Электроэнцефалография — один из способов изучения биологических систем физическими методами. В данном случае речь идёт об исследовании электрической активности клеток головного мозга, составляющих как оболочки головного мозга, так и внутренние структуры. Уникальность электроэнцефалографии ещё и в том, что метод является совершенно неинвазивным. Ещё в 1875 году английский врач Ричард Катон и русский физиолог В.Я. Данилевский независимо друг от друга обнаружили, что электрические импульсы головного мозга можно считывать с поверхности кожи головы.
Этот факт добавляет электроэнцефалографии еще одно уникальное свойство — изучение работы ЦНС в режиме реального времени. Т.к. время проведения электрического импульса от тканей головного мозга к поверхности кожи измеряется в миллисекундах. Получается, что электроэнцефалограф показывает картину электромагнитных импульсов, которые присутствуют в головном мозге, в данное мгновение. Это позволяет максимально точно изучать изменения электромагнитной активности в ЦНС при воздействии различных факторов. У позитронно-эмиссионной и магнитно-резонансной томографии такого плюса нет.
Суть метода заключается в том, что пациент в отдельной комнате ложится в горизонтальное кресло, после чего к его голове прикрепляются электроды (21 штука). Ставят электроды по системе 10-20%. Т.е., для примера, по линии от переносицы до затылочного бугра: первые два электрода на расстоянии от крайних точек (переносица и затылочный бугор) в 10% от длины линии, следующие два электрода от первых двух электродов размещаются на расстоянии 20% от длины линии, последний пятый фиксируется в теменной области. Врач находится в соседней комнате и поддерживает связь с пациентом через динамик. После чего пациент подвергается нескольким простым методам тестирования:
- пациента просят закрыть глаза и расслабиться;
- пациента просят представить какие-то визуальные образы;
- на короткое время выключают в комнате свет;
- несколько секунд на пациента воздействуют мерцающим светом (вспышки) — важный опыт на выявление эпилепсии и т.д.
Раньше результаты энцефалограммы записывались на бумажную ленту, но теперь запись происходит сразу в цифровом виде на компьютер и сохраняется в виде файла. Разумеется, электрическая активность головного мозга имеет вид непрерывных электромагнитных сигналов. Зафиксировать их непосредственно таким непрерывным потоком невозможно. Нужна какая-то дискретная частота. Это когда прибор через определенные промежутки времени фиксирует значение электрических импульсов. В общей схеме: чем чаще происходит такая фиксация, тем точнее измерение. Согласно теореме Котельникова адекватное восстановление исходного сигнала возможно, только если частота дискретизации превышает частоту изучаемого сигнала как минимум в два раза. В электроэнцефалографии выбрана частота 250 Герц. Этого более чем достаточно, поскольку все известные электромагнитные импульсы головного мозга по своей собственной частоте варьируются от 3 до 100 Герц.
Наш разум — колоссальная нейронная сеть.
Когда мы мыслим, испытываем разнообразные эмоции и чувства, то специальные клетки, нейроны, взаимодействуют между собой через специальные отростки называемые аксонами. Данного рода взаимодействие имеет электрохимическую природу. Работа мозга сопровождается электрической активностью, обусловленной разрядами его клеток (нейронов). Электрическая активность мозга мала и выражается в миллионных долях вольта. Когда взаимодействуют большие группы нейронов(сотни тысяч) единовременно, то в результате электрохимической активности генерируется электрическое поле достаточной мощности для того, чтобы быть зафиксированным с внешней части головы.
Электрические импульсы, которые постоянно генерирует мозг, называются мозговыми волнами (ритмами мозга, волнами мозговой активности). Частота этих импульсов измеряется в герцах или циклах в секунду. Ну, а доминирующая частота мозговых волн определяет общее состояние мозга.
Почему доминирующая? Всё дело в том, что мозг не работает как единое целое на одной частоте. Это означает, что одна область мозга может производить больше бета-волн, в то время как другие области мозга испускают импульсы на другой частоте. В общем, он может находиться в спокойной релаксации, например, но часть подкорки будет «зудеть» о стрессе и проблемах на фоновом уровне.
Волны (ритмы) мозговой активности человека подразделяются учеными на пять основных видов: дельта, тета, альфа, бета и гамма.
