История изучения биоэлектрической активности головного мозга

Исторический путь развития знаний о процессах возбуждения и торможения в ЦНС тесно связан с развитием учения о биоэлектрических явлениях.

Начало изучению электрических процессов мозга было положено Дюбуа Реймоном в 1849 г., который показал, что мозг, так же как нерв и мышца, обладает электрогенными свойствами, т. е. его продольная поверхность электроположительна по отношению к поперечному сечению.

Значительный вклад в учение о биоэлектрической активности мозга внесли наши отечественные ученые, начиная от первых открытий электрических колебаний в высших отделах ЦНС до современного широкого и комплексного использования биоэлектрических процессов в нейрофизиологических и клинических исследованиях.

24 августа 1875 г. английский физиолог Ричард Кэтон (R. Caton) сделал доклад на заседании Британской медицинской ассоциации, где он изложил свои данные по регистрации от мозга кроликов и обезьян слабых токов. Это явилось открытием биотоков мозга. Однако оно было незамечено физиологами. Не привлек внимания физиологов и его доклад «Исследования электрических явлений серого вещества головного мозга», который был сделан в Вашингтоне в 1887 г. на IX Международном медицинском конгрессе.

Русский физиолог В. Я. Данилевский, независимо от Кэтона, в 1875 г. в своей докторской диссертации изложил данные по изучению электрической активности мозга у собак.

Данилевский одновременно с Кэтоном применил метод отведения биопотенциалов коры мозга исследовал их изменения при действии звуковых раздражений и электрическом раздражении седалищного нерва.

Он отмечал, что у собаки наблюдались «самостоятельные или спонтанные токи мозга», хотя животному не предъявлялось никаких внешних раздражений. Слуховое  раздражение вызывало отрицательное или положительное колебание в задних областях полушарий, а раздражение кожных нервов — в передних. Приводимые автором цифры свидетельствуют о том, что аналогичные реакции в коре мозга наступали и при раздражении ветвей блуждающего нерва током, а также обонятельных «нервов» запахами (аммиака, амилнитрита, жаркого).

В. Я. Данилевский указывает, что «процессы возбуждения, возникающие в большом мозге под непосредственным влиянием внешних чувственных раздражений, сопровождаются характерными электродвигательными явлениями. Поэтому мы вправе признать, как наиболее вероятную, гипотезу, что физиологическая функциональная деятельность нервных мозговых (и других) клеточек также тесно связана с проявлением электрической реакции, как это уже признано для нервного волокна. Таким образом, изучение электрических явлений в головном мозге дает возможность исследовать те объективные материальные процессы, которые представляют собой субстрат для субъективных  психических явлений»1.

Таким образом, он впервые подчеркивает значение этого метода для изучения физиологии мозга и как средство для выявления «объективных признаков психического процесса».

В 1882 г. П. М. Сеченов опубликовал работу «Гальванические явления на продолговатом мозге лягушки», в которой впервые был установлен факт наличия ритмической электрической активности мозга. Эту активность ритмического характера он назвал спонтанной, подразумевая под термином «спонтанная» только временную неясность условий, которые лежат в основе генерации этой активности. Он писал: «Так как они (спонтанные колебания.— В. Г.) происходят без всякой видимой причины, то я назову их спонтанными колебаниями тока, или спонтанными разрядами. Последним именем я, однако, никак не обозначаю природу гальванического процесса, а разумею лишь взрывчатый характер его проявления»2.

И. М. Сеченов доказал, что при отделении продолговатого мозга от вышележащих отделов ствола головного мозга спонтанные колебания усиливаются, а при раздражении  периферических нервов ослабевают до полного их угнетения.

В 1884 г. Н. Е. Введенский в работе «Исследования над нервными центрами» применил телефонический метод для изучения электрической активности нервных  центров». Прослушивая в телефон активность продолговатого мозга лягушки и коры больших полушарий кролика и собаки путем введения двух электродов в мозг животных, он отмечает, что электрические колебания «представляют собой по звуковому характеру или рокоты, или шумы, причем чаще и определеннее наблюдаются первые, чем последние». Таким образом, П. Е. Введенский подтвердил основные наблюдения Сеченова и показал, что спонтанную активность можно обнаружить и в коре больших полушарий млекопитающих.

