Электроэнцефалограмма: 7 фактов об электрической активности мозга и методах ее регистрации
Электроэнцефалограмма, или ЭЭГ, – это суммарная электрическая активность мозга, электрические сигналы мозгового происхождения, которые можно зарегистрировать на поверхности кожи головы. На сегодняшний день ЭЭГ является довольно привычной процедурой, и часто люди не задумываются, насколько необычно, что электричество, генерируемое нашим мозгом, мы можем наблюдать прямо на коже головы, даже никак ее не повреждая. Наблюдая за ЭЭГ, мы фактически наблюдаем за тем, что происходит в мозге.
1
Когда в 1924 году немецкий психиатр Ганс Бергер впервые зарегистрировал электроэнцефалограмму, он целых пять лет не решался опубликовать результаты своих наблюдений. И примерно столько же времени после публикации никто не хотел ему верить, несмотря на то, что Бергер был человеком, хорошо разбиравшимся в научных методиках. Возможно, мешала его замкнутость и некоторая странность, но наиболее существенно было то, что никто не мог даже вообразить, что прямо на поверхности кожи можно зарегистрировать что-то идущее из мозга. Тем не менее, когда его открытие было подтверждено английскими физиологами, начался настоящий бум, связанный с использованием этого метода. Оказалось очень интересным наблюдать за мозгом человека, здорового человека, не «вламываясь» в его череп.
2
С 90-х годов электроэнцефалограмму стали вытеснять томографические методы, позволяющие с гораздо большей точностью определять расположение источников активности в мозге. С их помощью можно более дифференцированно изучать то, что происходит внутри мозга, и гораздо глубже в него погружаться. Электроэнцефалограмма идет только от коры мозга, но не от глубинных его структур. Но у ЭЭГ есть важное преимущество: она показывает мозговую активность в реальном времени, т.к. электрический сигнал распространяется практически со скоростью света. Разрешение во времени других методов значительно хуже – порядка секунд, в лучшем случае, долей десятых долей секунд, и с их помощью можно наблюдать только сравнительно медленные процессы.
3
С помощью электроэнцефлограммы можно наблюдать, прежде всего, крупные изменения активности мозга, к примеру, когда у человека меняется уровень бодрствования, он начинает дремать или засыпает. Поэтому ЭЭГ является ведущим методом при изучении стадий сна. Кроме того, этот метод не требует громоздкого оборудования. Существуют портативные носимые энцефалографы, которые можно использовать даже для записи ЭЭГ у спортсменов.
4
ЭЭГ – это сумма электрических сигналов от очень большого числа нервных клеток, которые используют электричество для того, чтобы передавать информацию внутри мозга. Чтобы ЭЭГ-сигнал был достаточно сильным и его можно было бы зарегистрировать на поверхности головы, требуется огромное количество одновременно работающих и сходным образом ориентированных клеток. Благодаря тому, что он очень быстро распространяется и дает возможность наблюдать происходящее в мозге фактически в реальном времени, этот сигнал очень удобен, когда мы хотим понять, насколько быстро человеческий мозг воспринимает какую-либо информацию из окружающей среды.
5
Благодаря электроэнцефалограмме и конкретному методу, который называется «вызванные потенциалы» или «потенциалы, связанные с событиями» (накопление участков ЭЭГ, привязанных к внешним стимулам, например, к предъявлению картинки с определенным изображением), удалось установить, что человек очень рано начинает различать человеческие лица и другие объекты. Более того, он очень рано отличает животных от неживотных: если ему их показывают, то уже через 200 миллисекунд в электроэнцефалограмме видна разница. Разница в восприятии мозгом некоторых тонко различающихся признаков проявляется в ЭЭГ еще на уровне порядка 100 миллисекунд. Такие ранние этапы восприятия невозможно изучать с помощью каких-либо других методов, не считая ещё один метод, очень близкий к ЭЭГ – это магнитоэнцефалограмма. Она представляет собой регистрацию магнитного поля, возникающего при работе нервных клеток одновременно с электрическим током.
6
В конце XX века метод электроэнцефалограммы получил новое применение, в котором он оказался вне конкуренции по сравнению со всеми другими существующими методами, в том числе с теми, которые были созданы совсем недавно. ЭЭГ стала использоваться интерфейсах мозг-компьютер. Это технология, позволяющая человеку в реальном времени общаться с внешним миром, используя изменения активности собственного мозга. Для этой технологии приборы, использующие, к примеру, регистрацию изменений кровотока мозга, оказались гораздо менее пригодными — в сравнении с электроэнцефалографами они слишком медленные, слишком громоздкие и слишком дорогие. Их невозможно использовать в домашних условиях у пациентов, они недоступны и для любителей компьютерных игр, которые уже начинают приобретать интерфейсы мозг-компьютер на основе ЭЭГ, обеспечивающие получение новых необычных ощущений в процессе игры.
7
Современные электроэнцефалографы становятся все более и более дешевыми и доступными. Они составляют основу игровых интерфейсов мозг-компьютер, которые может купить практически каждый желающий. Они могут использоваться в движении; человек может поместить устройство у себя на теле и записывать ЭЭГ, занимаясь обычными повседневными делами. Благодаря более развитым математическим методам анализа сигнала в реальном времени, электроэнцефалограф дает все более и более подробную информацию о мозге.
