Принцип работы электроэнцефалографа: как аппарат считывает активность мозга

Принцип работы электроэнцефалографа заключается в регистрации и анализе крайне слабых электрических импульсов, которые генерируют клетки головного мозга — нейроны. Этот метод, известный как электроэнцефалография (ЭЭГ), позволяет в режиме реального времени увидеть суммарную электрическую активность мозга, оценить его функциональное состояние и выявить различные нарушения. Процедура является абсолютно безболезненной, безопасной и неинвазивной, так как прибор лишь улавливает естественные сигналы организма, не производя никакого излучения или воздействия.

Что такое электрическая активность мозга простыми словами

Чтобы понять, как работает электроэнцефалограф, важно сперва разобраться, что именно он измеряет. Наш мозг состоит из миллиардов нервных клеток — нейронов. Они постоянно общаются между собой с помощью мельчайших электрических разрядов. Когда большое количество нейронов в определенной области мозга активизируются одновременно, они создают суммарное электрическое поле, достаточно сильное, чтобы его можно было зафиксировать на поверхности кожи головы. Эту согласованную электрическую «беседу» нейронов и называют активностью мозга. Можно представить мозг как огромный стадион, а нейроны — как болельщиков. Электроэнцефалография (ЭЭГ) не слышит разговор отдельных людей, но улавливает общий гул, аплодисменты или слаженное скандирование, что позволяет судить об общей атмосфере и событиях на «стадионе».

Основные компоненты электроэнцефалографа и их роль

Современный электроэнцефалограф — это сложный комплекс, который состоит из нескольких ключевых элементов, работающих согласованно для точной фиксации мозговой активности. Каждый компонент выполняет свою незаменимую функцию в процессе исследования.

• Электроды. Это небольшие металлические датчики, которые размещаются на голове пациента. Их задача — уловить электрические потенциалы с поверхности кожи. Обычно они вмонтированы в специальную эластичную шапочку, что обеспечивает их правильное и симметричное расположение в соответствии с международной системой «10–20».
• Проводящий гель или паста. Для качественной записи сигнала необходим хороший контакт между кожей и электродом. Электрические сигналы мозга очень слабы, и воздушная прослойка или кожный жир могут стать серьезной помехой. Специальный гипоаллергенный гель заполняет это пространство, значительно улучшая проводимость и обеспечивая чистоту сигнала.
• Усилитель. Сигналы, поступающие от мозга на поверхность головы, имеют чрезвычайно малую амплитуду — всего несколько микровольт (миллионных долей вольта). Чтобы их можно было проанализировать, их необходимо многократно усилить. Усилитель увеличивает мощность сигнала в тысячи или даже миллионы раз, не искажая его первоначальную форму.
• Фильтры. Помимо полезного сигнала от мозга, электроды улавливают и множество помех: электрическую активность мышц (например, от моргания или сжатия челюстей), наводки от электросети (50 Гц), движения тела. Специальные аппаратные и программные фильтры очищают запись от этих «шумов», выделяя именно мозговую активность.
• Аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Усиленный и отфильтрованный электрический сигнал является непрерывным (аналоговым). Чтобы компьютер мог с ним работать, АЦП преобразует его в цифровой формат — последовательность чисел.
• Компьютер с программным обеспечением. Это «мозг» всего комплекса. Он получает цифровые данные, обрабатывает их и визуализирует в виде знакомых всем волнообразных линий на экране монитора. Эта графическая запись и называется электроэнцефалограммой.

Пошаговый процесс регистрации сигнала: от нейрона до энцефалограммы

Весь процесс, от генерации импульса в мозге до его отображения на экране, происходит практически мгновенно и состоит из нескольких последовательных этапов. Понимание этой цепочки помогает развеять опасения и мифы, связанные с процедурой ЭЭГ.

