СПОСОБ СРАВНИТЕЛЬНОЙ ОЦЕНКИ ТЕКУЩЕЙ АКТИВНОСТИ ПОЛУШАРИЙ ГОЛОВНОГО МОЗГА
METHOD FOR COMPARATIVE ASSESSMENT OF CURRENT ACTIVITY OF CEREBRAL HEMISPHERES

Изобретение относится к медицине, в частности к определению показателей, отражающих текущую функциональную асимметрию в активности полушарий головного мозга (ГМ).
Одним из методов сравнения текущей активности полушарий ГМ является метод регистрации уровня постоянного потенциала (УПП) мозга в симметричных точках правого и левого полушарий [2, 3]. Основным источником генерации УПП мозга являются потенциалы сосудистого происхождения, создаваемые гематоэнцефалическим барьером и реагирующие на pH в оттекающей от мозга крови. Концентрация ионов водорода в сосудах мозга зависит от интенсивности энергетического метаболизма, т.к. именно кислоты являются конечным продуктом энергетического обмена. Это обстоятельство позволяет использовать УПП для оценки церебрального энергетического обмена. Рост УПП соответствует снижению (ацидотическому сдвигу) церебрального pH.
При анализе межполушарной активности монополярный и биполярный методы отведения УПП эквивалентны по своим результатам. В случае монополярного метода отведения УПП положительные электроды различных каналов регистрации устанавливаются на симметричных точках височной зоны правого и левого полушария, а отрицательный электрод на референтной точке - правая рука. В этом случае более активному полушарию соответствует большее значение УПП. В случае биполярного межполушарного отведения УПП отрицательный электрод устанавливается на левом, а положительный на симметричной точке височной зоны правого полушария. В этом случае отрицательное значение УПП свидетельствует о большей активности левого полушария, а положительное - о большей активности правого полушария ГМ.
Регистрация УПП - это не единственный метод, с помощью которого можно сравнивать текущую активность симметричных областей полушарий ГМ.
Наиболее распространенным методом исследования биоэлектрической активности ГМ является метод регистрации электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Но дать интегральную оценку текущей активности полушарий в точках регистрации ЭЭГ - задача нетривиальная.
Увеличение активности различных зон мозга на ЭЭГ проявляется, прежде всего, изменением спектральных характеристик сигнала: увеличивается относительная спектральная мощность α- и особенно β-ритмов, а относительная спектральная мощность δ- и θ-ритмов уменьшается, что сопровождается в целом уменьшением амплитудных характеристик сигнала ЭЭГ [1]. Напротив, снижение уровня активности в норме сопровождается ростом относительной спектральной мощности δ- и θ-диапазонов при уменьшении относительной спектральной мощности быстрых (α- и β-) ритмов и увеличением амплитудных характеристик сигнала ЭЭГ. Сложность интегральной оценки активности различных зон мозга по спектральным характеристикам сигнала ЭЭГ обусловлена еще и тем, что при активации различных видов деятельности мозга может наблюдаться увеличение корреляции между УПП на поверхности головы и спектральной мощностью различных ритмов [3].
Однако существует возможность сравнения текущей активности симметричных зон полушарий, основанная на сравнении «средних значений» оцифрованного сигнала ЭЭГ, характеризующих смещение среднего значения относительно нулевой линии сигнала. Среднее значение оцифрованной синусоиды, имеющей одинаковые, симметричные относительно нулевой линии положительную и отрицательную части сигнала, равно 0, т.е. совпадает с нулевой линией. То же самое будет и при регистрации сигнала сложного спектрального состава, имеющего одинаковую выраженность отрицательной и положительной частей сигнала. При регистрации сигнала ЭЭГ такая ситуация встречается крайне редко и на очень непродолжительных интервалах времени. Асимметрия отрицательной и положительной частей сигнала ЭЭГ зависит от соотношения ТПСП и ВПСП, суммация которых вносит наибольший вклад в формирование ЭЭГ. Но само это соотношение зависит и от разницы в активности тех зон мозга, над которыми располагаются регистрирующие активные электроды. При различной активности зон, над которыми располагаются активные регистрирующие электроды, они оказывают неодинаковое влияние на «смещение среднего значения сигнала ЭЭГ от нулевой линии». В случае если активные электроды располагаются на симметричных зонах левого и правого полушария можно осуществлять сравнение их активности по средним значениям сигналов ЭЭГ.
