП: пошук піків і міжпіковий латентності. Даний аналіз може допомогти діагностувати такі захворювання як епілепсія, розсіяний склероз, виявляти порушення сенсорної, зорової та слухової функцій.

Реєстрація викликаних потенціалів (ВП) мозку є об'єктивним і неінвазивним методом тестування функцій ЦНС людини. Використання СП є неоціненним засобом для раннього виявлення та прогнозу неврологічних розладів при різних захворюваннях, таких як інсульт, пухлини головного мозку, наслідки черепно-мозкової травми [1].

2. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

Одним з основних методів аналізу діяльності мозку є вивчення біоелектричної активності різних структур, зіставлення записів, одночасно відводяться від різних ділянок мозку, як у випадку спонтанної активності цих структур, так і у випадку електричних реакцій на короткочасні одиночні і ритмічні аферентні стимули. Часто використовуються також окреме або ритмічне електричне подразнення тих чи інших утворень мозку з записом реакцій в інших структурах.

Метод викликані потенціали (ВП) давно є одним з провідних в експериментальній нейрофізіології; за допомогою цього методу отримано переконливі дані, що розкривають сутність ряду найважливіших механізмів мозку. Можна з упевненістю вважати, що більша частина відомостей про функціональну організації нервової системи отримані за допомогою цього методу. Розвиток методів, що дозволяють записувати ВП у людини, відкриває блискучі перспективи для вивчення психічних захворювань.

Реєстрація відповідей нервів і окремих нервових волокон на електричні стимули дозволила дослідити основні закономірності виникнення і проведення нервових імпульсів у нервових провідниках. Аналіз відповідей окремих нейронів і їхніх скупчень на подразнення виявив основні закони виникнення гальмування і збудження в нервовій системі. Метод СП є головним способом встановлення наявності функціональних зв'язків периферії з центральними нервовими механізмами і дослідження межцентральних співвідношень в нервовій системі. Реєструючи ВП, вдалося встановити основні закономірності функціонування специфічної і неспецифічної систем афферентации і їх взаємодії між собою.

Методом ВП вивчені характеристики зміни реактивності ЦНС на аферентні стимули в залежності від рівня функціональної активності мозку; досліджено закономірності взаємодії синхроніз і десінхронізующіх систем стовбура, таламуса і переднього мозку.

Дослідження ВП різних рівнів нервової системи є основним методом тестування дії фармакологічних нейротропних препаратів. За допомогою методу ВП успішно вивчають в експериментах процеси вищої нервової діяльності: вироблення умовних рефлексів, складні форми навчання, емоційні реакції, процеси прийняття рішення.

Методика ВП насамперед застосовна для об'єктивного тестування сенсорних функцій (зору, слуху, соматичної чутливості), для отримання більш точних відомостей про локалізацію органічних церебральних уражень, для вивчення стану провідних шляхів мозку і реактивності різних церебральних систем при патологічних процесах.

Найбільш широке застосування в якості методу оцінки стану сенсорної системи дослідження ВП знайшло в області вивчення порушень слухової функції; методика отримала назву об'єктивної аудіометрії. Переваги її очевидні: з'являється можливість дослідити слух у дітей грудного віку, в осіб з порушенням свідомості та контакту з оточуючими, у випадках істеричної і сімуліруемой глухоти. Також, шляхом реєстрації ВП від черевної стінки матері в області, що відповідає голівці плоду, можна виявляти ступінь розвитку функцій слуху у плодів людини.

Досить перспективним видається вивчення зорових ВП (ЗВП), враховуючи велике значення оцінки стану зорових систем в топічної діагностики церебральних уражень.

Дослідження соматосенсорних ВП (ССВП) дозволяє визначати стан сенсорних провідників на всьому протязі від периферії до кори. Оскільки ССВП мають соматотопіку, відповідну кірковим проекціям тіла, особливий інтерес набуває їх дослідження при ураженні сенсорних систем на рівні головного мозку. Велике практичне значення може мати дослідження ВП з ​​метою диференціації органічних і функціональних (невротичних) сенсорних порушень. Це дає підставу використовувати методику ССВП в судовій медицині.

Великий інтерес представляє дослідження ВП при епілепсії, враховуючи велику роль, яку відіграє афферентная імпульсація в патогенезі розвитку епілептичних припадків. Висока чутливість ВП до змін функціонального стану мозку під впливом фармакологічних препаратів дозволяє використовувати їх з метою тестування ефектів лікування при епілепсії.

