Исследование Центральной нервной системы

       Исследование  Центральной нервной системы  является актуальной задачей физиологии. В процессе изучения ЦНС применяются  различные методы, целью которых  является изучение нейрофизиологии: определение  путей функционирования основной структурно - функциональной единицы нервной  системы (нейрона) и их взаимодействием  между собой, формирование целостного представления о человеке и его  психической деятельности.  
Методы исследования ЦНС находят применение в неврологии и в нейрофизиологии. С помощью различных методов можно проследить онтогенетическое развитие проводящих путей мозга, провести анализ локализации представительства сенсорных функций, провести анализ связей между структурами мозга, показать количество переключении на пути распространения возбуждения и т. д.  
Таким образом, изучение методов исследования центральной нервной системы является актуальной темой. 

    Исследование  нервной системы человека включает группу экспериментальных и клинических  методов. К экспериментальным методам  относят перерезку, экстирпацию, разрушение мозговых структур, а также электрическое  раздражение и электрическую  коагуляцию. К клиническим методам  относят электроэнцефалографию, метод  вызванных потенциалов, томографию и т.д.

Экспериментальные методы.

1. Метод перерезки и выключения. Метод перерезки и выключения различных участков ЦНС производится различными способами. Используя этот метод можно наблюдать за изменением условно-рефлекторного поведения.
2. Методы холодового выключения структур головного мозга даютвозможность визуализировать пространственно-временную мозаику электрических процессов мозга при образовании условного рефлекса в разных функциональных состояниях.
3. Методы молекулярной биологии направлены на изучение роли молекул ДНК, РНК и других биологически активных веществ в образовании условного рефлекса.
4. Стереотаксический метод заключается в том, что животному вводят в подкорковые структуры электрод, с помощью которого можно раздражать, разрушать, или вводить химические вещества. Тем самым животное готовят для хронического эксперимента. После выздоровления животного применяют метод условных рефлексов.

Клинические методы. Клинические методы позволяют объективно оценить сенсорные функции мозга, состояние проводящих путей, способность мозга к восприятию и анализу стимулов, а также выявить патологические признаки нарушения высших функций коры больших полушарий.

      Электроэнцефалография.

Электроэнцефалография относится к наиболее распространенным электрофизиологическим методам исследования ЦНС. Суть ее  заключается в регистрации  ритмических изменений потенциалов определенных областей коры большого мозга между двумя активными электродами (биполярный способ) или активным электродом  в определенной зоне коры и пассивным, наложенным на удаленную от мозга область. Электроэнцефалограмма – это кривая  регистрации суммарного потенциала постоянно меняющейся биоэлектрической активности значительной группы нервных клеток. В эту сумму входят синаптические потенциалы и отчасти потенциалы действия нейронов и нервных волокон.  Суммарную биоэлектрическую активность регистрируют в диапазоне от 1 до 50 Гц с электродов, расположенных на коже головы. Та же активность от электродов, но на поверхности коры мозга называется электрокортикограммой. При анализе ЭЭГ учитывают частоту, амплитуду, форму отдельных волн и повторяемость определенных групп волн.  Амплитуда измеряется как расстояние от базовой линии до пика волны. На практике, ввиду трудности определения базовой линии,  используют измерение амплитуды от пика до пика. Под частотой понимается число полных циклов, совершаемых волной за 1 секунду. Этот показатель измеряется в герцах. Величина обратная  частоте, называется периодом волны. На ЭЭГ регистрируется 4 основных физиологических ритма: ά -, β -, θ -. и δ – ритмы.                                                                                    

