Происхождение ЭЭГ. Основные методы обработки ЭЭГ

Строение головного мозга Головной мозг состоит из пяти отделов: u. Переднего (большие полушария) u. Промежуточного u. Среднего u. Заднего u. Продолговатого мозга Средний, задний и продолговатый мозг объединяют в ствол мозга.

Функции отделов головного мозга Отдел головного Основные мозга психофизиологические функции Продолговатый мозг Регуляция жизненно важных функций, защитные рефлексы Мозжечок Координация движений Средний мозг Регуляция мышечного тонуса, ориентировочные рефлексы, регуляция уровня активации Таламус Переключение сенсорных импульсов, регуляция уровня активации Гипоталамус Регуляция гомеостаза, чередования сна и бодрствования

Доли коры больших полушарий

Нейрон – анатомическая единица ЦНС. Нервные клетки связаны друг с другом посредством синапсов.

Виды активности нейрона В центральных синапсах медиаторы вызывают появление на постсинаптической мембране только постсинаптического потенциала (ПСП). Он зависит от силы раздражителя, суммируется, но не передается по аксону. Просуммированные ПСП могут привести к генерации потенциала действия (ПД). ПД подчиняются закону «все или ничего» и способны передаваться на большие расстояния.

Модель функционирования коры Функциональная единица коры – нейронный ансамбль (НА), или микроколонка это группа нейронов, расположенная в коре головного мозга перпендикулярно его поверхности. Рис. 1. Колонки ориентации линий в зрительной коре мозга.

Модель функционирования коры u Несколько простых вертикальных ансамблей могут объединяться с помощью межколоночных связей в модуль. u Модули группируются в первичную зрительную, слуховую или двигательную кору.

Функциональные области коры больших полушарий u Зоны, получающие возбуждение от органов чувств – первичные (а) u Ассоциативные зоны: вторичные (б), обрабатывают сенсорную информацию на более высоком уровне третичные (в) обеспечивают надмодальные виды психической деятельности

Локализация функций в коре

Концепция структурно-функциональных блоков мозга А. Р. Лурия. Каждая психическая функция обеспечивается согласованной работой трёх блоков: 1. Энергетического; 2. Блока получения, переработки и хранения информации, поступающей из внешнего мира; 3. Блока программирования, регуляции и контроля психической деятельности.

Изучение функционирования коры Электроэнцефалограмма (ЭЭГ) — графическое изображение суммарной электрической активности мозга. Считается, что ЭЭГ характеризует активность НА в определенной области коры, и показывает степень согласованной работы НА различных отделов коры.

Природа ЭЭГ Особый вклад в генерацию ЭЭГ вносят градуальные потенциалы возбуждающие и тормозные постсинаптические потенциалы (ВПСП и ТПСП) дендритных волокон нейронов коры или различных ядер мозга.

Регистрация ЭЭГ

Методы анализа ЭЭГ Основные методы анализа электроэнцефалограммы можно разделить на несколько групп: u. Методы обработки ЭЭГ, в основе которых лежит Фурье преобразование, в т. ч. методы оценки связи записей ЭЭГ, регистрируемых с разных отведений u. Анализ нестационарности ЭЭГ процесса. u. Методы определения морфологической локализации ЭЭГ источников

Преобразование Фурье Основа предположение о том, что исследуемые сигналы состоят из определенного числа синусоидальных и/или косинусоидальных составляющих (гармоник) последовательно возрастающего ряда частот.

Спектральный анализ ЭЭГ В основе метода идея о том, что нейроны сети различной величины показывают различные резонансные свойства. Поэтому, изучая активность головного мозга различной частоты мы можем судить о работе различных нейронных сетей головного мозга.

Основные ритмы ЭЭГ

Амплитудно-частотный спектр ЭЭГ Представляет собой зависимость амплитуд спектральных гармоник (по Y) от частоты (по Х) Аmax — максимальная амплитуда спектра в частотном диапазоне; Fmax — частота максимальной по амплитуде гармоники; Аср — средняя амплитуда спектра в частотном диапазоне; Fcp — средневзвешенная частота.

Кросс-спектральные характеристики Предназначены для оценки различных аспектов связи двух процессов или записей ЭЭГ, регистрируемых с двух отведений: x(t) и y(t). Они позволяют определить степень связности ЭЭГ двух разных точек мозга, выделить общие для обеих ЭЭГ периодические составляющие. График кросс АЧХ показывает, на каких частотах в обоих процессах присутствуют сравнимые по величине гармоники. Рис. 2. Амплитудный кросс спектр ЭЭГ

Коэффициент кросс-корреляции u Степень сходства или связи двух ЭЭГ при кросскорреляционном анализе определяется величиной коэффициента кросскорреляции. u Он составляет от +1 до 1. Кросскорреляционная функция, дополняя картирование, представляет информацию о том, влияет ли ЭЭГ по какому либо каналу на Рис. 3. К неоднозначности другие каналы. интерпретации кросс спектральных связей

Функция когерентности u Когерентные волны это волны, имеющие одинаковые частоты, постоянную раз ность фаз. u Когерентность представляет собой измерение синхронности изменений ЭЭГ в двух различных отведениях. Она аналогична кросс корреляционному анализу, но только кросс корреляция измеряет синхронию во временной области, а когерентность в частотной области.

Когерентность u В математическом определении когерентность задается формулой u где в числителе стоит кросс спектр двух процессов, усредненный в комплексной форме, а в знаменателе — произведение спектров, усредненных по модулю.

Значение когерентности u Когерентность характеризует степень стабильности разности фазовых углов двух процессов. u При наличии физиологической связи между двумя отведениями сигнал от одного отведения к другому будет передаваться с достаточно стабильной задержкой во времени (или стабильным фазовым сдвигом), что будет приводить к большому значению когерентности.

Сложности использования когерентности u Когерентность демонстрирует крайне высокую степень зависимости от случайных флюктуаций, вызванных основными инструментальными погрешностями ДПФ и свойствами самих ЭЭГ–процессов. u Высокая зависимость когерентности от содержания шума в сигналах u Отсутствие эталонов программной реализации u Высокая зависимость от множества установочных параметров.

Когерентная мощность u Вычисляется как отношение амплитуды комплексно усредненного кросс–спектра двух процессов к амплитуде усредненного по модулю спектра первого процесса (предполагаемого индуктора):

Когерентная мощность Отражает ту часть спектральной составляющей, которая когерентно (синфазно) передается от одного процесса к другому Пиковое значение когерентной мощности наблюдается не только на доминирующей частоте альфа диапазона, но и в Рис. 4. Когерентная мощность ЭЭГ дельта диапазоне

Спасибо за внимание!