Сначала на голову пациента надевают специальную шапочку с электродами. Пространство под каждым датчиком заполняется проводящим гелем. Затем специалист проверяет качество сигнала от каждого электрода. Когда подготовка завершена, начинается сама запись. Нейроны в коре головного мозга генерируют электрические импульсы. Эти сигналы проходят через мозговые оболочки, кости черепа и кожу, значительно ослабевая по пути. Электроды на поверхности головы улавливают эти остаточные, крайне слабые электрические колебания. По проводам сигналы поступают в блок усилителя, где их амплитуда многократно возрастает. Далее сигнал проходит через систему фильтров, которая убирает артефакты от движений и электрических наводок. Очищенный аналоговый сигнал преобразуется в цифровой код и передается в компьютер. Программа обрабатывает полученные данные и в реальном времени строит на экране графики — электроэнцефалограмму. Важно подчеркнуть: аппарат для электроэнцефалографии работает исключительно «на прием». Он ничего не излучает и не посылает в мозг никаких сигналов, подобно тому как микрофон только записывает звук, но не создает его.

Что означают волны на электроэнцефалограмме: знакомство с ритмами мозга

На итоговой записи видны не хаотичные линии, а организованные колебания, которые классифицируются по частоте и амплитуде. Эти колебания называют ритмами мозга. Каждый ритм соответствует определенному состоянию центральной нервной системы. Специалист анализирует их представленность, регулярность и реакцию на различные стимулы.

Ключевые отличия ЭЭГ от других методов исследования мозга

Пациенты часто путают электроэнцефалографию с другими методами, такими как магнитно-резонансная (МРТ) или компьютерная томография (КТ). Несмотря на то что все они изучают мозг, их принципы и задачи кардинально различаются. Понимание этих различий помогает осознать уникальную ценность ЭЭГ.

Основное отличие заключается в том, что МРТ и КТ — это структурные методы. Они создают детальное изображение анатомии мозга: его строения, формы, наличия опухолей, кровоизлияний или других физических повреждений. Это своего рода «фотография» мозга. Электроэнцефалография, в свою очередь, является функциональным методом. Она не показывает структуру, но отражает, как мозг работает в данный момент времени. ЭЭГ регистрирует его физиологическую активность с точностью до миллисекунд. Таким образом, если МРТ показывает «схему электропроводки» в доме, то ЭЭГ показывает, есть ли в этой проводке ток, нет ли коротких замыканий и как меняется напряжение при включении разных «приборов».

Безопасность и безболезненность процедуры электроэнцефалографии

Один из главных вопросов, волнующих пациентов, — это безопасность и комфорт во время исследования. Важно знать, что электроэнцефалография является одним из самых безопасных методов диагностики в неврологии. Процедура полностью неинвазивна, то есть не требует нарушения целостности кожных покровов или введения каких-либо препаратов. Аппарат лишь пассивно регистрирует естественные процессы в мозге, он не генерирует ни рентгеновского, ни магнитного, ни какого-либо другого излучения. Это делает ЭЭГ безопасной для людей любого возраста, включая новорожденных детей, а также для беременных женщин и пациентов с имплантированными устройствами (например, кардиостимуляторами), которым противопоказана МРТ.

Процедура абсолютно безболезненна. Единственный возможный дискомфорт — это ощущение плотно прилегающей шапочки и прохладного геля на коже головы. Гель, используемый для исследования, гипоаллергенен и легко смывается обычной водой после окончания процедуры. Также важно развеять распространенный миф: электроэнцефалограф не может «прочитать мысли». Он регистрирует общие паттерны электрической активности, а не содержание конкретных мыслей или воспоминаний.

Список литературы

1. Зенков Л. Р. Клиническая электроэнцефалография с элементами эпилептологии. — М.: МЕДпресс-информ, 2017. — 352 с.
2. Гусев Е. И., Коновалов А. Н., Скворцова В. И. Неврология. Национальное руководство. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2018. — 880 с.
3. Александров М. В. и др. Клиническая нейрофизиология: руководство для врачей. — СПб.: СпецЛит, 2013. — 606 с.
4. Niedermeyer E., Lopes da Silva F. H. Electroencephalography: Basic Principles, Clinical Applications, and Related Fields. — 6th ed. — Lippincott Williams & Wilkins, 2011. — 1256 p.