Имеются исследования, свидетельствующие о том, что ритмы электромагнитных колебаний нашего мозга непосредственно связаны с электромагнитными колебаниями между поверхностью Земли и ионосферой, совпадая с ними по основным резонансным частотам. Вероятно, здесь есть ключ к существованию больших и малых ритмов бытия мира, часть их которых представлена в человеке разными способами, а часть, резонансная им, — в окружающем пространстве. Как струна гитары издаёт звук в унисон с камертоном, как мост начинает вибрировать в резонанс с ветром и так далее, так и мы можем сонастраиваться с разными циклами и частотами в мире, входя с ними в резонанс.
Электрические колебания мозга( ритмы мозга) можно зарегистрировать при помощи специального высокочувствительного прибора, который называется электроэнцефалографом (ЭЭГ-граф), оснащенного чувствительными влажными датчиками, располагаемыми в определенных местах головы и прилегающими к коже головы, а также усилителем, позволяющим зафиксировать слабый электрический сигнал головного мозга и ПО для тщательного математического анализа обнаруженных электромагнитных колебаний.
История появления ЭЭГ.
Первым человеком, которого необходимо упомянуть, как личность, стоявшую у создания современного ЭЭГ, был немецкий физиолог Эмиль Генрих Дюбуа-Реймон. Он считается отцом электрофизиологии. Ему удалось установить некоторые закономерности, которые характеризуют электрические сигналы в нервах и мышцах. В контексте описания истории ЭЭГ Эмиль Генрих Дюбуа-Реймон интереснее нам тем, что именно он в 1849 году показал, что мозг так же обладает электрогенными свойствами. То есть обладает электогенезом — способностью порождать слабые токи.
Второй значимой персоной в истории появления современных ЭЭГ технологий бесспорно является русский ученый Владимир Владимирович Правдич-Неминский. Именно он в 1913 году, работая на кафедре физиологии Киевского Университета, получил первую в мире электроэнцефалограмму мозга живого существа. В своих экспериментах он использовал мозг собаки. Также крайне важным является то, что ЭЭГ мозга собаки была получена без всяких повреждений скальпа животного, то есть без использования инвазивных технологий, вскрытия черепа и так далее, снаружи черепной коробки. ЭЭГ была получена при помощи струнного гальванометра. Профессор Правдич-Неминский ввел термин «электроцереброграмма» — запись электрической активности мозга; предложил первую классификацию частот электроэнцефалограмм, которая легла в основу современных классификаций; обнаружил ритмичность в деятельности головного мозга.
Вместе с этим стоит отметить и английского доктора Ричарда Катона. В 1875 году он показал сам факт генерации человеческим мозгом электрического тока. Таким образом, достаточно сложно определить за кем именно стоит признать приоритет данного открытия.
Несмотря на все значимые достижения вышеописанных исследователей, им не удалось войти в историю в качестве «отцов» современных ЭЭГ технологий. В научной историографии принято считать «отцом» электроэнцефалографии человеческого мозга немецкого физиолога и психиатра Ганса Бергера.
Ганс Бергер в 1924 году записал на бумаге полученную при помощи гальванометра кривую отражающую электрическую активность человеческого мозга. Сигналы мозговой активности были получены с кожи головы обследуемого. Так же Ганс Бергер начал детальные исследования получаемых сигналов, базируясь на амплитуде сигнала. До сих пор Альфа волны в диапазоне 8-12 Гц называют волнами Бергера.Таким образом, повторимся, отцом ЭЭГ принято считать Ганса Бергера, а 1924 год принято считать годом появления ЭЭГ человеческого мозга.
Все эти первые шаги стали стартом для исследований ЭЭГ. В последующие годы было осуществлено множество открытий. Были осуществлены исследования, которые продолжаются и сейчас, в которых устанавливалось какие ритмы, частоты, уровни сигналов отвечают за ту или иную форму деятельности человеческого мозга.
Механизм получения электроэнцефалограммы человеческого мозга.
Электроэнцефалография — это метод исследования биоэлектрической активности головного мозга, основанный на определении разности электрических потенциалов, генерируемых нейронами в процессе их жизнедеятельности. Регистрирующие электроды располагают так, чтобы на записи были представлены все основные отделы мозга. Получаемая запись, ЭЭГ, суммарная электрическая активность миллионов нейронов, представленная преимущественно потенциалами дендритов и тел нервных клеток: возбудительными и тормозными постсинаптическими потенциалами и частично — потенциалами дендритов и тел нервных клеток. То есть, ЭЭГ — это как бы визуализированный результат функциональной активности головного мозга.