Крім дослідження ВП на відносно прості стимули (короткий спалах світла, звуковий клацання, короткий імпульс електричного струму), останнім часом з'явився ряд досліджень ВП на більш складні види стимуляції з використанням також більш складних способів виділення і аналізу ВП. Зокрема, досить широко досліджуються ВП на пред'явлення зорових стимулів, що представляють собою зображення. Найчастіше використовують зображення синусоїдальну модульованої по яскравості або контрастною грати або шахового малюнка з різними просторовими частотами і мірою контрасту. Зображення пред'являють як відносно тривалим засвічування. Крім того, використовують пред'явлення за допомогою синусоидально модульованого в часі по яскравості світлового потоку. Користуючись цим методом, отримують так звані ВП постійного стану. Цей ВП являє собою коливальний синусоїдальний процес з постійними частотно-амплітудними характеристиками, що знаходиться в певному частотно-амплитудном співвідношенні з частотою і інтенсивністю світлового потоку, що здійснює візуальну стимуляцію. Такі потенціали найчастіше застосовують у тестуваннях функції зору, причому в даний час дослідження не виходять в основному за рамки лабораторних експериментів.

Істотне практичне значення в клінічних дослідженнях набувають ВП на збочення зорового патерну (коли чорні елементи на екрані міняються місцями з білими). Отримано дані, що показують закономірний зв'язок амплітуди і латентних періодів деяких компонентів цих ВП з ​​розмірами шахового поля і кореляцію з гостротою зору. З точки зору клінічної неврології найбільший інтерес представляють ВП на перекручення зорового патерну в дослідженнях демієлінізуючих захворювань.

В останні роки були проведений аналіз як ВП в нормі з точки зору їх зв'язку з різними ланками аферентних систем, так і дослідження змін ВП при патології з точки зору зв'язку цих змін з загальними і приватними перебудовами виникають у ЦНС під впливом патологічного процесу.

Дослідження ВП знаходять застосування в багатьох областях клінічної практики:

- Локальне деструктивні ураження нервової системи:

- Ураження периферичної нервової системи;

- Ураження спинного мозку;

- Ураження стовбура мозку;

- Ураження півкуль мозку;

- Поразка таламуса;

- Супраталаміческіе ураження;

- Нервові хвороби:

- Епілепсія;

- Опухали ЦНС;

- Церебрально-судинні порушення;

- Черепно-мозкова травма;

- Демініціі;

- Метаболічні порушення;

- Кома і вегетативний стан;

- Реанімаційний моніторинг [6].

Можливості методу ВП дозволяють не тільки виявити структурний рівень ураження аналізатора, але і кількісно оцінити характер ураження сенсорної функції людини у різних ланках аналізатора. Особливу цінність і унікальність метод реєстрації ВП представляє для виявлення сенсорних порушень у дітей раннього віку. Системи використовують метод ВП використовуються в нейрології, нейрохірургії, дефектології, клінічної аудіометрії, психіатрії, судово-психіатричної, військової та трудової експертизи [3].

3. ХАРАКТЕРИСТИКА ВП

Викликані потенціали кори, або викликані відповідями, називають градуальний електричні реакції кори на одноразове аферентні подразнення будь-якого розділу нервової системи. Амплітуда, яких в нормі досягає 15 мкВ - длінолатентние (до 400 мс) і 1мкВ-коротко латентні (до 15 мс) [2].

Якби ВП були пов'язані тільки з одним певним типом активності нейронів, кількісна оцінка їх була б порівняно легкою, тому що сама крива ВП представляла б відображення цієї активності. Однак набагато більш імовірно, що ВП генеруються декількома типами активності з різними тимчасовими і, можливо, просторовими характеристиками. Крім інших даних, про це свідчить складність хвильової конфігурації ВП, представлена ​​наявністю безлічі піків, що з'являються через різні часові інтервали. Відповідно до цього дослідники говорять про різних компонентах, що визначаються на підставі латентності і полярності видимих ​​максимумів і мінімумів (піків) на кривій. При кількісній оцінці важливо визначити, на якому протягом будуть вимірюватися обрані компоненти.

Викликані потенціали головного мозку Рис.1. Модель, освіти ВП.

На рис.1 показана типова модель, що дозволяє зрозуміти як утворюються ВП. Чітко видно, (рис.1) ряд позитивних негативних коливань, кожне з яких наступає через певний проміжок часу, але їх тимчасові параметри частково збігаються. Таким чином, хвилі a і в кривій представляють собою негативні коливання, розділені в часі, а хвилі б і г - позитивні коливання, що перекриваються в часі. На рис. 1Б показана крива, отримана при сумації хвиль а, б, в та м. Чітко видно, що з'являється негативний компонент у не відображає істинної негативності кривої. Більш того, максимальна активність (компонент б і г) зміщена в часі, тому максимуми цих компонентів, які визначають на підставі їх латентності, не є істинними максимумами. Правильність моделі, зображеної на рис.1, підтверджується непрямими даними [11].

У залежності від модальності пропонованих стимулів розрізняють такі види ВП:

- Зорові;

- Слухові;

- Соматосенсорной;

- Тактильні;

- Нюхові;

- Смакові;

- Вестибулярні;

- Кинестетические [1].

4. РЕЄСТРАЦІЯ ВП

Успіхи експериментальної і теоретичної неврології у вивченні нервової системи за допомогою ВП давно привертали увагу клінічної нейрофізіології, проте на шляху стандартного використання цього методу стояли істотні труднощі.

