Elektro-encefalogram van de hersenen - werkingsprincipe en toepassingsmethoden

Als een persoon, die in een staat van mentale en fysieke rust verkeert, elektroden op het hoofd aanbrengt en deze via een versterker verbindt met een opnameapparaat, dan kun je vangen elektrische trillingen… Deze trillingen vinden hun oorsprong in de hersenschors en worden geassocieerd met speciale zenuwactiviteit. Ze worden ook rechtstreeks vanuit de hersenen geregistreerd wanneer de schedel tijdens een operatie wordt geopend.

De aanwezigheid van ritmische, spontaan optredende elektrische oscillaties in de hersenen werd in 1875 vastgesteld door de Russische fysioloog V. Ya Danilevsky en de Engelse wetenschapper Richard Cato, die onafhankelijk van elkaar experimenteerden op dieren met een open schedel.

Vervolgens werd aangetoond dat het mogelijk was om elektrische stromen van de hersenen door de huid en botten van de intacte schedel te registreren. Dit diende als basis voor de overgang naar de studie van deze verschijnselen bij mensen.

Het meest interessante kenmerk van de elektrische trillingen van het menselijk brein is hun karakteristieke, bijna regelmatige ritme met een frequentie van ongeveer 10 Hz - dit zijn de zogenaamde alfagolven.Op hun achtergrond zijn frequentere oscillaties zichtbaar - bètagolven van 13 - 30 Hz en gammagolven van 60 - 150 Hz en hoger. Er worden ook langzamere oscillaties waargenomen - golven van 1 - 3 - 7 Hz.

De elektrische golfvorm van de hersenen wordt een elektro-encefalogram genoemd, en de tak van de elektrofysiologie die de patronen van elektrische activiteit in de hersenen bestudeert, wordt elektro-encefalografie (EEG) genoemd. Elektro-encefalogrammen lenen zich voor wiskundige Fourier-analyse.

Elektro-encefalografie is van groot belang voor theoretische studies van hersenactiviteit, maar ook voor praktische doeleinden bij het diagnosticeren van hersenziekten.

Om het object te beschermen tegen externe elektromagnetische velden wordt het in een afgeschermde ruimte geplaatst. Bronnen van fouten bij het opnemen van een elektro-encefalogram: huid- en spierpotentiaal, elektrocardiogram, arteriële pulsatie, elektrodebeweging, ooglid- en oogbeweging en versterkerruis.

Het beste elektro-encefalogram wordt verkregen van een persoon in volledige rust: een persoon zit of ligt beter (maar slaapt niet) in een afgeschermde, geluiddichte donkere kamer in een comfortabele positie, geïsoleerd van externe prikkels en in volledige rust.

Deze omstandigheid is erg belangrijk. Bij mensen die voor het eerst naar de studie komen, is het vaak moeilijk om een ​​elektro-encefalogram te registreren vanwege hun waakzaamheid en angst voor een ongewone omgeving.

Mensen verschillen van elkaar in hun inherente EEG-kenmerken. In sommige is het heel gemakkelijk om het juiste ritme van alfagolven te detecteren, in andere wordt het helemaal niet opgenomen.

Elektro-encefalogrammen verschillen ook in vorm, amplitude, duur, regelmaat van alfagolven, evenals in de locatie, het aantal en de intensiteit van andere golven - bèta, delta en gamma.

Het is interessant om de verrassende standvastigheid van de basiskenmerken van het menselijke elektro-encefalogram op te merken, vastgesteld door herhaalde studies gedurende vele maanden.

Het is meestal mogelijk om van tevoren te weten hoe snel een regelmatig elektro-encefalogram zal worden vastgesteld bij een goed bestudeerd onderwerp en wat zijn karakteristieke kenmerken zijn. Naast de grote constantheid van de onderscheidende kenmerken van het individuele elektro-encefalogram van een gezond persoon, is er echter ook een grote fysiologische variabiliteit ervan, zelfs gedurende dezelfde dag.

Een onmisbare voorwaarde voor het verkrijgen van een regelmatig elektro-encefalogram van een persoon is de uitzonderlijke rust van de wakkere hersenen. Het is begrijpelijk hoe moeilijk het kan zijn om dit in een energetische toestand te bereiken, waarbij de hersenactiviteit wordt uitgeschakeld.

Door urenlang, dag in dag uit, de elektrische trillingen in de hersenschors van een persoon te observeren, kan men zien dat de hersenen vaak als een spiegel zijn, die weergeeft wat men op dat moment aan het doen is.

Soms verdwijnen de regelmatige ritmes van de hersenen plotseling vanzelf, of verschijnen er hoogfrequente oscillaties of verschijnen er speciale spierstromen. Het betekent dat de persoon ergens aan dacht, een beweging maakte, zich iets voorstelde. De variabiliteit van het elektro-encefalogram weerspiegelt fluctuaties in de prikkelbaarheid van het centrale zenuwstelsel.