Теперь, для тех, кто хочет подробнее узнать о генерации электрического сигнала нейронами, мы позволим себе процитировать описание данного процесса в сухой, научной форме. Итак, немного сухой науки:
Нейрон является главной клеткой центральной нервной системы. Формы нейронов чрезвычайно многообразны, но основные части неизменны у всех типов нейронов: тело и многочисленных разветвленных отростков. У каждого нейрона есть два типа отростков: аксон, по которому возбуждение передается от нейрона к другому нейрону, и многочисленные дендриты (от греч. дерево), на которых заканчиваются синапсами (от греч. контакт) аксоны от других нейронов. Нейрон проводит возбуждение только от дендрита к аксону.
Основным свойством нейрона является способность возбуждаться (генерировать электрический импульс) и передавать (проводить) это возбуждение к другим нейронам, мышечным, железистым и другим клеткам.
Нейроны разных отделов мозга выполняют очень разнообразную работу, и в соответствии с этим форма нейронов из разных частей головного мозга также многообразна.
Многолетние исследования в области нейрофизиологии привели к выводам, что следующие электрические события присущи нейронам и могут вносить вклад в суммарную биоэлектрическую активность мозга (ЭЭГ): постсинаптические возбуждающие и тормозные потенциалы (ВПСП, ТПСП), и распространяющиеся потенциалы действия (ПД). ВПСП и ТПСП возникают либо в дендритах, либо на теле нейрона. ПД генерируются в зоне аксонного «холмика» и далее распространяются по аксону.
Обычная спонтанная ЭЭГ, ее основные ритмы возникают в результате пространственной и временной суммации постсинаптических потенциалов (ПСП) большого количества корковых нейронов. Временные характеристики процесса суммации достаточно медленны по сравнению с длительностью ПД.
Определенная степень синхронизации задается различными подкорковыми структурами, которые выполняют роль «водителя ритма» или пейсмекера. Среди них наиболее значимую роль в генерации ритмов ЭЭГ играет таламус.
В генерации ЭЭГ принимают участие и постсинаптические потенциалы и потенциалы действия. Основная ритмика ЭЭГ определяется градуальными изменениями постсинаптических потенциалов благодаря пространственной и временной суммации отдельных ПСП в больших популяциях нейронов, которые относительно синхронизированы и находятся под воздействием подкоркового водителя ритма.
То есть, если выразить изложенное выше в простой форме, то можно сказать следующее. Когда взаимодействуют большие группы нейронов, то электрическая активность данного взаимодействия становится столь мощной, что ее представляется возможным получить с поверхности головы человека. Данный, получаемый сигнал называют сырым сигналом. Многолетние исследования показали, что некоторые диапазоны этого общего спектра отвечают за определенную форму активности голоного мозга. Наука электроэнцефалография, нейрофизиология, психиатрия и психология пытаются определить и выявить паттерны определенных сочетаний уровней тех или иных волн в общем сыром сигнале. Такого рода информация является наиболее ценной для практического применения ЭЭГ устройств потребительского класса, так как именно она и определяет ту область применения, в которой они могут использоваться. Сейчас стоит коснуться классического представления о диапазонах в общем спектре сырого сигнала ЭЭГ. Сразу оговоримся, что мы будем вести речь именно о пяти классических диапазонах, которые были выявлены достаточно давно. На самом деле в современной науке, и даже в целом ряде потребительских устройств, разбивка общего спектра происходит на большее количество частотных диапазонов.
Классические диапазоны в сыром сигнале ЭЭГ.