При реєстрації від інтактних покривів голови, як відомо, реєструється "спонтанна" електрична активність у вигляді електроенцефалограми. Амплітуда її в нормі досягає 100 мкВ, а при патології 200, 500 і навіть 1000 мкв. На цьому тлі ВП, що не перевищує в середньому в нормі 15 мкВ, простим візуальним аналізом виділено бути не може [3].

Основна складність реєстрації ВП полягає в тому, що відповіді мозку значно нижче активності спонтанної ритміки ЕЕГ та інших сигналів, але мають з ними спільну спектр. Наприклад, якщо середній амплітудний рівень ЕЕГ становить 50 мкв, то зорові ВП мають амплітуду до 10мкВ, соматосенсорной ВП при стимуляції нервів - близько 2мкВ, деякі компоненти стовбурових ВП - до 0,5 мкВ. Співвідношення сигналу ВП до спонтанної ЕЕГ для зорових ВП (ЗВП) становить 1 / 5, для соматосенсорних ВП (ССВП) 1 / 25, а для стовбурових компонентів це співвідношення може становити менше, ніж 1 / 100 [1].

Справжній прогрес у галузі вивчення ВП у людини був досягнутий із застосуванням процедури усереднення ЕЕГ на електронних обчислювальних машинах. В принципі процедура зводиться до багаторазового підсумовування ділянок кривої, наступних за подачею стимулу, який є точкою, відліку часу. При цьому "спонтанна" ЕЕГ, що має статистичний характер, не буде значно зростати по амплітуді, тоді як ВП, що має відносно стабільні тимчасові і фазові характеристики, складаючись когерентно, при багаторазовому повторенні процедури буде безперервно зростати, так що з'являється можливість стабільно виділяти як завгодно малий сигнал з шуму спонтанної ЕЕГ.

Дослідження з застосуванням усереднення показали, що ВП певної модальності являє собою досить стабільний феномен, чітко відтворений у даного індивідуума і добре зберігає свої формальні і кількісні характеристики при повторних дослідженнях то послужило підставою для широкого застосування методу ВП у психологічних дослідженнях сприйняття, розпізнавання образів, рівнів функціональної активності мозку, оскільки по суті психологи вперше одержали в розпорядження об'єктивний параметр, досить адекватно відображає процеси сприйняття і перетворення мозком сенсорної інформації [3].

Виділення повторюваного сигналу, на тлі шуму, у випадках коли відомі моменти появи самого сигналу або пов'язаного з ним допоміжного сигналу містить два аспекти:

1) виявлення сигналу;

2) виділення сигналу з найменшою помилкою.

Сформулюємо дві основні гіпотези:

1) сигнал повторюється тотожно, тобто без зміни форми;

2) сигнал жорстко пов'язаний у часі зі стимулятором, тобто час затримки вважається постійним.

Припускаючи, що висловлені гіпотези справедливі, розглянемо періодичний сигнал r (t), що містить шум b (t). У електроенцефалографії цим шумом буде електроенцефалограма, відповідна нормального режиму, а також завжди можливі перешкоди. На шум b (t) накладається наступні умови. Перш за все шум є стаціонарним процесом 2-го порядку, так що його середнє значення m = (1 / Т) Викликані потенціали головного мозку dt, середня потужність.

Припустимо також, що шум центрований, тобто його середнє значення дорівнює нулю, а спектр не містить постійної складової. У цьому випадку дисперсія Викликані потенціали головного мозку дорівнює середній потужності Р, а називається ефективним значенням шуму.

Отже, розглянемо сигнал х (t) = r (t) + b (t). Так як r (t) - періодична функція з періодом Т0, то

r (t + kT0) = r (t)

при будь-якому цілому k.

Нехай N - число імпульсів стимулятора за деякий проміжок часу [7].

Враховуючи, що автокореляційна функція шуму дорівнює нулю, а b (t) - центрована було отримано, що співвідношення сигнал / шум (S / N) буде збільшуватися пропорційно квадратному кореню з числа підсумованих спостережень.

Викликані потенціали головного мозку (1)

Після N сумації відношення (С / Ш) дорівнюватиме вихідного відношення (с / ш), помноженому на Викликані потенціали головного мозку [1].

Іншими словами, перевага в розпізнаванні сигналу при усередненні відносно більше, якщо число спостережень - невелика, наприклад виграш у точності при усередненні всього лише 16 спостережень вже становить половину того виграшу, який ми отримуємо при усередненні 64 спостережень. Інша важлива перевага відносно невеликого числа спостережень полягає в тому, що при цьому зводиться до мінімуму можливість зміни стану мозку в процесі усереднення. Однак є підстави сумніватися в тому, що закон квадратного кореня повністю докладемо до звичайних умов усереднення, оскільки фонова ЕЕГ рідко є дійсно випадковою. У зв'язку з цим для отримання необхідного співвідношення S / N необхідно порівняно невелике число спостережень, що якби вся фонова активність складалася з випадкових незбіжних елементів, збільшення співвідношення S / N відповідало б числу спостережень, а не квадратному кореню з цього числа. Практично ж збільшення співвідношення S / N, можливо, являє собою середнє між величиною квадратного кореня і загальним числом спостереженні [11].

