Elettroencefalogramma del cervello - principio di azione e metodi di applicazione

Se una persona, che si trova in uno stato di riposo psicofisico, applica degli elettrodi alla testa e attraverso un amplificatore li collega a un dispositivo di registrazione, allora puoi catturare vibrazioni elettriche… Queste vibrazioni hanno origine nella corteccia cerebrale e sono associate a una speciale attività nervosa. Sono anche registrati direttamente dal cervello quando il cranio viene aperto durante l'intervento chirurgico.

La presenza di oscillazioni elettriche ritmiche e spontanee nel cervello fu stabilita nel 1875 dal fisiologo russo V. Ya Danilevsky e dallo scienziato inglese Richard Cato, indipendentemente l'uno dall'altro, sperimentando su animali con il cranio aperto.

Successivamente è stato dimostrato che era possibile registrare le correnti elettriche del cervello attraverso la pelle e le ossa del cranio intatto. Ciò è servito come base per il passaggio allo studio di questi fenomeni nell'uomo.

La caratteristica più interessante delle vibrazioni elettriche del cervello umano è il loro ritmo caratteristico, quasi regolare con una frequenza di circa 10 Hz: queste sono le cosiddette onde alfa.Sullo sfondo sono visibili oscillazioni più frequenti: onde beta a 13 - 30 Hz e onde gamma a 60 - 150 Hz e oltre. Si osservano anche oscillazioni più lente - onde di 1 - 3 - 7 Hz.

La forma d'onda elettrica del cervello è chiamata elettroencefalogramma e la branca dell'elettrofisiologia che studia i modelli di attività elettrica nel cervello è chiamata elettroencefalografia (EEG).Gli elettroencefalogrammi si prestano all'analisi matematica di Fourier.

L'elettroencefalografia è di grande importanza per gli studi teorici dell'attività cerebrale, nonché per scopi pratici di diagnosi delle malattie cerebrali.

Per proteggere l'oggetto dai campi elettromagnetici esterni, viene posto in una stanza schermata. Fonti di errori nell'acquisizione dell'elettroencefalogramma: potenziale cutaneo e muscolare, elettrocardiogramma, pulsazione arteriosa, movimento degli elettrodi, movimento delle palpebre e degli occhi e rumore dell'amplificatore.

Il miglior elettroencefalogramma si ottiene da una persona a riposo completo: una persona è seduta o meglio sdraiata (ma non dorme) in una stanza buia schermata e insonorizzata, in posizione comoda, isolata dagli stimoli esterni ea completo riposo.

Questa circostanza è molto importante. Spesso nelle persone che vengono allo studio per la prima volta, è difficile registrare un elettroencefalogramma a causa della loro vigilanza e paura di un ambiente insolito.

Le persone differiscono l'una dall'altra nelle loro caratteristiche EEG intrinseche. In alcuni è molto facile rilevare il ritmo corretto delle onde alfa, in altri non viene registrato affatto.

Gli elettroencefalogrammi differiscono anche per forma, ampiezza, durata, regolarità delle onde alfa, nonché per posizione, numero e intensità di altre onde: beta, delta e gamma.

È interessante notare la sorprendente costanza delle caratteristiche di base dell'elettroencefalogramma umano, stabilite da studi ripetuti nel corso di molti mesi.

Di solito è possibile sapere in anticipo quanto presto si stabilirà un elettroencefalogramma regolare in un soggetto ben studiato e quali sono i suoi tratti caratteristici. Tuttavia, accanto alla grande costanza dei tratti distintivi dell'elettroencefalogramma individuale di una persona sana, vi è anche una grande variabilità fisiologica dello stesso, anche nell'arco della stessa giornata.

Una condizione indispensabile per ottenere un elettroencefalogramma regolare di una persona è l'eccezionale riposo del cervello di veglia. È comprensibile quanto possa essere difficile raggiungere questo obiettivo in uno stato energetico, disattivando l'attività cerebrale.

Osservando per ore, giorno dopo giorno, le vibrazioni elettriche che si verificano nella corteccia cerebrale di una persona, si può vedere che il cervello è spesso come uno specchio, che riflette ciò che si sta facendo in quel momento.

A volte i ritmi regolari del cervello scompaiono improvvisamente da soli, oppure compaiono oscillazioni ad alta frequenza o compaiono correnti muscolari speciali. Significa che la persona ha pensato a qualcosa, ha fatto un movimento, ha immaginato qualcosa. La variabilità dell'elettroencefalogramma riflette le fluttuazioni dell'eccitabilità del sistema nervoso centrale.