Дельта волны : диапазон от 0 до 4 Гц
Тета волны : диапазон от 4 до 8 Гц
Альфа волны: диапазон от 8 до 12 Гц. В некоторых программах данный диапазон представляют, как Низкие Альфа (8-10 Гц) и Высокие Альфа (10-12 Гц)
Бета волны: диапазон от 12 до 30 Гц. В некоторых программах данный диапазон представляют, как Низкие Бета(12-18 Гц) и Высокие Бета (18-30 Гц)
Гама волны: диапазон от 30 до 70 Гц. В некоторых программах данный диапазон представляют, как Низкие Гама (30-50 Гц) и Высокие Гама (50-70 Гц)
Дельта-ритм — от 0,5 до 4 колебаний в секунду, амплитуда — 50–500 мкВ. Этот ритм возникает как при глубоком естественном сне, так и при наркотическом, а также при коме. Низкоамплитудные (20–30 мкВ) колебания этого диапазона могут регистрироваться в состоянии покоя при некоторых формах стресса и длительной умственной работе. Дельта волны самые медленные в спектре, и обычно ассоциируются с глубоким сном без сновидений. В нормальном состоянии уровень данных волн в сигнале уменьшается, когда человек пытается сфокусироваться. Увеличение уровня дельта активности связано с понижением уровня осознания окружающего пространства и уровнем осознания информации, ассоциирующейся с бессознательным. В возрасте 75 лет Дельта волны, как индикаторы глубокого сна, могут быть совершенно не представлены в спектре. Интересно, что данные волны доминируют в ЭЭГ детей в возрасте до одного года. В состоянии глубокого сна, который характеризуется высокой Дельта активностью, происходит наиболее эффективное восстановление организма. Также есть и определенные свойства Дельта волн, которые в данный момент еще не изучены. В частности, некоторые источники утверждают, что Дельта активность свойственна состояниям проявления интуиции, некоторым неосознанным нами проявлениям бессознательного.
Тета-ритм (θ-ритм) — ритм ЭЭГ Частота 4–8 гц, высокий электрический потенциал 100–150 микровольт, высокая амплитуда волн от 10 до 30 мкВ. Наиболее ярко тета-ритм выражен у детей от двух до пяти лет. Этот частотный диапазон способствует глубокой релаксации головного мозга, хорошей памяти, более глубокому и быстрому усвоению информации, пробуждению индивидуального творчества и талантов. В большинстве своем у детей до 5 лет головной мозг в дневное время функционирует именно в этом диапазоне волн, что позволяет детям феноменально запоминать огромный запас различной информации, что несвойственно подросткам и взрослым людям. В естественном состоянии этот ритм у основной массы взрослых людей доминирует только во время фазы быстрого сна, полудремы. Характерен для глубокой медитации-дхьяны. Именно в этом диапазоне частот в головном мозге достаточно энергии для усвоения больших объемов информации и быстрого переноса ее в долговременную память, усиливаются способности к обучению и снимается стресс. В этом диапазоне мозг находится в состоянии повышенной восприимчивости. Такое состояние идеально для суперобучения, мозг способен длительное время сохранять сосредоточенность, экстравертность и не подвержен тревогам и невротическим проявлениям.
Это диапазон верхних связей мозга, соединяющих между собой оба полушария и непосредственно слои коры мозга с лобными ее зонами. Все действия, которые заучены до автоматизма так же характеризуются высокими показателями Тета волн. Например, вождение автомобиля по свободной дороге или принятие душа. Так же данными волнами отображаются состояния вдохновения, неожиданные проявления креативных идей и т.д. Дети имеют склонность к более сильному проявлению Тета активности в спектре.
Альфа-ритм (α-ритм, alpha rhythm) — ритм ЭЭГ (электроэнцефалограмма) в полосе частот от 8 до 13 Гц, средняя амплитуда 30–70 мкВ, однако могут наблюдаться высоко- и низкоамплитудные α-волны. Регистрируется у 85–95% здоровых взрослых. Лучше всего выражен в затылочных отделах. Наибольшую амплитуду α-ритм имеет в состоянии спокойного бодрствования, особенно при закрытых глазах в затемнённом помещении. Блокируется или ослабляется при повышении внимания (в особенности зрительного) или мыслительной активности.
Альфа-ритм характеризует процесс внутреннего «сканирования» человеком мысленных образов при сосредоточении внимания на какой-нибудь умственной проблеме.
Когда мы закрываем глаза, альфа-ритмы усиливаются, и это свойство успешно используется при проведении медитации-релаксации или сеанса гипноза. У большинства людей альфа-волны исчезают, когда они открывают глаза и перед ними возникает та или иная реальная картина. Статистические и экспериментальные данные свидетельствуют о том, что характер альфа-ритма является врожденным и наследственным.
У большинства людей, имеющих четко выраженный альфа-ритм, преобладает способность к абстрактному мышлению. У незначительной группы людей обнаруживается полное отсутствие альфа-ритмов даже при закрытых глазах. Эти люди свободно мыслят зрительными образами, однако испытывают трудности в решении проблем абстрактного характера.
Люди, которые научились анализировать информацию, когда их мозг работает в альфа-ритме, имеют доступ к гораздо большим объемам информации, к ним чаще приходят творческие идеи, вдохновенные мысли, обостряется интуиция, что позволяет находить новые неожиданные решения проблем. Недаром говорят: «Закрой глаза, и решение придет само собой».