Als je iemand vraagt ​​om wat mentaal werk te doen, bijvoorbeeld het oplossen van een probleem dat een moeilijke situatie vertegenwoordigt, dan kun je het verdwijnen van het regelmatige ritme van alfagolven en het verschijnen van hoogfrequente oscillaties waarnemen. Tijdens intensief mentaal werk worden alfagolven vervangen door hoogfrequente ontladingen van 500-1000 Hz, die gedurende de hele mentale activiteit aanhouden, waarna de alfagolven worden hersteld.

Hoogfrequente oscillaties geassocieerd met mentale activiteit kunnen lang aanhouden. Bij een student die gewoonlijk een normaal hersenritme tot stand brengt, wordt het moeilijk om een ​​EEG op te nemen - alleen hoogfrequente oscillaties worden waargenomen. Het bleek dat hij op zijn vrije dagen druk bezig was met de voorbereidingen voor de examens.

Bij een andere proefpersoon die met verrassend gemak een normaal regelmatig elektro-encefalogram had, werden slechts één keer hoogfrequente oscillaties waargenomen. Het bleek dat hij voor het experiment al twee uur aan het tekenen was.

Over het algemeen is een normaal ritme van alfagolven kenmerkend voor het menselijk brein in een kalme toestand, en hoogfrequente oscillaties, bèta- en gammagolven worden geassocieerd met zijn activiteit.

De ritmische activiteit van de hersenen, naast het motorische gebied, begint pas een maand na de geboorte bij een persoon; het ontwikkelt zich blijkbaar gelijktijdig met corticale activiteit wanneer het kind objecten begint te herkennen en vast te pakken.

Omdat het op deze leeftijd anders is dan dat van volwassenen, verandert het elektro-encefalogram geleidelijk, pas op de leeftijd van 11-12 jaar benadert het de norm voor een volwassene.De ritmische activiteit van de hersenen gaat door in de slaap, maar verandert, wordt eenvoudiger en er verschijnen vloeiende, langzame trillingen.

Het is interessant om op te merken dat het ritme van de hersenen van de slaper niet wordt verstoord door bijvoorbeeld het geluid van een auto uit de kamer ernaast of het geluid van een claxon vanaf de straat, maar als er een geluid in de kamer wordt gehoord, bijvoorbeeld het geritsel van papier, geassocieerd met het feit dat er iemand in de kamer is. de hersenen van de slaper veranderen. Dit komt door de aanwezigheid van "observatiepunten van de hersenen", die wakker zijn tijdens iemands slaap.

Met behulp van de elektro-encefalografische methode is het mogelijk om deze complexe veranderingen in hersenactiviteit die gepaard gaan met een bepaalde subjectieve sensatie objectief waar te nemen en vast te leggen.

Bij hersenziekte verschijnen golven met een speciale vorm en duur. Bij hersentumoren verschijnen langzame golven met een frequentie van 1-3 Hz, die hij deltagolven noemt. Deltagolven worden geregistreerd wanneer ze worden opgepikt vanaf het punt op de schedel direct boven de tumor, terwijl wanneer ze worden opgepikt vanuit andere delen van de hersenen die niet door de tumor worden opgepikt, normale golven worden geregistreerd. Het verschijnen van deltagolven in het deel van de hersenen dat door de tumor is aangetast, wordt bepaald door de degeneratie van de cortex op deze plek.

Op deze manier helpt het elektro-encefalogram om de aanwezigheid van een tumor en de exacte locatie ervan te herkennen. Deltagolven in het elektro-encefalogram worden ook gevonden in andere pathologische aandoeningen van de hersenen.

Bij sommige trauma's: pathologische deltagolven worden waargenomen in het elektro-encefalogram vele jaren na een hoofdletsel.

De ritmes van het menselijk brein veranderen of verdwijnen volledig met een bewustzijnsverlies veroorzaakt door verschillende redenen, ze veranderen met een gebrek aan zuurstof.Zo wordt in experimenten die het effect bestuderen van het inademen van een mengsel van lucht met een verlaagd zuurstofpercentage, dat bewustzijnsverlies veroorzaakt, worden groepen piekachtige golven, uitzonderlijk in spanning, geregistreerd, alsof de hersenen een soort rem hebben verloren.

Dezelfde krampachtige langzame golven zijn geregistreerd bij mensen die bewusteloos waren door een hersenschudding onmiddellijk na een hoofdletsel. Bij sommige hersenziekten worden hoogfrequente potentialen geregistreerd (bijvoorbeeld bij schizofrenie) of bij de afwisseling van slow wave en wave (bij epilepsie).

De methode van elektro-encefalografie is essentieel voor de diagnose en studie van hersenziekten. Wat het theoretische belang betreft, opent elektro-encefalografie, waarmee de staat van prikkelbaarheid van de hersenschors kan worden geregistreerd, toegang tot de directe studie van de processen van excitatie en remming in het menselijk brein, waarvan de verhouding wordt beschouwd als de belangrijkste mechanismen van zenuwactiviteit .