У явному або неявному вигляді на що виділяється сигнал ВП і шуми накладаються наступні обмеження:

1) сигнал ВП синхронізований з пропонованим стимулом (подією);

2) сигнал ВП ідентичний і повторюємо для кожного пред'явлення стимулу або виникає події;

3) сигнал ВП статистично незалежний від спонтанної ритміки та інших шумів;

4) статистичні властивості спонтанної ЕЕГ та інших шумів, не пов'язаних зі стимулами, постійні (стаціонарні), тобто немає тренда, зміщення ЕЕГ (середнє дорівнює нулю) і = const.

Незважаючи на те, що метод синхронного усереднення - потужний метод і дозволяє виділити сигнал практично при будь-якому співвідношенні рівня сигнал / шум, у нього є ряд недоліків. Найголовніший - це необхідність подачі досить великого числа стимулів, що в багатьох випадках представляється не фізіологічної процедурою через наявність звикання та інших пов'язаних процесів в ЦНС. Крім того, є стимули, які за своєю природою не можуть подаватися багаторазово. Наприклад, больові, нюхові і смакові стимули. У зв'язку з цим, робилися і робляться спроби виділяти ВП на одиночні стимули. Одним з таких підходів є метод взаємної кореляції та оптимальної фільтрації. Недолік цих методів полягає в тому, що вони для свого виділення вимагають наявності деякого шаблону - відомого сигналу ВП [1].

Величина коливань електричних потенціалів, що продукуються мозком, дуже мала. Вони мають амплітуду від декількох мікровольт до декількох сотень мікровольт (звичайно в межах 500мкВ). Тому, для того щоб вони могли бути записані, їх необхідно попередньо підсилити, і тільки тоді електричні коливання мозку зможуть привести в дію те чи інше реєструючий пристрій. Типова система реєстрації представлена ​​на рис.2.

Система, що складається з двох електродів, що відводять, блоку посилення і блоку записуючого пристрою, називається каналом реєстрації. У сучасних установках при електроенцефалографічних дослідженнях використовується відразу велика кількість каналів, що дозволяє краще оцінити досліджуваний процес. Обов'язковим елементом установки є дратівливі пристрої, які повинні бути належним чином узгоджені з реєструючої системою (подача відміток, ліквідація перешкод і т. п.).


Викликані потенціали головного мозку



Крім цих обов'язкових елементів будь-якої електроенцефалографічної установки, в сучасний комплекс входять додаткові елементи, роль яких досить значна. До них відносяться звукоізолююча екранована камера, обладнане місце для розміщення об'єкта дослідження, комутаційне пристрій, що аналізує апаратура, поліграфічні приставки.

Електроди служать для контакту з об'єктом, від якого безпосередньо або через проміжні тканини здійснюється відведення потенціалів. Вони повинні мати мінімальний опір, не окислюватися (що особливо важливо для імплантуються електроди), а при реєстрації дуже повільних потенціалів, частотою менше 0.5/сек., І не поляризуватися. Розміри електродів і їх пристрій визначаються об'єктом реєстрації та завданнями дослідження.

Електроди являють собою одне з найважливіших ланок, що здійснюють контакт між випробуваним та реєструючої апаратурою, тому гарна техніка накладання електродів абсолютно необхідна для хорошої якості запису. Так як значна частина часу, проведеного випробуваним в лабораторії, витрачається на накладення електродів, бажано застосовувати методи, що дозволяють швидко здійснювати цю процедуру, але разом з тим необхідно, щоб методи накладення були надійними. Основна вимога - забезпечити щільний контакт з низьким опором (5 кОм або менше) між двома неполярізующіміся електродами. Крім реєструючих електродів, потрібно електрод для заземлення випробуваного. Існує кілька видів електродів: металеві диски, голчасті електроди, що вводяться підшкірно, подушечки з абсорбуючого речовини, наприклад повсті. Метод накладення залежить від типу електродів. Електродна паста вводиться через цей отвір шприцом з тупою голкою після того, як електрод приклеєний до шкіри за допомогою квадратного шматочка марлі, просоченого коллодием. Колодій може утримувати електрод протягом декількох годин, причому можна, не зрушуючи його, додатково вводити електродну пасту.

Вибір місця розташування реєструючих електродів на голові довільний, хоча деякі дослідники накладають їх у відповідності з міжнародною системою 10-20, прийнятої в електроенцефалографії.

Коли число накладених електродів невелика, їх місце розташування залежить від модальності стимулу. Застосовують два способи відведення: біполярний, коли обидва електроди є активними і послідовно пов'язані один з одним, і монополярний, коли один з двох електродів - активний, а інший - індиферентний. З теоретичної точки зору краще монополярний спосіб, але він пов'язаний, з певними труднощами. Індиферентні електроди найкраще поміщати на мочці вуха (на одній або на обох), на сосцевидном відростку, спинці носа, підборідді і вилиці [5].