Когда мозг работает в альфа-ритме, у человека растут потенциальные возможности управления своей жизнью. Приходит понимание, как лучше разобраться с различными жизненными проблемами, такими, как бессонница, тревога, напряжение, мигрени, вредные привычки и многое другое. Появляется возможность научиться настраивать свою психику таким образом, чтобы достигать поставленных целей и превращать мечты в реальность.
Работа мозга в альфа-ритме позволяет незаметно входить в состояние неглубокой медитации, как при упражнениях аутотренинга и релаксации. Ученые выяснили, что, когда человек занимается подобными практиками, у него на физиологическом уровне происходит снижение ритма функционирования головного мозга до уровня альфа-ритма. Приём теплой ванны или душа также способствует увеличению альфа-активности мозга.
Чем же так примечателен альфа-ритм и зачем он нужен человеческому организму? Все упирается в сознание человека. В состоянии полной расслабленности и погружения в себя альфа-волны усиливаются, и в нашей психике начинают свой ход оздоровительные процессы, просыпаются скрытые ресурсы: оживает интуиция, становится идеально отточенной концентрация внимания, появляются экстрасенсорные способности. Мир вокруг начинает играть совсем другими красками, делая человека радостным.
Когда Вы отключаетесь от окружающего, закрываете глаза, позволяете образам самостоятельно появляться в Вашем сознании – наступает Альфа состояние. Альфа волны отражают связь сознания с подсознанием. Тренировка своего сознания на вхождение в Альфа состояние будет очень полезной, как тренинг медитативного состояния, а так же тренинг повседневной стрессоустойчивости. Также Альфа состояние является весьма желательным для усвоения мозгом нового информационного материала, обучения, для выполнения нестандартных задач, требующих действий по их разработке. Альфа активность может быть увеличена, если Вы закроете глаза, расслабитесь, начнете глубоко дышать.
На понижение уровня Альфа волн может повлиять следующее: сосредоточенность на некоторой задаче, внимательность, открытие глаз после релаксации. Крайне важно, чтобы в спектре мозговых волн обычного человека Альфа волны обязательно проявляли свою активность. В таком состоянии человек позитивно смотрит на мир, с легкостью решает креативные задачи. Некоторые исследования показали, что люди, у которых в обычных условиях ЭЭГ выявляет перманентно низкие показатели Альфа, склонны к алкоголизму и наркомании.
Низкие Альфа.
Волны этого участка спектра в большей степени ассоциируются с релаксацией, состоянием отчуждения от окружающего. Можно сказать, что это в некотором смысле переходное состояние к Тета — состоянию.
Высокие Альфа.
Волны этого участка спектра в большей степени ассоциируются с состоянием тревоги, состоянием фокусировки. Отражают повышение уровня собранности и ментальную стабильность.
Бета-ритм (β-ритм) — низкоамплитудные колебания суммарного потенциала головного мозга с частотой от 15 до 35 колебаний в секунду, амплитуда — 5–30 мкВ. Этот ритм присущ состоянию активного бодрствования. Относится к быстрым волнам. Наиболее сильно этот ритм выражен в лобных областях, но при различных видах интенсивной деятельности резко усиливается и распространяется на другие области мозга. Так, выраженность бета-ритма возрастает при предъявлении нового неожиданного стимула, в ситуации внимания, при умственном напряжении, эмоциональном возбуждении. Их амплитуда в 4–5 раз меньше, чем амплитуда альфа-волн.
В состоянии бета-ритма наш мозг погружается в рутину бытия с огромным количеством разных проблем, в нескончаемый круговорот стрессовых ситуаций, решения разных задач и активной концентрации, перемещающегося фокуса внимания. Внимание направлено вовне.
Бета-ритм отнюдь не наш враг. Именно благодаря бета-ритму человечество достигло необозримых высот в техническом прогрессе: построило города, вышло в космос, создало телевидение, компьютеры; развитие медицины тоже напрямую связано с этими волнами. Это ритм активного созидания и жизни. Бета волны – это наш ритм бодрствования. Данные волны связаны с активными раздумьями, активным вниманием и сосредоточении на окружающем мире. Бета активность особенно сильна, когда вы решаете проблемы, судите, принимаете сложные решения. Бета волны так же активно излучаются, когда человек возбужден, взволнован или испуган. При увеличении Бета активности увеличивается эффективность работы мозга, усвоения и обработки им информации. Интересно, что если увеличивается уровень внутренней тревожности, то увеличивается уровень Бета волн в ЭЭГ, в то же самое время, с повышением мышечной активности уровень Бета волн снижается.
