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.

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.

Анализ сверхмедленной активности в программе Энцефалан

➥Основная статья: Программа для анализа сверхмедленной активности мозга Энцефалан-СМА

Сверхмедленная активность (СМА) головного мозга является практически единственным электрофизиологическим методом, позволяющим оценивать величину церебральных энергозатрат (Фокин с соавт., 1993). В отличие от электроэнцефалограммы и вызванных потенциалов, характеризующих преимущественно деятельность оперативной системы обработки информации, СМА связана с деятельностью стационарной системы управления нейрофизиологическими процессами. Нарушения метаболизма играют важную роль в развитии сосудистых и атрофических заболеваний мозга, эпилепсии и влияют на течение невротических расстройств. Имеются данные об успешном использовании пробы Штанге одновременно с регистрацией сверхмедленных физиологических процессов при изучении патофизиологических механизмов энергодефицитных состояний, проявляющихся симптомокомплексом астено-вегетативных и астено-невротических расстройств.

Однако на СМА, регистрируемой со скальпа, могут отражаться не только сверхмедленные процессы церебрального генеза, но и другие физиологические сигналы (электроокулограмма — ЭОГ, проявления кожно-гальванической реакции — КГР, пневмограмма — ПГ). Для корректного анализа СМА необходимо дифференцировать проявления этих возможных составляющих в суммарном регистрируемом сигнале. Влияние физиологических сигналов немозгового происхождения может быть минимизировано с помощью математического алгоритма, идентифицирующего общие составляющие в СМА и одновременно с ней регистрируемых дополнительных сигналах, таких как ЭОГ и КГР. Но КГР может иметь различную представленность и фазовые характеристики в различных участках тела и головы, что затрудняет их правильную дифференциацию. Определенным аналогом КГР являются значения подэлектродных сопротивлений ЭЭГ-электродов, измеряемых на переменном токе синхронно с СМА с той же самой частотой дискретизации (5 Гц). Таким образом, в электроэнцефалографе имеется возможность контролировать временную динамику КГР-составляющих и их пространственное распределение, что позволяет выделить в СМА составляющие церебрального генеза и представить их в топическом виде для визуального анализа, дальнейшей интерпретации процессов метаболизма и оценки величины церебральных энергозатрат.

Нестационарные проявления сверхмедленных процессов могут частично отражаться и на ЭЭГ, чаще всего они возникают в результате вегетативной реакции при психоэмоциональном напряжении. У некоторых возбудимых пациентов такого рода реакция проявляется на любое афферентное воздействие. На Рис. 1 показаны две взаимосвязанные панели в разных временных масштабах. На левой панели представлены нативные физиологические сигналы — ЭЭГ, ЭКГ, КГР (вертикальные линии соответствуют секундным меткам), а на правой — динамика СМА и подэлектродных сопротивлений по всем ЭЭГ-электродам (вертикальные линии правой панели соответствуют 10-секундным меткам). На этом примере СМА проявляется преимущественно в лобно-височных и затылочных отведениях в виде волн с периодом от 3 до 10 секунд. На ЭЭГ также отразилось влияние первых нескольких колебаний этого процесса. На топографической карте дельтадиапазона эти волны имеют характерную топику — повышение выраженности по периферии скальпа. Возможность одновременного просмотра ЭЭГ и СМА позволяет сопоставить изменения этих сигналов при различных состояниях и на различные воздействия. Период ритмических колебаний СМА находится в определенной зависимости как от функционального состояния человека, так и от выполняемых им действий (Рис. 2.). Например, при выполнении задержки дыхания (проба Штанге) наблюдались волны с периодом 12-16 с, последействие после пробы Штанге характеризовалось волнами с периодом 6 с, при выполнении арифметического задания «обратный счет» период волн изменился до 10-11 секунд. Эти волны никак не связаны с дыханием, что хорошо видно по пневмограмме (второй график сверху). Заметна некоторая корреляция между тонусом резистивных сосудов (амплитуда пальцевой фотоплетизмограммы ФПГ — на третьем графике снизу) и уровнем постоянного потенциала головного мозга (два нижних графика). Резкое повышение тонуса сопровождалось снижением уровня постоянной составляющей СМА.

Поскольку многие неврологические заболевания связаны с нарушением трофики, обменных процессов, неадекватного обеспечения кислородом и питательными веществами, одновременная регистрация СМА и РЭГ наряду с ЭЭГ может способствовать лучшему пониманию патологических процессов и выработки диагностических критериев для раннего выявления соответствующих нарушений.