У зв'язку з необхідністю тривалого контакту зазвичай використовують дископодібні електроенцефалографічні електроди з срібла, покриті шаром, хлорованого срібла, які фіксують на скальпі колодієм [10].

Сполучні проводи повинні здійснювати виключно передатну роль і не повинні вносити будь-яких перешкод, що забезпечується їх надійною ізоляцією, малим опором і хорошою екрануванням від електромагнітних і електростатичних полів.

Комутаційне пристрій служить для перемикання електродів на різні канали і входи підсилювачів. У сучасних багатоканальних електроенцефалограф комутатори входять в комплекс приладів, що утворюють такого роду установку, і або монтуються на корпусі електроенцефалограф, або виносяться у вигляді спеціальної приставки. До комутаційного пристрою відносяться панель з гніздами для підключення електродів і багатополюсні перемикачі для комутації. Головна вимога тут - це хороші контакти і надійна ізоляція всіх ліній [5].

Підсилювачі забезпечують посилення вхідного сигналу до потрібної величини в заданому діапазоні частот і з досить низьким рівнем шуму. Для дліннолатентних ВП параметри підсилювачів аналогічні електроенцефалографічні. Для коротколатентних, більш високочастотних і низькоамплітудних ВП, потрібно набагато більший коефіцієнт підсилення і широка смуга пропускання частот.

Чутливість - це характеристика всього тракту посилення, включаючи власне підсилювач і реєстратор сигналу. У сучасних підсилювачах ВП ця величина досягає 1мкВ/мм і менше, що пов'язано з малими величинами сигналу ВП. Чутливість підсилювача обмежена його власними шумами. Суттєвою особливістю цього показника є те, в якій смузі частот забезпечується ця величина.

Смуга частот регулюється як знизу, так і зверху. Знизу смуга частот регулюється зміною постійної часу підсилювача. У стандартних ЕЕГ-підсилювачах використовується постійна часу зі значеннями 1, 0,3; 0,1 і 0,05 с, що відповідає пропускання низькочастотних сигналів: 0,16; 0,5; 1,5 і 2 Гц. У підсилювачах для реєстрації ВП можуть використовуватися і менші постійні часу, крива калібрувального сигналу для яких носить більш диференційований вид, що відповідає обмеженню смуги частот знизу до 5, 10, 20 і навіть 100 Гц.

Зверху смуга частот регулюється досить широко при виділенні як дліннолатентних, так і коротколатентних сигналів ВП. Зазвичай обмеження частотної смуги становить для дліннолатентних ВП 100Гц, для коротколатентних ВП 1-3кГц.

Для вирізування мережної перешкоди частотою 50 Гц застосовується спеціальний фільтр, званий «фільтр-пробка». Кількісною характеристикою фільтра є коефіцієнт режекциі (відношення коефіцієнта передачі фільтра в смузі пропускання до коефіцієнта передачі на частоті режекциі), що виражається в дБ. 100-кратнос придушення відповідає 40 дБ.

Переклад аналогового сигналу в цифрову форму проводиться за допомогою АЦП, характеристики якого повинні бути такими, щоб максимально добре передати форму сигналу. На передачу сигналу і його відображення на дисплеї впливають такі фактори:

Тимчасова дискретизація по одному каналу для дліннолатентних ВП з ​​максимальною частотою до 100Гц інтервал дискретизації дорівнює 1/2F = 1 / 200 = 5 мс, тобто достатня частота дискретизації - 200Гц на канал, але це теоретично. Практично спектр сигналу не може бути обмежений суворо 100 Гц.

Динамічний діапазон АЦП визначається як відношення максимально можливого сигналу до мінімального сигналу, який може бути помітний на рівні шуму квантування. Ця величина приблизно дорівнює числу квантів АЦП. Застарілі системи використовують 8-розрядні АЦП, при цьому число квантів 256 = 28. Сучасні системи використовують 12-ти або навіть 16-ти розрядні АЦП з кількістю квантів 4096 і 65536 відповідно. Число каналів АЦП для СП не перевищує 2-4, в окремих методиках застосовують 16 і більше.

Послідовне усереднення з синхронізацією по висунутій стимулу проводиться за формулою 1. Кожне усереднення відтворюється на екрані комп'ютера, на якому можна спостерігати поліпшення ставлення сигнал / шум в міру виділення відповідей. Після остаточного виділення результати усереднення скидаються в додаткову буферну пам'ять. Дані з буферної пам'яті можна використовувати для подальшого дослідження [1].

Дратівливі пристрої (стимулятор) служать для включення і виключення подразників, що діють на об'єкт дослідження. Вони складаються з джерел подразнення (звукогенератор, живлення електричної лампи, імпульсного генератора для роздратування струмом тощо), переривника (автоматичного або з ручним управлінням) і датчика роздратування. Крім того, сюди часто вводяться різні пристосування для ліквідації електричних перешкод (наведень), що виникають при включенні подразника (особливо при подразненні електричним струмом). Без цих пристосувань перешкоди будуть надходити на входи підсилювачів і далі на осцилограф, спотворюючи або роблячи повністю неможливою запис ЕЕГ.