Низкие Бета.
Эта часть спектра более свойственна состояниям фокусировки, концентрации, активным размышлениям. Так же более свойственна состоянию физической релаксации при ментальном состоянии тревожности. Низкие Бета волны так же обычно связывают с максимальной производительностью при тренировках атлетов. Так же свойственны решению умственных задач, таких как чтение, математические вычисления и решение проблем.
Высокие Бета.
Волны этой части спектра обычно ассоциируют с бдительностью, настороженностью, взволнованностью, возбуждением. Высокий уровень этих волн отображается в состоянии паники.
Гамма-ритм (γ-ритм) — колебания потенциалов ЭЭГ в диапазоне от 30 до 120–170 до колебаний в секунду. Амплитуда гамма-ритма очень низка — ниже 10 мкВ и обратно пропорциональна частоте. В случае если амплитуда выше 15 мкВ, то ЭЭГ рассматривается как патологическая. Гамма-ритм наблюдается при решении задач, требующих максимального сосредоточенного внимания. Гамма-ритм отражает собой колебания, которые одновременно запускаются в нейронах приходящим сигналом из активирующей системы ретикулярной формации, вызывающим смещение мембранного потенциала.
Гамма-ритм наблюдается при решении задач, требующих максимального сосредоточенного внимания. Это ритм собранности и концентрации на проблеме или задаче, ритм активного собранного решения и работы. Существуют теории, связывающие этот ритм с работой сознания. В ряде публикаций сообщается о разнообразных нарушениях гамма-активности у больных шизофренией.
Гамма-ритм также — это состояние общение человека с «нечто», находящимся за пределами понимания нашего сознания. Частоту вибрации мозга в 50 Гц, некоторые исследователи медитирующих буддистов называют просветлением. Возможно, что это просто частота максимальной собранности, присутствия здесь и сейчас. То есть гамма-ритм позволяет нам стать кем-то большим и воспринимать мир уже с точки зрения этого большего. Это как бы надстройка над человеческим сознанием, которую мы можем использовать.
Эти волны отражают когнитивные процессы, проходящие в сознании. Они отражают консолидацию информации, то есть, переход ее из кратковременной памяти в долговременную. В состоянии преобладания Гамма волн происходят инсайты. Высокие уровни показателей Гамма волн ассоциируются с интеллектуальной деятельностью, проявлениями сострадания, эмпатии и самоконтролем. Так же была выявлена корреляция между Гамма волнами и трансцендентными состояниями сознания. В целом эти волны, как самые быстрые, являются отражением пиковой работы сознания.
Низкие Гамма.
Эта часть спектра проявляется при обучении, занятиях и ментальной активности. Хорошо и устойчиво демонстрируемая Гамма активность на частоте 40 Гц является отражением хорошей памяти и высокой эффективности при решении проблем, как детьми, так и взрослыми. Соответственно показано, что низкий уровень волн данного частотного диапазона отражает низкий уровень возможности запоминания информации.
Высокие Гамма.
Эта часть спектра связывается с когнитивными задачами, такими, как чтение, слушание, разговор. Низкий уровень волн данной части спектра может быть связан с прекращением когнитивной активности.
Необходимо отметить, что психоэмоциональные состояния человека описываются не конкретной волной и ее уровнем, а их сочетанием.
Ученые подслушали внутреннюю речь человека по импульсам нейронов мозга
Авторы статьи подготовили его при активной помощи со стороны 15 добровольцев, страдавших эпилепсией, которую можно было излечить лишь хирургическим путем. Перед операцией медики вживили в их мозг множество электродов для определения очага активности во время припадков. Нейрофизиологи использовали их для другой цели — наблюдения за электрической активностью мозга в центре слуха.
Исследователи приглашали своих подопечных в отдельную комнату в клинике, где предлагали надеть наушники и прослушать пятиминутный монолог или диалог. В это время ученые записывали сигналы, поступающие на электроды в их мозге.
Найт и его коллеги использовали данные этого эксперимента для создания алгоритма, описывающего возможные комбинации активных и неактивных нервных клеток в центре слуха в момент, когда человек слышит то или иное слово.