►α – ритм имеет частоту 8-12 Гц, амплитуду от 50 до 70 мкВ. Он  преобладает у 85-95%  здоровых людей старше девятилетнего возраста (кроме слепорожденных) в состоянии  спокойного бодрствования с закрытыми глазами и наблюдается преимущественно в затылочных и теменных областях. Если он доминирует, то ЭЭГ рассматривается как синхронизированная. Реакцией синхронизации называется увеличение амплитуды и снижение частоты ЭЭГ.  Механизм синхронизации ЭЭГ связан с деятельностью выходных ядер таламуса. Вариантом ά- ритма являются «веретена сна» длительностью 2-8 секунд, которые наблюдаются при засыпании и представляют собой регулярные чередования нарастания и снижения амплитуды волн  в частотах  ά - ритма. Ритмами той же частоты являются:   μ –ритм, регистрируемый в роландовой борозде, имеющий аркообразную или гребневидную форму волны с частотой 7-11 Гц и амплитудой меньше 50 мкВ;  κ - ритм, отмечаемый при наложении электродов в височном отведении, имеющий частоту 8-12 Гц и амплитуду около 45 мкВ.►β  - ритм имеет частоту от 14 до 30 Гц и низкую амплитуду – от 25 до 30 мкВ. Он сменяет ά - ритм при сенсорной стимуляции и при эмоциональном возбуждении.   β– ритм наиболее выражен  в прецентральных и фронтальных областях  и отражает высокий уровень функциональной активности головного мозга. Смена ά - ритма (медленной активности) β – ритмом  (быстрой низкоамплитудной активностью) называется десинхронизацией ЭЭГ и объясняется активирующим влиянием на кору больших полушарий ретикулярной формации ствола и лимбической системы.                                                                                                                 

►θ – ритм имеет частоту от 3,5 до 7,5 Гц, амплитуду до от 5 до 200 мкВ. У бодрствующего человека  θ – ритм регистрируется обычно в передних  областях мозга при длительном эмоциональном напряжении и почти всегда регистрируется  в процессе развития фаз медленноволнового сна. Отчетливо регистрируется у детей, пребывающих в состоянии неудовольствия.   Происхождение θ - ритма связывают с активностью мостовой синхронизирующей системы.►δ – ритм имеет частоту 0,5-3,5 Гц, амплитуду от 20 до 300 мкВ. Эпизодически регистрируется во всех областях головного мозга. Появление этого ритма у бодрствующего человека свидетельствует о снижении функциональной активности мозга. Стабильно фиксируется во время глубокого медленноволнового сна.  Происхождение δ – ритма ЭЭГ связывают с активностью бульбарной синхронизирующей системы.              

    ►γ – волны имеют частоту более 30 Гц и амплитуду около 2 мкВ. Локализуются  в прецентральных, фронтальных, височных, теменных областях мозга.                                                                                                       При визуальном анализе ЭЭГ обычно определяют два показателя – длительность ά – ритма и блокада ά – ритма, которая фиксируется при предъявлении испытуемому того или иного раздражителя.

    Кроме этого на ЭЭГ есть особые волны, отличающиеся от фоновых. К ним относят: К-комплекс,  λ – волны, μ – ритм, спайк, острая волна.                                     

    ►К - комплекс – это сочетание медленной волны с острой волной, вслед за которыми идут волны частотой около 14 Гц. К-комплекс возникает во время сна или спонтанно у бодрствующего человека. Максимальная амплитуда отмечается в вертексе и обычно не превышает 200 мкВ.                               

    ►Λ – волны - монофазные положительные острые волны, возникающие в окципитальной области, связанные с движением глаз. Их амплитуда меньше 50 мкВ, частота – 12-14 Гц.                                                                                     

    ►Μ – ритм – группа аркообразных и гребневидных волн частотой 7-11 Гц и амплитудой меньше 50 мкВ. Регистрируются в центральных областях коры (роландова борозда) и блокируется тактильной стимуляцией или двигательной активностью.                                                                                

    ►Спайк – волна, четко отличающаяся от фоновой активности, с выраженным пиком длительностью от 20 до 70 мс. Первичный компонент ее обычно является негативным. Спайк-медленная волна – последовательность поверхностно негативных медленных волн с частотой 2,5-3,5 Гц, каждая из которых ассоциируется со спайком.                                  

    ►Острая волна – волна, отличающаяся  от фоновой активности  с подчеркнутым пиком длительностью 70-200 мс.                                             

     При малейшем привлечении внимания  к стимулу развивается десинхронизация  ЭЭГ, то есть развивается реакция блокады ά – ритма. Хорошо выраженный  ά - ритм – показатель покоя организма. Более сильная реакция активации  выражается не только в блокаде  ά – ритма, но и в усилении высокочастотных составляющих ЭЭГ:  β – и  γ – активности. Падение уровня функционального состояния выражается в уменьшении доли высокочастотных составляющих и росте амплитуды у более медленных ритмов – θ- и δ- колебаний.

