Визуальный метод оценки ЭЭГ цикла 'бодрствование – сон'
Оглавление
Введение
Литературный обзор
Структура сна
Исходные данные
Заключение
Список использованных источников
Введение
Цель курсовой работы:
Получение навыков выбора адекватных способов представления
экспериментальной информации построения, соответствующих математических моделей
обработки и анализа информации.
Применение спектрального анализа ЭЭГ с использованием
компьютерной программы Microsoft Excel.
При проведении спектрального анализа применим характеристику
спектральной плотности амплитуды ритмов ЭЭГ. Определим зависимость и изменение
спектральных характеристик ритмов ЭЭГ в процессе перехода от бодрствования к
медленному сну.
Литературный
обзор
Электроэнцефалография (ЭЭГ) - метод
исследования деятельности головного мозга животных и человека; основан на
суммарной регистрации биоэлектрической активности отдельных зон, областей,
долей мозга. ЭЭГ применяется в современной нейрофизиологии, а также в
неврологии и психиатрии.
ЭЭГ позволяет:
· оценить общее функциональное состояние
головного мозга с учётом индивидуальных особенностей конкретного пациента;
· выявить наличие и характер нарушений в его
работе;
· определить локальные и очаговые
повреждения и в ряде случаев установить их природу;
· определять характер и объём применения как
лекарственных препаратов, так и других лечебных процедур;
· уточнить показания к применению тех или
иных дополнительных исследований (МРТ, УЗДГ), тех или иных лечебных воздействий
и процедур, а также - хирургических вмешательств.
В зависимости от частоты на ЭЭГ различают ритмы,
обозначаемые греческими буквами:
Альфа-ритм выявляется при проведении электроэнцефалограммы
в состоянии пассивного бодрствования и представляет собой синусоидальные
колебания частотой 8-13 Гц и амплитудой 40-100 мкВ. Альфа-активность зрелого
мозга обычно модулирована в веретена и преобладает преимущественно в затылочных
областях (связана с функционированием зрительного анализатора)
Бета-ритм представляет собой колебания частотой 14-40 Гц и
амплитудой до 15-20 мкВ. Выявляется преимущественно в передних отделах
головного мозга во время активного бодрствования. В структуре бета-активности
выделяют низкочастотную (с частотой до 22-24 Гц) и высокочастотную (с частотой
более 22-24 Гц) активность.
Тета-ритм - медленно-волновая активность частотой 4-7 Гц
различной амплитуды, усиливающаяся при эмоциональном возбуждении и во в время
сна. Появление активности на ЭЭГ в другие промежутки времени свидетельствует о
снижении уровня функциональной активности коры и всего мозга в целом.
Дельта-ритм - медленно-волновая активность частотой 1-3
Гц различной амплитуды, наиболее выраженная во время сна. Появление активности
на ЭЭГ в другие промежутки времени свидетельствует о снижении уровня
функциональной активности коры и всего мозга в целом
Ритмический характер биоэлектрической активности коры,
обусловлен в основном влиянием подкорковых структур, в первую очередь таламуса
(промежуточный мозг). Именно в таламусе находятся главные, но не единственные
пейсмекеры или водители ритма. Одностороннее удаление таламуса или его
хирургическая изоляция от неокортекса приводит к полному исчезновению
альфа-ритма в зонах коры прооперированного полушария. При этом в ритмической
активности самого таламуса ничто не меняется. Нейроны неспецифического таламуса
обладают свойством авторитмичности. Эти нейроны через соответствующие
возбуждающие и тормозные связи способны генерировать и поддерживать ритмическую
активность в коре больших полушарий. Большую роль в динамике электрической
активности таламуса и коры играет ретикулярная формация ствола мозга. Она может
оказывать синхронизирующее влияние, т.е. способствующее генерации устойчивого
ритмического паттерна, и дезинхронизирующее, нарушающее согласованную
ритмическую активность.