С 1889 по 1912 г. выходит серия работ русских и польских исследователей, посвященных дальнейшей детализации и уточнению применения методов регистрации электрической активности в изучении функций ЦНС.

Из русских работ прежде всего необходимо назвать работы В. Е. Ларионова, С. А. Тривуса и П. Ю. Кауфмана и др. В Польше интересные исследования были выполнены Н. О. Цибульским и А. Беком.

Н. О. Цибульский со своим ассистентом А. Д. Беком в 1890—1892 гг. провели подробные исследования электрических явлений в коре головного мозга собаки, обезьян и кроликов.

В 1890 г. в мемуарах Краковской академии наук выходит работа А. Бека, посвященная использованию метода регистрации электрической активности мозга для вопросов локализации функций. Он отметил, что в коре головного мозга собак и кроликов регистрируемые колебаний потенциалов не совпадают с дыханием и пульсацией. При раздражении «чувствительных нервов» и при хлороформном наркозе они прекращались. Им также было показано, что при освещении глаза животного в коре затылочной доли противоположного полушария «появляется изменение электрического напряжения, эта часть коры становится электроотрицательной относительно другой». Если электроды, постепенно переставляя, удалять от затылочной доли, то свет перестает вызывать реакцию, что говорило о локализации зрительной функции в затылочной доле мозга и совпадало с известными и актуальными в то время работами Мунка, который в работе на собаках с удалением затылочной доли доказал ее роль как «психического» зрительного центра.

Слуховое раздражение в опытах А. Бека также приводило к изменению электрических явлений в соответствующих акустических зонах коры больших полушарий, что было детально изучено в работе В. Е. Ларионова из лаборатории В. М. Бехтерева, В. Е. Ларионов в 1898 г. предпринимает обширное исследование так называемых тоновых центров слуха. В его опытах была выявлена зависимость между высотой музыкального тона и участком мозга, где, по его мнению, локализуются специальные тоновые центры. Хотя эти первые опыты вряд ли правомерно сейчас рассматривать как доказательство наличия таких центров, но они еще раз обратили внимание нейрофизиологов на прямое использование метода ЭЭГ для решения вопросов локализации функций в коре головного мозга.

Так, С. А. Тривус (1900) в работе «Токи действия в коре полушарий головного мозга под влиянием периферических раздражений» привел данные, показывающие определенные изменения потенциалов при зрительных раздражениях. Впервые он установил прямую зависимость электрической активности коры больших полушарий от степени наркоза, угнетение ее при глубокой и усиление при слабой степени наркоза.

В 1904 г. С. Чирьев в работе «Электродвигательные свойства мозга и сердца» ставит под сомнение все работы с изучением электрических процессов мозга. Автор без каких-либо веских доказательств все электрические явления мозга объяснял только артефактом: повреждением, движением крови по сосудам, лимфы и т. д.

Определенным ответом на эту работу явилось обширное исследование П. Ю. Кауфмана (1912), который в тщательных опытах на собаках показывает, что электрические процессы мозга есть следствие жизнедеятельности его нервных элементов, а не артефакт. Для доказательства этого положения он применяет самые разнообразные и хорошо продуманные формы эксперимента, что позволило полностью опровергнуть все положения, выдвинутые Чирьевым. Он доказал также возможность регистрации биотоков мозга через неповрежденную мозговую оболочку, черепные кости и кожу головы.

Новый этап в электрофизиологии головного мозга связан с именами двух исследователей, с нашим соотечественником В. В. Правдич-Неминским и австрийским ученым Гансом Бергером. В. В. Правдич-Неминский положил начало электроэнцефалогическим исследованиям. На смену зеркальному и капиллярному гальванометру пришел в физиологию новый, более чувствительный прибор — струнный гальванометр, который и был успешно использован Правдич-Неминским для записи биотоков мозга. В работах 1913 и 1925 гг., проведенных в острых опытах на кураризированных собаках, он регистрирует спонтанную активность  коры больших полушарий. В зарегистрированной биоэлектрической активности от зрительной и моторной зон коры мозга он установил 7 различных видов активности, среди, которых им были выделены волны первого (10—15 кол/с) и второго (20—30 кол/с) порядка, а также медленные волны (0,2—1,2 кол/с). Впоследствии эти волны названы α-, β- и δ-волны. Правдич-Неминский вводит специальный термин для кривой записи электрической активности мозга, называя ее электроцереброграммой.

Эти исследования, проведенные на высоком для того времени методическом уровне, заложили основы для быстрого перехода к регистрации активности мозга человека, которую впервые осуществил австрийский психиатр Ганс Бергер в 1929 г. Он же предложил запись биотоков мозга назвать электроэнцефалограммой (ЭЭГ).

Первые записи ЭЭГ, осуществленные с кожи головы у человека при нервно-психических заболеваниях, он публикует в ряде научных журналов. Однако вначале интереса они не вызвали и не были приняты серьезно. Как отмечает Грей Уолтер, «мозговые волны, изображения которых публиковал Бергер, были тогда для  специалистов и особенно клиницистов, малоинтересны: какие-то еле заметные колебания, повторяющиеся 10 раз в секунду. Трудно было представить, чтобы по этим простым и правильным линиям можно было узнать что-либо важное о таком таинственном органе, как человеческий мозг».3 Но через 25 лет изучение этих воли выросло в новый раздел науки — электроэнцефалографию, используемую для изучения мозга человека в норме и патологии.

Начиная с 1930 г., после опубликования работ английского исследователя Эдриана и ряда других ученых, электроэнцефалография становится признанным методом исследования мозга, на который стали возлагать большие надежды.                                         ‘

В Англии, Италии, Советском Союзе, США, Франции создается ряд специализированных лабораторий, успешно использующих электрофизиологические методы исследования для вскрытия основных закономерностей мозговой деятельности.

И сразу наметилось два основных направления: первое — клиническая электроэнцефалография и второе — экспериментальная электрофизиология мозга животных.

Для клинической электроэнцефалографии больше свойствен эмпирический подход к проблеме, сохранившийся и в современной клинической электроэнцефалографии.

По этому поводу образно сказал Г. Уолтер (1960): «Болезни мозга дают «отпечатки» столь же характерные, как отпечатки пальцев, которые обычно снимают у преступника, и используются они в медицинской практике с той же самой целью — обнаружить «виновного».

При помощи отпечатков пальцев можно обнаружить преступника, хотя рисунок отпечатков ничего не говорит о его характере. Точно так же обстоит дело и с «отпечатками» активности мозга: мы можем установить характер заболевания, хотя и не понимаем, что, собственно, происходит в мозгу»4.

Естественно, что такой путь развития клинической энцефалографии постепенно перестает удовлетворять клиницистов, и они все больше начинают обращать внимание на общую, экспериментальную электрофизиологию мозга.

Экспериментальная электрофизиология мозга с самого начала «поставила своей задачей» выяснить природу ЭЭГ, тех нейрофизиологических механизмов, которые определяют суммарную активность мозга. Электроэнцефалогический метод исследования становится одним из основных не только в изучении природы самой ЭЭГ, но и основных нервных процессов, лежащих в основе сложной деятельности мозга.

В Советском Союзе начиная с 30-х годов появляются лаборатории, занимающиеся клинической электроэнцефалографией и общими вопросами физиологии мозга. Так, в Московском институте мозга АМН СССР в лабораториях С. А. Саркисова и М. Н. Ливанова было положено начало изучению природы ЭЭГ, попыткам математического анализа электроэнцефалограмм у животных и связи ЭЭГ с конкретными структурными особенностями корковых полей. В лабораториях В. С. Русинова начинает уделяться большое внимание теории ЭЭГ и экспериментальному решению природы суммарных электрических процессов мозга. Одновременно в институте нейрохирургии плодотворно работала большая группа исследователей: П. К. Анохин, П. Н. Бурденко, В. С. Русинов, В. Е. Майорчик и другие, работы которых заложили основы развития клинической ЭЭГ у нас в стране и оказали важное влияние на ее развитие за рубежой.

Большую роль в этом плане сыграли также работы И. С. Беритова, С. А. Чугунова, Г. Я. Хволес, Л. А. Новиковой, П. И. Шпильберга, В. А. Гиляровского, С. А. Саркисова, Н. И. Гращенкова, Л. Л. Рохлина, Е. А. Жирмунской, Э. С. Толмасской, Н. П. Бехтеревой и др.

Особенное развитие клиническая электроэнцефалография получила в годы Великой Отечественной войны и после нее.

В области экспериментальной электрофизиологии мозга в предвоенные и послевоенные годы намечаются большие сдвиги в советской физиологии. В Тбилиси плодотворно работает крупная группа исследователей под руководством акад. И. С. Беритова, которая разрабатывает общетеоретические вопросы электроэнцефалографии животных и человека. В то время эта группа исследователей была представлена известными специалистами, такими, как акад. И. С. Беритов, член-корр. АН СССР А. И. Ройтбак, член-корр. АН СССР С. П. Нарикашвили, член-корр. АН ГССР В. М. Окуджава и др. В Ростове-на-Дону, в лаборатории Й. А. Рожанского, А. Б. Коганом и в Москве, в лаборатории П. К. Анохина, И, И. Лаптевым были заложены основы применения метода электроэнцефалографии для изучения функциональных механизмов образования условнорефлекторных связей.

Впервые в мире в этих лабораториях были применены методы хронического вживления электродов в структуры мозга различным видам подопытных животных.

В лабораториях акад. П. К. Анохина, акад. М. Н. Ливанова, проф. А. Б. Когана, член-корр. АН СССР В. С. Русинова, член-корр. АН-СССР Л. Г. Воронина, член-корр. АН СССР Э. Л. Асратяна и др. широко использовались методы электрофизиологии для выяснения основных закономерностей высшей нервной деятельности.

Особое направление в электрофизиологии мозга, связанное с изучением представительства интероцептивной сигнализации в высших отделах мозга, было заложено акад. В. Н. Черниговским.

За рубежом широкое развитие клиническая электроэнцефалография и общая электрофизиология мозга получают в Англии и США, затем во Франции, Италии, Японии и других странах.          .

В Англии еще в 20-х годах складывается сильная школа электрофизиологов, возглавляемая А. Эдрианом, внесшая большой вклад в развитие общей теории ЭЭГ и в значительной степени определившая в свое время ее бурное развитие.

В США и многих европейских странах организовывались крупные лаборатории и группы исследователей, разрабатывающие теоретические и прикладные вопросы ЭЭГ. Важный вклад в общую теорию ЭЭГ в 30—40-х годах внесли Бремер, Дюссе де Баррен, Мак Каллок, Жерар, Джаспер, Юнг, Дэмпси, Морисон, Брейзье, Бишоп и др. Клиническая ЭЭГ бурно развивается в это время в Германии, США. Англии, Франции, Канаде и др. странах и успешно разрабатывались в лабораториях Пенфилда, Джаспера, Брейзье, Ф. и Е. Джипсов, Уолтера, Фессара, Доу, Леннокса, Дэвиса, Кеннарда, Фишера и др.

Также электрофизиологические методы исследования находили самое широкое применение в зарубежных физиологических и специализированных клинических лабораториях. В Италии широкие исследования велись в школе Дж. Моруцци; во Франции в лабораториях Фессара, Гасто, Бюзе, Руже, Жуве и др.; в Бельгии в лаборатории Бремера; в США в лабораториях Брейзье,  Мэгуна, Барлоу, Джаспера, Бартли, Бишопа, Морелла и др.; в Англии в лабораториях Эдриана, Уолтера; в ФРГ в лабораториях Юнга, Баумгартена.

 

Footnotes

  1. Данилевский В. Я. Электрические явления в головном мозге. — В сб.. Первые отечественные исследования но электроэнцефалографии. М., 1949, с. 87—88.
  2. Сеченов И. М. Гальванические явления на продолговатом • мозге лягушки. — В сб.: Первые отечественные исследования по электроэнцефалографии, М., 1949, с. 15.
  3. Грей Уолтер. Электрическая активность головного мозга.— В сб.: Физика и химия жизни (сборник статей). М., 1960, с. 254.
  4. Грей Уолтер. Электрическая активность головного мозга.— В сб.: Физика и химия жизни (сборник статей). М., 1960, с. 255.