«Мы смотрим, в каких участках коры мозга активность возрастает в тот момент, когда человек слышит звуки определенной частоты, и по сочетанию этих участков мы восстанавливаем оригинальный звук. Это можно сравнить с тем, как хороший пианист может «слышать» музыку по последовательности клавиш, на которые нажимает другой музыкант в видеоролике без звука», — пояснил один из участников группы Брайан Пасли (Brian Pasley) из университета штата Калифорния в Беркли.
Ученые проверили работу своего изобретения, еще раз воспользовавшись помощью той же группы добровольцев. На этот раз в их наушниках проигрывалась аудиозапись длиной в одно слово, после чего компьютерная программа пыталась воспроизвести его по записанным нервным импульсам.
«Я не думал, что все это будет работать, но Брайану удалось реализовать эту идею. Его вычислительная модель умеет воспроизводить звуки, которые слышали пациенты, и мы действительно могли понять «подслушанный» вариант слова, хотя его качество оставляло желать лучшего», — добавил Найт.
Ученые полагают, что их изобретение можно будет приспособить для создания «нейропротезов», позволяющих вернуть дар речи людям, которые его утратили по тем или иным причинам.
«Последние эксперименты с нейропротезами показали, что мозг может управлять движением искусственных конечностей. Проектировка и сборка пригодных к использованию синтезаторов речи будет несомненно сложнее, чем создание искусственных конечностей. Тем не менее, наш эксперимент поднял уровень исследований в области реконструкции языка на новый уровень», — заключают авторы статьи.
Электромагнитные ритмы головного мозга
За несколько десятилетий практики в электромагнитной активности головного мозга было выделено множество ритмов, различающихся по частоте, амплитуде и фазе. Исследовалось, в каких ситуациях какие биоритмы преобладают. Какие факторы усиливают одни биоритмы, а какие угнетают. Изучались корреляции изменения биоритмов при определенных заболеваниях ЦНС. Теоретически, головной мозг человека имеет тысячи биоритмов. Однако они очень слабые. Настолько, что не представляется возможным их исследование энцефалографом. Немного об основных электромагнитных ритмах ЦНС:
- Альфа-ритм (8-13 Гц, амплитуда от 5 до 100 микровольт (мкВ)). Отмечается почти у всех здоровых людей. Максимальная амплитуда этого ритма наблюдается в состоянии расслабленности и покоя (но не дрёмы и сна). Любое усиление функциональной активности ЦНС (интеллектуальное/эмоциональное/из-за двигательной активности напряжение) является депрессирующим фактором для альфа-ритма. Хронически низкий альфа-ритм может указывать на длительный стресс, депрессивные состояния, неврозы.
- Бета-ритм (14-40 Гц, до 40 мкВ). В норме он слабый (амплитуда не выше 7 микровольт). Генерируется областью передних и центральных извилин, влияет на задние лобные извилины. Усиление бета-ритма связано с интеллектуальными процессами, а угнетение — с физической двигательной активностью (бета-ритм затухает даже при воображаемой двигательной активности).
- Гамма-ритм (один из самых высокочастотных от 30 до 100 герц, амплитуда редко превышает 15 мкВ). Обнаружен в височной доле, теменной области коры головного мозга, а также в прецентральной и фронтальной зоне. Его усиление связано с решением задач, которые одновременно требуют большого когнитивного напряжения и максимальной фокусировки внимания.
- Дельта-ритм (1-4 Гц, зато амплитуда одна из самых больших от 20 до 200 мкВ). Дельта-ри, поскольку он тесно связан с отдыхом и восстановительными процессами. Ярко выраженный дельта-ритм может указывать на психоневрологические нарушения, проблемы с фокусировкой внимания. Обнаружение сильного дельта-ритма в нетипичных зонах головного мозга может указывать на то, что рядом с данной зоной находится какое-то новообразование.
- Тета-ритм (4-8 Гц, 20-100 МКв). «Ритм сонливости», т.к. в физиологической норме наиболее хорошо выражен в состоянии на грани сна и бодрствования (состояние дрёмы). Усиление тета-волн способствует полному засыпанию. Также тета-ритм наблюдается, когда человек сосредоточенно анализирует воспоминания. Длительный ненормально высокий уровень данного ритма бывает в результате воздействия наркотических средств (состояние измененного сознания), при психотических патологиях, сотрясении мозга.