Звукоізолююча екранована камера служить для усунення всіх сторонніх впливів на об'єкт у вигляді змінних і не піддаються обліку в експерименті зовнішніх подразників (світла, шумів, звуків, вібрації, запахів і ін), а також для захисту від електромагнітних завад, головним чином від електричної мережі у лабораторному приміщенні, що створюють наводку в ланцюзі відведення біопотенціалів.

Обладнане місце для розміщення об'єкта дослідження може бути самої різної конструкції залежно від роду об'єкту. Може бути крісло або кушетка зі спеціальним підголовником.

Анализирующая апаратура служить для виділення автоматичним шляхом певних параметрів ЕЕГ (частот, амплітуд, фазних співвідношень та ін) із загальної картини коливань електричних потенціалів мозку і запису їх у вигляді окремих кривих або на тій же самій стрічці осцилографа разом з ЕЕГ, або на стрічці відповідного приладу.

Поліграфічні приставки дозволяють записувати одночасно з ЕЕГ різні інші показники діяльності організму (електрокардіограму, дихання, кров'яний тиск, шкірно-гальванічний рефлекс і т. п.). У найпростішому випадку для цього використовується частина каналів електроенцефалографічної установки. Набагато краще, однак, якщо в одному блоці з електроенцефалографія вмонтовані спеціальні додаткові канали і запис проводиться на тій же стрічці. В інших випадках - це самостійна установка, синхронно працює з електроенцефалографії. У поліграфічну установку входить реєструюча апаратура з підсилювачами, а також датчики, що перетворюють механічні, хімічні, теплові та інші процеси, що відбуваються в організмі, у відповідні електричні коливання, які можуть бути записані поряд з ЕЕГ. Всі ці процеси повинні реєструватися по можливості в момент їх звершення, щоб відповідні криві могли бути зіставлені з ЕЕГ. Датчики необхідно застосовувати такі, які не обмежували б людину або тварину і не створювали б електричних перешкод.

Приміщення для електроенцефалографії слід вибирати в найбільш тихій частині будівлі, подалі від проїжджих вулиць і - що особливо важливо вдалині від будь-яких пристроїв, що є джерелами електричних перешкод. Для зменшення рівня перешкод необхідно забезпечити хорошу електричну проводку та заземлення (у більшості випадків буває достатньо заземлити установку на водопровідні труби). Освітлювальна мережа повинна бути відокремлена від технічної. Остання монтується чотирижильним кабелем досить великого перерізу, яке вибирається в залежності від максимально можливої ​​потужності. Кабель краще закласти в стіні. Він повинен бути в металевій захисній оболонці, яка буде грати і роль екрана [5].

На реєстрацію ВП-сигналу впливає артефакти. Під артефактом розуміється запис будь-якого стороннього процесу, яка не є безпосереднім вираженням електричної активності мозку; запис цього процесу накладається на ЕЕГ і спотворює її. Уміння відрізняти артефакти і усувати їх причини - необхідна умова для отримання істинної картини коливань електричних потенціалів мозку.

Артефакти можуть бути фізичного і біологічного походження. Артефакти фізичного походження найчастіше викликаються наводкою змінного струму. При записі ЕЕГ вона виражається в появі частоти 50 або, рідше, 100 Гц і може повністю замаскувати запис потенціалів мозку. При малій амплітуді наведення лінія записи стає нечіткою. Причини наведення змінного струму можуть бути дуже різними:

1) поломка відвідних провідників, причому часто позначається навіть розрив однієї або декількох жил, коли провід багатожильний;

2) значний опір електродів при поганому контакті їх з мозком; при підсиханні, при окисленні, при дуже малому діаметрі кінчика, якщо підсилювачі спеціально не розраховані на великий вхідний опір, і т. п.;

3) наявність поганих згладжуючих фільтрів в випрямлячах, що живлять підсилювачі;

4) вплив електромагнітних полів випрямляча;

5) вплив потужних електромагнітних полів, створюваних електричними приладами, розташованими по сусідству, рентгенівськими установками, установками високої частоти і т. п.;

6) порушення в схемах підсилювачів, що призводять до підвищення чутливості до перешкод;

7) погана екранування сполучних проводів і камери;

8) занадто близьке розташування мережевих проводів до вхідних комутація підсилювачів і відводить електродів;

9) погані контакти в комутаційному пристрої;

10) дію змінного струму, що надходить по ланцюгу подачі подразників (особливо при електричному подразненні).

Крім перерахованих, можуть бути й інші причини наведення.

Джерелом артефактів може бути також вплив механічних зміщень електродів. Воно реєструється у вигляді великих нерегулярних потенціалів або плавних зсувів середньої лінії запису, нерідко в ритмі дихання. Їх причина - прояв електрорушійної сили поляризації електродів, яка при нерухомих електродах не позначається на звичайного запису ЕЕГ.