     В настоящее время электроэнцефалография  широко применяется в экспериментальной  практике на самыхразличных представителях животного мира, причем регистрируются не только активность коры больших полушарий, но и активность глубинных структур мозга. Не менее широкоепреминение ЭЭГ находит в клинической практике. Регистрация и анализ временных зависимостей разностей потенциалов электрических полей, создаваемых мозгом, используют для диагностики различных видов патологии нервной системы: травм и инфаркта мозга, эпилепсии, психических расстройст, нарушений сна. ЭЭГ применяется в хирургической практике для определения области мозга, подлежащей удалению, для оценки функционального состояния мозга до и после введения лекарственного препарата, в психиатрической клинике. 

      Метод  регистрации  импульсной активности  нервных клеток.

Импульсная  активность отдельных нейронов или  группы нейронов может оцениваться  лишь у животных  и в отдельных  случаях у людей во время оперативного вмешательства на мозге. Для регистрации  нейронной импульсной активности  головного мозга человека используются микроэлектроды с диаметром кончиков 0,5-10 мкм. Они могут быть выполнены из нержавеющей стали, вольфрама, платиноиридиевых сплавов или золота. Электроды вводятся в мозг с помощью специальных микроманипуляторов, позволяющих точно подводить электрод к нужному месту. Электрическая активность отдельного нейрона имеет определенный ритм, который закономерно изменяется при различных функциональных состояниях. Электрическая активность группы нейронов обладает сложной структурой и на нейрограмме выглядит как суммарная активность многих нейронов, возбуждающихся в разное время, различающихся по амплитуде, частоте и фазе. Полученные данные обрабатываются автоматически по специальным программам. 

    Метод вызванных потенциалов.

Специфическая активность, связанная со стимулом, называется вызванным потенциалом. У человека – это регистрация  колебания электрической активности, возникающего на ЭЭГ при однократном  раздражении периферических рецепторов (зрительных, слуховых, тактильных). У  животных раздражают также афферентные  пути и центры переключения афферентнойимпульсации.  Амплитуда их обычно невелика, поэтому для эффективного выделения вызванных потенциалов применяют прием компьютерного суммирования и усреднения  участков ЭЭГ, которое записалось  при повторном предъявлении стимула. Вызванный потенциал состоит из последовательности отрицательных и положительных отклонений от основной линии и длится около 300 мс после окончания действия стимула. У вызванного потенциала определяют амплитуду и латентный период.  Часть компонентов вызванного потенциала, которые отражают поступление в кору афферентных возбуждений через специфические ядра таламуса, и имеют короткий латентный период, называются первичным ответом. Они регистрируются в корковых проекционных зонах тех или иных периферических рецепторных зон. Более поздние компоненты, которые поступают в кору через ретикулярную формацию ствола, неспецифические ядра таламуса и лимбической системы и имеют более длительный латентный период, называются вторичными ответами. Вторичные ответы, в отличие от первичных, регистрируются не только в первичных проекционных зонах, но и в других областях мозга, связанных между собой горизонтальными  и вертикальными  нервными путями. Один и тот же вызванный потенциал может быть обусловлен многими психологическими процессами, а одни и те же   психические процессы могут быть связаны с разными вызванными потенциалами.

    Кроме электроэнцефалографии, для регистрации  ВП используют также магнитоэнцефалографию, технологию, позволяющую измерять и визуализировать магнитные поля, возникающие вследствие электрической активности мозга. Для детекции полей используются высокоточные сверхпроводниковые квантовые интерферометры, или СКВИД-датчики. МЭГ применяется в исследованиях работы мозга и в медицине.

МЭГ может  использоваться для локализации  очагов эпилептической активности, в  частности при планировании операций. 

В 2007 году группа исследователей сообщила об удачной  классификации с помощью МЭГ  таких заболеваний, как рассеянный склероз, болезнь Альцгеймера, шизофрения, синдром Шегрена, хронический алкоголизм, невралгии лицевых нервов в группе из 142 человек. Учёные предположили, что МЭГ может помочь в диагностике болезней мозга, и основали компанию OrasiMedical для коммерческого продвижения разработанной ими методики.