Активность ЭЭГ (англ. EEG activity) – это биоэлектрические потенциалы мозга, отраженные на ЭЭГ последовательностью волн любой формы и продолжительности. Характер ЭЭГ активности определяется или количественно по частоте и амплитуде (альфа-активность, высокоамплитудная активность и др.), или характеризуется описательно (активность типа спайк-волна, активность типа острых волн). В некоторых контекстах термин «активность» может использоваться как интерпретативный — «эпилептиформная активность».
⚠️ При анализе ЭЭГ иногда противопоставляют понятия активности (отличается нерегулярностью) и ритма (отличается регулярностью). Например, если альфа-ритм неорганизован (нерегулярен), то его относят к альфа-активности. Однако в международной практике альфа-ритм – это ритмическая или регулярная альфа-активность. То есть, альфа-ритм является частным случаем альфа-активности. Подробнее: Визуальные характеристики ЭЭГ.
Регистрация ЭЭГ активности
Запись электрических потенциалов головного мозга, проводимая интракраниально, или чаще всего с поверхности кожи головы демонстрирует наличие постоянной мозговой активности.
В клинической электроэнцефалографии ЭЭГ-активность отводится с помощью электродов, расположенных на интактных покровах головы и в некоторых экстракраниальных точках. При такой системе регистрации потенциалы, генерируемые мозгом, существенно искажаются вследствие влияния покровов мозга и особенностей ориентации электрических полей при различном взаимном расположении отводящих электродов. Эти изменения отчасти обусловлены суммацией, усреднением и ослаблением потенциалов за счет шунтирующих свойств сред, окружающих мозг.
Анализ и характеристика
В общем, колебания могут характеризоваться их частотой, амплитудой и фазой. Эти свойства сигнала могут быть извлечены при помощи регистрации нейронной активности с использованием частотно-временного анализа. В крупномасштабных колебаниях изменения амплитуды считаются следствием изменений синхронизации внутри нейронного ансамбля, по-другому это называется локальной синхронизацией. При этом отдельные нейронные структуры (одиночные нейроны или нейронные ансамбли) могут синхронизироваться между собой. Мозговые волны и синхронизация связаны со многими когнитивными функциями, такими как передача информации, восприятие, контроль движений и память.
При клиническом ЭЭГ-обследовании выделяется:
- фоновая активность – спонтанная биоэлектрическая активность мозга в состоянии пассивного бодрствования, т. е. со стояния, на фоне которого обычно осуществляется электроэнцефалографическое исследование в клинических целях;
- вызванная активность – биоэлектрическая реакция мозга в ответ на внешние раздражители;
- активность сна;
- эпилептическая активность и т.д.
Примеры ЭЭГ активности
Сверхмедленные потенциалы – это волны, частотный диапазон которых ниже 0,1 Гц, что соответствует декасекундным (с периодами в десятки секунд) колебаниям. Сверхмедленные потенциалы появляются в связи с медленными метаболическими процессами. Когда эти процессы измеряются при регистрации локального кровотока и/или концентрации кислорода, самая поразительная особенность динамики этих двух метаболических параметров — появление сверхмедленных квазипериодических колебаний. В настоящее время сверхмедленные колебания обнаружены также в исследованиях фМРТ и взаимосвязаны с колебаниями локального кровотока.
Медленные волны находятся в диапазоне 0,1 — 1 Гц. Медленные волны присутствуют в электроэнцефалограмме во всех состояниях от глубокого сна до состояния сосредоточенного внимания. Они доминируют в ЭЭГ в глубоком сне, и одна из его стадий имеет название «медленноволновый сон». Медленные колебания характеризуются ритмичными циклами деполяризации мембран корковых нейронов (UP-состояния), сменяющиеся их гиперполяризацией (DOWN-состояния). UP-состояния связаны с увеличением электрической активности (частоты спайков) групп корковых нейронов, в то время как DOWN-состояния связаны с уменьшением генерации разрядов нейронами.
Альфа-активность представляет собой синусоидальные колебания частотой 8-13 Гц и амплитудой 40-100 мкВ, выявляется при проведении ЭЭГ в состоянии пассивного бодрствования.
Полоса бета-ритма — это частоты ЭЭГ выше 13 Гц. Первым бета-активность описал Ганс Бергер, эту мозговую электрическую активность связывали со сфокусированным вниманием. В полосе бета-ритма ЭЭГ можно выделить несколько его типов. Гетерогенность бета-ритма, разнородность подразумевает его традиционное деление на следующие поддиапазоны: низкочастотный бета-ритм — от 13 до 20 Гц, высокочастотный бета-ритм — от 21 до 30 Гц, гамма-активность — от 31 Гц и выше. Иногда выделяется отдельно особый тип «40 Гц активность». Этот тип бета-активности привлек большой интерес ученых в 1980-х. Исследования были сосредоточены на проблеме связанности восприятия. Было показано (и теоретически, и экспериментально), что сети тормозных промежуточных нейронов вовлечены в генерацию бета-ритмов. Причастность тормозных нейронов к генерации бета-ритма поддерживается идеей о чувствительности бета-ритмов к ГАМКергическим агонистам — фармацевтическим препаратам, которые подражают (имитируют) действию ГАМК, — основного тормозного медиатора в центральной нервной системе. ГАМК-агонисты, такие, например, как барбитураты и бензодиазепины, увеличивают мощность высокочастотных ритмов. В здоровом мозгу было показано, что бета-активность положительно коррелирует с метаболической активностью в корковой зоне, находящейся под записывающим электродом.
Тета-активность. Частота — 4-6 Гц, амплитуда патологической θ-активности превосходит 40 мкВ и чаще всего превышает амплитуду нормальной электрической активности мозга, достигая при некоторых патологических состояниях 300 мкВ и более.
Дельта-активность. Частота — 0,5-3 Гц, амплитуда такая же, как у δ-активности. θ- и δ-колебания могут в небольшом количестве и при амплитуде, не превышающей амплитуду a-ритма, встречаться на ЭЭГ взрослого бодрствующего человека. В этом случае они указывают на определенное снижение уровня функциональной активности мозга. Патологическими считают ЭЭГ, содержащие θ- и δ-колебания, превышающие по амплитуде 40 мкВ и занимающие более 15% от общего времени регистрации.
Дельта-колебания сна (в пределах диапазона от 1 до 4 Гц) генерируются при взаимодействии двух потоков ионов (и следовательно — работы двух типов ионных каналов) при передаче таламическими нейронами импульсов к соответствующим корковым областям. Взаимодействие «возбуждающих» и «тормозных» токов ионов в таламической мембране, ответственной за генерацию кальциевых разрядов, вызывает деполяризацию в ответ на длительную гиперполяризацию.