Основы электроэнцефалографии
В период между 1900 и 1957 годами неврология пришла к пониманию важности глубокого изучения электрических явлений мозга, что позволило открыть фазу быстрого сна. Сейчас мы немного отклонимся от темы нашей презентации, оставив ненадолго тему сна, и поговорим о записи электрического сигнала человеческого мозга методом электроэнцефалографии (ЭЭГ). В течение полувека ЭЭГ была главным непроникающим методом исследования деятельности человеческого мозга. (Новые способы исследования мозга представляют важную альтернативу и дополнение, но пока остановимся только на ЭЭГ.) Без понимания методики и биологии ЭЭГ мы не сможем говорить о нейробиологии сна.
ЭЭГ может записывать поверхностный электрический потенциал только потому, что кора головного мозга (внешний слой мозга) состоит из больших пирамидальных нейронов (нервных клеток), расположенных в ряд Друг за другом. Серое вещество поверхности мозга состоит, в основном, из этих клеток. Они принимают сигналы из Других участков мозга через аксоны белого вещества. Аксоны (нервные волокна) передают потенциалы действия, быстрые электрические сигналы, другим нейронам через синапсы — места контакта[8]. Если электрическая активность нейронов совпадает по времени, электрический потенциал будет достаточно большим, чтобы его можно было считать с поверхности, хотя и с трудом[9] (рис. 1). Электрический сигнал измеряется несколькими миллионными долями вольта.
(Рис. 1 — Поперечное сечение кости черепа и коры головного мозга. С левой стороны потенциал действия производится отрицательным зарядом аксона и соответствующим положительным зарядом в восходящих дендритах (отростках). Электрод снимает с поверхности волну с небольшой амплитудой. Другой восходящий аксон из другого участка мозга вызывает противоположную электрическую волну.)
Что происходит, когда одновременно активируются противоположно заряженные группы аксонов с одинаковой величиной заряда? Результатом будет прямая на ЭЭГ, поскольку положительный вклад уравновешивается отрицательным. Десинхронизированная ЭЭГ напоминает собрание людей, разговаривающих на вечеринке, а синхронизированная ЭЭГ напоминает людей, поющих хором. При синхронизированной ЭЭГ много нейронов одновременно переключается с положительного на отрицательный заряд, и при этом без противовеса в виде противоположного заряда. В результате образуется электрическая волна с достаточно большой амплитудой, чтобы её можно было зарегистрировать на поверхности.
Таким образом, ЭЭГ является отражением совокупной активности многих-многих нейронов в одной зоне. Эта активность и является электрическим сигналом участка коры головного мозга, вблизи которого ведется запись. Таким образом, запись ЭЭГ представляет собой местный сигнал. Она также является косвенной: многие