Схожа картина виходить при поломці, навіть неповної, кількох жив багатожильного дроти. У цьому випадку усунення причини не може тим, що виміряний опір може виявитися досить низьким і створюється враження цілості проводів.

Артефакти біологічного походження. Найбільш частою перешкодою можуть служити м'язові потенціали, які дуже важко відрізнити від швидких потенціалів, записуваних від мозку. Потім слід назвати накладення електрокардіограми, що виявляється за регулярним появи в ЕЕГ гострих піків у такт серцебиття, а також накладення шкірно-гальванічного рефлексу у вигляді плавного зміщення середньої лінії запису (звичайно електроенцефалографічні підсилювачі не пропускають таких повільних потенціалів, але в деяких випадках це буває) . Особливо слід відзначити впливу рухів очей у миготінь, які виражаються у вигляді появи характерних плавних або загострених коливань на тлі ЕЕГ. При невеликій амплітуді ці коливання можна сплутати з так званими вторинними відповідями в ЕЕГ людини [5].

Візуальний аналіз ВП, отриманих у різних експериментальних умовах, рідко є достатнім для перевірки наукових гіпотез. Необхідна кількісна оцінка отриманих даних, особливо при дослідженні психічних захворювань. Більш того, враховуючи, що кожна крива ВП складається з безлічі точок, що відображають значення напруги в різні моменти часу, необхідно зменшити їх кількість, відібравши найважливіші з цих даних, які можна потім зіставити. Методи відбору найважливіших даних тісно пов'язані з наявною в розпорядженні дослідника апаратурою, а також залежать від наукових гіпотез і концепцій, які, на думку дослідників, пояснюють механізми ВП і які підлягають перевірці [11].

5. МАТЕМАТИЧНИЙ АНАЛІЗ ВП

Математичний аналіз біопотенціалів з допомогою ЕОМ знаходить все більше практичного застосування. Вважається, що без використання ЕОМ не можна вирішувати складні завдання, що стосуються розшифровки механізмів кодування і декодування інформації в головному мозку.

Загальновизнано, що ЕОМ незамінні тоді, коли потрібно зіставити за часом і за активністю значну кількість одночасно протікають процесів.

Математичні методи аналізу ЕЕГ є найбільш результативними і об'єктивними. Їх значення особливо зростає у зв'язку з можливістю використання електронних обчислювальних машин, здатних швидко виконувати безліч громіздких і трудомістких обчислень, що раніше було перешкодою широкому застосуванню методів математики для аналізу фізіологічних кривих. Ритмічний характер багатьох процесів, що протікають в живому організмі, в певній мірі виправдовує гіпотезу про те, що ЕЕГ є результатом алгебраїчного додавання багатьох регулярних (наприклад, періодичних, синусоїдальних і т. п.) коливань на тлі випадкових перешкод.

У різний час з різним успіхом в основному застосовувалися три математичних методу для аналізу енцефалограм:

1) гармонійний (з допомогою рядів Фур'є);

2) періодограмний;

3) кореляційний (авто-і кросскорреляціонний).

Аналіз ЕЕГ за допомогою рядів Фур'є дає можливість виявити сумарну активність до або після якого-небудь роздратування, так як ряд Фур'є виділяє гармонійні складові ЕЕГ з дискретним спектром частот різної амплітуди.

Періодограмний аналіз дозволяє виявляти приховані періодичності, тобто розпізнавати спектральну структуру природних процесів за результатами їх реєстрації. На відміну від інших методів аналізу ЕЕГ періодограмний метод вільний від таких недоліків, як неможливість урахування фаз коливань, обмеження при аналізі бистропротекающих змін ЕЕГ, наявність артефактів на низьких частотах і ін періодограмний аналіз може бути використаний також для оцінки змін ЕЕГ під дією різних аферентних подразників , а також при фармакологічних пробах і ін

Кореляційний аналіз дає можливість судити про те процеси яких типів містяться в даній ЕЕГ, оцінить середню величину значень періоду повторень процесу, ступеня стійкості періодичного процесах [4].

Метод спектрального зводиться до обчислення авто-і кросскорреляціонних функції двох ЕЕГ, одночасно відводяться від різних точок кори. Кросскорреляціонная функція Викликані потенціали головного мозку вважається так:

Викликані потенціали головного мозку (2)

У цій формулі Викликані потенціали головного мозку - Значення двох ЕЕГ в дискретні моменти часу, віддалені на інтервалі Викликані потенціали головного мозку і від початку досліджуваного відрізка запису; N - кількість інтервалів на досліджуваному відрізку запису; Викликані потенціали головного мозку - Інтервал квантування; Цілочисельна величина може приймати позитивні і негативні значення:

Викликані потенціали головного мозку

Автокореляційні функції Викликані потенціали головного мозку ЕЕГ виходять за формулою (2) підставивши значення x і у відповідно; в цьому випадку приймає тільки позитивні значення.