При регистрации УПП в случае расположения положительного активного электрода над более активной зоной регистрируется положительное значение УПП, тем большее, чем выше активность [3].
Исследования авторов показали, что при регистрации ЭЭГ и вычислении среднего значения в случае расположения положительного активного электрода над более активной зоной среднее значение сигнала имеет меньшую величину (более электроотрицательно). Проведенное авторами на 30-ти испытуемых сравнение определения более активной височной зоны правого и левого полушарий методом регистрации УПП (аппарат АМЕА [4]) и описанным здесь методом регистрации ЭЭГ с вычислением средних значений сигнала показало 100% совпадение результатов (P<0,01). Для регистрации ЭЭГ в этих исследованиях использовались различные соединенные с компьютерами усилители биопотенциалов - ПДК-02 (ТУ 3-2401-91) и MP30B-СЕ (Biopac Systems, Inc.).
Такая взаимозависимость между УПП и средним значением сигнала ЭЭГ (смещением относительно нулевой линии) вполне соответствует известным литературным данным о взаимоотношении между этими электрофизиологическими показателями [3].
Цель предлагаемого способа - осуществление сравнительной оценки текущей активности полушарий головного мозга, основанное на самом распространенном методе исследования биоэлектрической активности головного мозга - методе регистрации ЭЭГ.
Этот способ, как и при регистрации УПП, может быть осуществлен как при монополярных регистрациях ЭЭГ в симметричных зонах правого и левого полушарий, так и с помощью регистрации биполярных межполушарных отведений ЭЭГ.
Изобретение осуществляют следующим образом.
В случае регистрации монополярных отведений активные положительные (+) электроды располагаются на симметричных зонах правого и левого полушария. После регистрации и оцифровки сигнала ЭЭГ вычисляются средние значения этих сигналов, характеризующие смещение этих значений относительно нулевой линии. Более активная зона (соответствующая большему значению УПП) имеет меньшую величину среднего значения сигнала ЭЭГ.
В случае регистрации ЭЭГ биполярным способом при наличии 2-х каналов регистрации осуществляется одновременная регистрация ЭЭГ, при которой положительный (+) активный электрод одного отведения располагается рядом с отрицательным (-) активным электродом второго отведения в исследуемой зоне одного полушария, а парные им активные электроды противоположной полярности располагаются аналогично на исследуемой зоне противоположного полушария. В случае одноканальной регистрации ЭЭГ биполярным способом осуществляется последовательная 2-кратная регистрация со сменой расположения активных электродов: сначала положительный активный электрод устанавливается на исследуемой зоне одного полушария, а отрицательный активный электрод - на симметричной зоне противоположного полушария; затем их расположение меняется местами. Референтные электроды располагаются в обычных для них точках. После регистрации и оцифровки сигнала ЭЭГ вычисляются средние значения этих сигналов, характеризующие их смещение относительно нулевой линии. В тех случаях, когда положительный активный электрод находится над более активной зоной (с большей величиной УПП), вычисленное среднее значение сигнала ЭЭГ имеет меньшую величину (является более электроотрицательным).
Реализация способа осуществляется следующим образом.
Для регистрации и анализа сигналов ЭЭГ могут использоваться любые сертифицированные подключающиеся к компьютеру электроэнцефалографы или усилители биопотенциалов с функцией регистрации ЭЭГ.
У испытуемого в течение 10-20 с регистрируют ЭЭГ с симметричных точек правого и левого полушарий.
В случае регистрации монополярных отведений активные положительные (+) электроды располагаются на симметричных зонах правого и левого полушария. После регистрации и оцифровки 5- - 10-секундных безартефактных участков сигнала ЭЭГ вычисляются средние значения этих сигналов. Более активная зона имеет меньшую величину среднего значения сигнала ЭЭГ.