Se chiedi a una persona di svolgere un lavoro mentale, ad esempio risolvendo un problema che rappresenta una situazione difficile, puoi osservare la scomparsa del ritmo regolare delle onde alfa e la comparsa di oscillazioni ad alta frequenza. Durante un intenso lavoro mentale, le onde alfa vengono sostituite da scariche ad alta frequenza di 500-1000 Hz, che durano per tutta la durata dell'attività mentale, al termine delle quali le onde alfa vengono ripristinate.

Le oscillazioni ad alta frequenza associate all'attività mentale possono durare a lungo. In uno studente che di solito stabilisce un normale ritmo cerebrale, diventa difficile registrare un EEG: si osservano solo oscillazioni ad alta frequenza. Si è scoperto che era impegnato a prepararsi per gli esami nei suoi giorni liberi da esperimenti.

In un altro soggetto che aveva un elettroencefalogramma normalmente regolare con sorprendente facilità, sono state osservate solo oscillazioni ad alta frequenza una volta. Si è scoperto che aveva disegnato per due ore prima dell'esperimento.

In generale, un ritmo normale delle onde alfa è caratteristico del cervello umano in uno stato calmo e oscillazioni ad alta frequenza, onde beta e gamma, sono associate alla sua attività.

L'attività ritmica del cervello, oltre all'area motoria, inizia in una persona solo un mese dopo la nascita; si sviluppa, apparentemente, contemporaneamente all'attività corticale quando il bambino inizia a riconoscere e ad afferrare gli oggetti.

Poiché a questa età è diverso da quello degli adulti, l'elettroencefalogramma cambia gradualmente, solo a 11-12 anni si avvicina alla norma per un adulto.L'attività ritmica del cervello continua nel sonno, ma cambia, diventa più semplificata e liscia, compaiono vibrazioni lente.

È interessante notare che il ritmo del cervello del dormiente non è disturbato, ad esempio, dal rumore di un'auto dalla stanza accanto o dal suono di un clacson dalla strada, ma se nella stanza si sente un suono, per esempio, il fruscio della carta, associato al fatto che c'è qualcuno nella stanza. Il cervello del dormiente cambia. Ciò è dovuto alla presenza di «punti di osservazione del cervello», che sono svegli durante il sonno di una persona.

Con l'aiuto del metodo elettroencefalografico, è possibile osservare e registrare oggettivamente questi complessi cambiamenti nell'attività cerebrale associati a una certa sensazione soggettiva.

Nelle malattie del cervello compaiono onde di forma e durata speciali. Nei tumori cerebrali compaiono onde lente con una frequenza di 1-3 Hz, che chiama onde delta. Le onde delta vengono registrate quando vengono rilevate dal punto del cranio direttamente sopra il tumore, mentre quando vengono rilevate da altre aree del cervello non rilevate dal tumore, vengono registrate le onde normali. La comparsa di onde delta nella parte del cervello colpita dal tumore è determinata dalla degenerazione della corteccia in questo luogo.

In questo modo l'elettroencefalogramma aiuta a riconoscere la presenza di un tumore e la sua esatta localizzazione. Le onde delta nell'elettroencefalogramma si trovano anche in altre condizioni patologiche del cervello.

In alcuni traumi: onde delta patologiche si osservano nell'elettroencefalogramma molti anni dopo un trauma cranico.

I ritmi del cervello umano cambiano o scompaiono completamente con una perdita di coscienza causata da vari motivi, cambiano con la mancanza di ossigeno.Così, negli esperimenti che studiano l'effetto della respirazione in una miscela di aria con una percentuale ridotta di ossigeno, che causato una perdita di coscienza, vengono registrati gruppi di onde simili a punte, di tensione eccezionale, come se il cervello avesse perso una sorta di freno.

Le stesse onde lente spasmodiche sono state registrate in persone incoscienti per commozione cerebrale subito dopo un trauma cranico. In alcune malattie cerebrali si registrano potenziali ad alta frequenza (ad esempio nella schizofrenia) o nell'alternanza di onda lenta e onda (nell'epilessia).

Il metodo dell'elettroencefalografia è essenziale per la diagnosi e lo studio delle malattie cerebrali. Per quanto riguarda l'importanza teorica, l'elettroencefalografia, che consente di registrare lo stato di eccitabilità della corteccia cerebrale, apre l'accesso allo studio diretto dei processi di eccitazione e inibizione nel cervello umano, il cui rapporto è considerato i principali meccanismi dell'attività nervosa .