Розрахунок спектрів потужності автокореляційної функції (автоспектр) і кросскорреляціонной (крос-спектр), а також фазового спектра проводиться за наступними формулами:

Викликані потенціали головного мозку

Викликані потенціали головного мозку

Викликані потенціали головного мозку

де Викликані потенціали головного мозку

Викликані потенціали головного мозку

Викликані потенціали головного мозку

де Викликані потенціали головного мозку - Число інтервалів в однієї гілки кросскоррелограмми; а - згладжуюча функція Хеммінга

Викликані потенціали головного мозку

в якості згладжує функції можна використовувати також функцію Парзена.

Автокорреляционная функція відтворює ритми, що виникають у різних ділянках ЕЕГ, навіть якщо їх фази в різних ділянках ЕЕГ довільно зсуваються один щодо одного. Це дозволяє їх аналізувати за допомогою перетворення Фур'є. Кросскорреляціонная функція відтворює ритми однакової частоти, що з'являються в одних і тих же ділянках запису в обох ЕЕГ, і відносна вираженість цієї ритміки обумовлює крос-спектр. Взаємні фазові зрушення цих ритмів у двох ЕЕГ можуть бути визначені по фазовому спектру [2].

Залежно від виду кросскорреляціонной функції можна виділити періодичні її залишають, спільні для двох фіксованих ЕЕГ навіть у тому випадку, якщо їх амплітуди набагато менше амплітуд наявних неперіодичних елементів. Крім того, можна визначити ступінь зв'язку між амплітудами різних процесів при даному зсуві часів а також виділити з фонової активності викликані потенціали.

Автокореляційні аналіз використовується для вивчення ступеня зв'язку між амплітудами одного і того процесу при даному зсуві часу.

Аналіз спектра потужності методом перетворення Фур'є дозволяє не тільки швидко і об'єктивно розрахувати індекси ритмів у вибраних ділянках запису, але і виявити не помітні на око зміни ЕЕГ активності [8].

Також проводять аналіз різниці двох СП. Різниця ВП дозволяє з'ясувати міру зміни ВП в часі, що представляє інтерес при тестуванні впливу різних факторів на ВП (фармакологічного впливу, гіпервентиляції та ін.) Обчислення різниці викликаних потенціалів дозволяє отримати кількісну характеристику відмінностей ВП різних відділів мозку, що важливо, наприклад, при з'ясуванні локалізації паралогіческое процесу або за оцінкою межполушарной функціональної спеціалізації. Асиметрію ВП в гомологічних точках різних півкуль легко оцінити, використовуючи візуалізацію різницевого сигналу ВП між якими-небудь відведеннями [3].

Для кількісної оцінки ВП обчислюють площі, обмеженої нульової лінії та кривої ВП в заданому довільно інтервалі часу [9].

Використання методів топографічного картування і тривимірної локалізації джерел електричної активності дозволяє простежити динаміку генерації ЕЕГ активності та уточнити локалізацію патологічного процесу в структурах мозку.

Простежити динаміку зміни ВП одного і того ж випробуваного або зіставити ВП різних піддослідних можна за допомогою режиму з парного порівняння. Такий аналіз дозволяє супроводжувати реабілітаційний період, оцінити ефективність медикаментозного лікування, порівняти ВП даного пацієнта із заздалегідь зафіксованої нормою [6].

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Гнездіцкій В.В. Викликані потенціали мозку в клінічній практиці. Таганрог: ТРТУ, 1997.

2. ЖадінМ.Н. Біофізичні механізми формування електроенцефалограми. Москва: Наука, 1984.

3. ЗенковЛ.Р., РонкінМ.А. Функціональна діагностика нервових захворювань. Медицина, 1991.

4. Іванов-Муромський К.А., Заславський С.Я Застосування ЕОМ для аналізу електрограм мозку. Київ: Наукова Думка, 1968.

5. КратінЮ.Г., ГусельніковВ.І. Техніка та методика електроенцефалографії. Ленінград: Наука, 1971.

6. Кулаічев А.П. Комп'ютерна електрофізіологія в клінічній і дослідницькій практиці. CONAN-3.0 для Windows. Москва: Інформатика і комп'ютери, 1998.

7. Макс Ж. Методи і техніка обробки сигналів при фізичних явищ. Москва: Світ, 1983.

8. Математичний аналіз електричних явищ головного мозку. Матеріали симпозіуму. Москва: Наука, 1965.

9. Мікрокомп'ютерні медичні системи: Проектування і застосування. Москва: Світ, 1983.

10. Пратор П.Ф. Моніторний контроль функцій мозку. Москва: Медицина, 1982.

11. Шагаса Ч. Викликані потенціали головного мозку в нормі і патології. Москва: Світ, 1975.


Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Медицина | Реферат | 81,1кб. | скачати

Схожі роботи:
Література - Неврологія Викликані потенціали головного мозку
Асиметрія головного мозку
Пухлини головного мозку
Захворювання головного мозку
Пухлина головного мозку
Вади розвитку головного мозку
Судинні захворювання головного мозку
Судинні захворювання головного мозку
Шлуночкова система головного мозку
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru