Сверхмедленная активность (колебания)

Сверхмедленная электрическая активность головного мозга — тип ЭЭГ-активности, который может быть зарегистрирован только при помощи специальных усилителей (усилителей постоянного тока), включает колебания с периодом от нескольких до десятков секунд. Механизм генерации этих колебаний не известен, но предполагается, что это связано с медленными метаболическими процессами мозга.

Спонтанная активность

Сверхмедленные электрические потенциалы головного мозга регистрируются специальными усилителями с постоянной времени больше 10 секунд и представляют собой периодические колебания скальповых потенциалов с периодами от нескольких секунд до нескольких десятков секунд. Хотя сверхмедленные потенциалы были обнаружены в начале 1960-х, их физиологические механизмы и функциональное значение остаются неясными до сих пор.

Существуют веские эмпирические доказательства, указывающие на то, что декасекундные колебания в головном мозге человека могут быть связаны с периодическими колебаниями метаболической активности мозговой ткани, которая характеризуется медленными колебаниями внеклеточного кислорода и локального кровотока. В исследованиях, выполненных в нашей лаборатории в 1970-х, была измерена концентрация внеклеточного кислорода от поляризующихся (золотых) электродов полярографическим методом. В этом методе слабое отрицательное напряжение (—0,63 V), прикладываемое к золотому электроду, вызывает электрический ток, который пропорционален концентрации внеклеточного кислорода.

В недавнем объединенном исследовании университетов Хельсинки (Финляндия) и Вашингтона (США) (S. Vanhatalo et al., 2004) было обнаружено, что сверхмедленные колебания тесно связаны с более быстрой активностью ЭЭГ. Например, отрицательные фазы сверхмедленных колебаний были связаны с увеличением вероятности возникновения К-комплексов и межприступных спайков у пациентов. Эти новые результаты подтверждают ранние представления относительно сверхмедленных колебаний как медленных, циклических модуляций общей корковой возбудимости.

Сверхмедленные, медленные и более быстрые ритмы ЭЭГ
Сверхмедленные, медленные и более быстрые ритмы ЭЭГ
Пример ЭЭГ, зарегистрированной в отведении FT7 у здорового 19-летнего волонтера в состоянии с закрытыми глазами. А. ЭЭГ в широкой частотной полосе от 0,016 Гц (соответствует постоянной времени 10 с) до 150 Гц. Б. ЭЭГ, зарегистрированная в «обычной» полосе частот ЭЭГ от 0,16 до 30 Гц. Обратите внимание на различие масштабов времени — 7,5 мм/с для верхней записи и 30 мм/с —для нижней записи.

Подготовительная активность

Помимо сверхмедленных спонтанных (то есть не связанных с заметными изменениями поведения) колебаний в корковых потенциалах существует специфическая медленная мозговая активность, связанная с когнитивными функциями. Хороший пример медленной когнитивной активности — группа различных подготовительных операций. Эта активность появляется, когда в отсутствие каких-либо поведенческих актов субъект готовится к движению или к предъявлению стимула. Такая подготовительная активность может длиться до нескольких секунд и дальше. Электрофизиологический показатель такой подготовительной активности (ЭЭГ-феномен) назван «условным отрицательным отклонением», оно впервые было обнаружено в 1950-х годах известным английским невропатологом Греем Уолтером (Grey Walter).

В 1970—1980-х подготовительная активность в человеческом мозгу исследовалась посредством электрофизиологических методов в Тубенгенском университете в Германии (R. Rockstroh, Niels Birbaumer). Тубенгенская теория подготовительной активности может быть кратко сформулирована следующим образом: когда мозг готовится получить стимул или совершить моторное действие, апикальные (наиболее поверхностные) дендриты пирамидных клеток получают возбуждающие импульсы от более высоких корковых областей. Пирамидные клетки, таким образом, подготовлены так, чтобы была облегчена обработка информации в корковых сетях. Это облегчение было продемонстрировано улучшением качества выполнения заданий (например, способностью узнать стимул, предъявляемый почти на пороге восприятия) во время отрицательных фаз декасекундных колебаний.

Если теория верна, отрицательная фаза постоянных потенциалов должна облегчать судорожную активность, типа спайков и комплексов «спайк — медленная волна», в соответствующих корковых областях, в то время как подавление корковой негативности и увеличение позитивности должно вызывать противоположный эффект — подавление судорожной деятельности.

В исследованиях Тубенгенской группы была сделана попытка использовать эту регуляторную функцию постоянных потенциалов для лечения пациентов с эпилепсией. Пациенты с эпилепсией с помощью технологий биообратной связи были обучены регулировать медленные корковые потенциалы. Самое важное открытие состояло в том, что пациенты со сложными парциальными и вторично генерализованными припадками с большей вероятностью достигали сокращения приступов, если они демонстрировали хорошее управление медленными корковыми потенциалами в конце обучения.

Другой способ исследовать регуляторную функцию постоянных потенциалов выражен в методе транскраниальной электростимуляции. Метод состоит из воздействия постоянного электрического тока очень низкой интенсивности (ниже 1 мА) через скальповые электроды (анод и катод). Систематические исследования метода начались в 1960-х, но сократились из-за обширного применения фармакологических методов лечения мозговых дисфункций. Теперь мы сталкиваемся с ренессансом этого метода, который может использоваться как альтернативный метод для активации (или торможения) локальной корковой активности при лечении традиционных мозговых нарушений (таких как синдром навязчивых состояний, депрессии) или в ходе реабилитации после инсульта или мозговой травмы.