В случае регистрации ЭЭГ биполярным способом при наличии 2-х каналов регистрации осуществляется одновременная регистрация ЭЭГ, при которой положительный (+) активный электрод одного отведения располагается рядом с отрицательным (-) активным электродом второго отведения в исследуемой зоне одного полушария, а парные им активные электроды противоположной полярности располагаются аналогично на исследуемой зоне противоположного полушария. В случае одноканальной регистрации ЭЭГ биполярным способом осуществляется последовательная 2-кратная регистрация со сменой расположения активных электродов: сначала положительный активный электрод устанавливается на исследуемой зоне одного полушария, а отрицательный активный электрод - на симметричной зоне противоположного полушария; затем их расположение меняется местами. Референтные электроды располагаются в обычных для них точках. После регистрации и оцифровки 5- - 10-секундных безартефактных участков сигнала ЭЭГ вычисляются средние значения этих сигналов. В тех случаях, когда положительный активный электрод находится над более активной зоной (с большей величиной УПП), вычисленное среднее значение сигнала ЭЭГ имеет меньшую величину (является более электроотрицательным).
Реализация способа поясняется нижеприведенными примерами.
Пример 1.
Испытуемая С.Г.Р., 18 лет.
Регистрация ЭЭГ осуществлялась биполярным способом. Сначала активный положительный электрод устанавливался на височной области левого полушария, а отрицательный активный электрод на симметричной точке височной области правого полушария. Референтный электрод прикреплялся к правому уху с помощью специальной прищепки. Сигнал ЭЭГ подавался на блок ЭЭГ прибора ПДК-02, а с выхода прибора через АЦП - в компьютер. Производилась регистрация мгновенных значений сигнала ЭЭГ 10-двухсекундных интервалов (128 отсчетов в секунду) и на основе полученного массива чисел вычислялось среднее значение. Затем симметрично менялось расположение электродов - положительный активный электрод устанавливался на височной области правого полушария, отрицательный и референтный электроды, соответственно, - на левую височную область и левое ухо. Снова производилась регистрация мгновенных значений 10-ти двухсекундных интервалов ЭЭГ и вычислялось среднее значение.
При расположении положительного активного электрода на височной области левого полушария среднее значение составило +1,2 мкВ, а при его расположении на височной области правого полушария - +6,4 мкВ. Следовательно, более активной является височная область левого полушария.
Пример 2.
Испытуемая Л.Д.В., 20 лет.
Регистрация ЭЭГ осуществлялась монополярным методом. Положительные активные электроды устанавливались на симметричных точках височных областей левого и правого полушария, отрицательные активные электроды и референтные электроды, соответственно, - на мастоиде и ухе с противоположной стороны.
Сигналы ЭЭГ подавались на каналы усилителя биопотенциалов MP30B-CE (Biopac Systems, Inc.), соединенного с компьютером. Производилась 20-секундная запись ЭЭГ. После просмотра на записи выделялся 10-секундный безартефактный интервал записи ЭЭГ и давалась команда прикладной программе вычислить средние значения сигналов от обоих отведений.
Среднее значение ЭЭГ отведения с расположением положительного активного электрода на височной области правого полушария составило - 30 мкВ, а среднее значение ЭЭГ в отведении с расположением положительного активного электрода на височной области левого полушария - +17,8 мкВ. Следовательно, более активной является височная область правого полушария.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Зенков Л.Р., Ронкин М.А. Функциональная диагностика нервных болезней. - М: 1991.
2. Фокин В.Ф., Авиром В.М., Пономарева Н.В., Киселев В.Н. Способ регистрации сдвига уровня постоянного электрического потенциала головного мозга. / Патент на изобретение РФ №2007116. Опубликовано 15.02.1994.
3. Фокин В.Ф., Пономарева Н.В. Энергетическая физиология мозга.: «Антидор» 2003. - 288 с.
4. http://www.neurotek.mpi.ru/