Структура
сна
Сон - особое состояние сознания человека и животных,
включающее в себя ряд стадий, закономерно повторяющихся в течение ночи.
Появление этих стадий обусловлено активностью различных структур мозга.
У здорового человека сон начинается с первой стадии
медленного, которая длится 5-10 минут. Затем наступает 2-я стадия, которая
продолжается около 20 минут. Ещё 30-45 минут приходится на период 3-4 стадий.
После этого спящий снова возвращается во 2-ю стадию медленного сна, после
которой возникает первый эпизод быстрого сна, который имеет короткую
продолжительность - около 5 минут. Вся эта последовательность называется
циклом. Первый цикл имеет длительность 90-100 минут. Затем циклы повторяются,
при этом уменьшается доля медленного сна и постепенно нарастает доля быстрого
сна, последний эпизод которого в отдельных случаях может достигать 1 часа. В
среднем, при полноценном здоровом сне отмечается пять полных циклов.
Медленный сон
Медленный сон (син.: медленноволновой сон, ортодоксальный
сон), длится 80-90 минут.
Первая стадия. Альфа-ритм уменьшается и появляются
низкоамплитудные медленные тета-, по амплитуде равными или превышающими
альфа-ритм. Поведение: дремота с полусонными мечтаниями, абсурдными или
галлюциногенными мыслями и иногда с гипногогическими образами (сноподобными
галлюцинациями). Мышечная активность снижается, глаза могут совершать медленные
движения. В этой стадии могут интуитивно появляться идеи, способствующие
успешному решению той или иной проблемы или иллюзия существования их. В ЭЭГ
могут регистрироваться острые вертексные волны, POSTS, изредка наблюдается
гипногогическая гиперсинхрония. В этой стадии могут отмечаться гипногогические
подергивания.
Вторая стадия. (неглубокий или легкий сон). Дальнейшее
снижение тонической мышечной активности. Сердечный ритм замедляется,
температура тела снижается, глаза неподвижны. Занимает в целом около 45-55 %
общего времени сна. Первый эпизод второй стадии длится около 20 минут. В ЭЭГ
доминируют тета волны, появляются так называемые "сонные веретёна" -
сигма-ритм, который представляет собой учащённый альфа-ритм (12-14-20 Гц). С
появлением "сонных веретён" происходит отключение сознания; в паузы
между веретёнами (а они возникают примерно 2-5 раз в минуту) человека легко
разбудить. Эпизодически сонные веретена могут включаться в структуру стадий 3-4
Повышаются пороги восприятия.
Третья стадия. медленный сон. Стадия классифицируется
как 3-я, если дельта-колебания (2 Гц) занимают менее 50 % и 4-я стадия - если
дельта составляет более 50 %.
-я стадия медленного сна, глубокий сон.
Четвёртая стадия. Самый глубокий
медленный дельта-сон. Преобладают дельта-колебания (2 Гц). Третью и четвёртую
стадии часто объединяют под названием дельта-сна. В это время человека
разбудить очень сложно; возникают 80 % сновидений, и именно на этой стадии
возможны приступы лунатизма, ночные ужасы, разговоры во сне и энурез у детей.
Однако человек почти ничего из этого не помнит.
электроэнценфалография бодрствование медленный сон
У здорового человека третья стадия занимает 5-8 % и четвертая
стадия еще около 10-15 % общего времени сна. Первые четыре медленноволновые
стадии сна в норме занимают 75-80 % всего периода сна. Предполагают, что
медленный сон связан с восстановлением энергозатрат.
Быстрый сон.
Быстрый сон (син.: быстроволновой сон, парадоксальный сон,
стадия быстрых движений глаз, или сокращённо БДГ-сон, REM-сон). Это пятая
стадия сна.
На ЭЭГ: быстрые колебания электрической активности, близкие
по значению к бета-волнам пилообразной волны. Это напоминает состояние
бодрствования. Вместе с тем в этой стадии человек находится в полной
неподвижности, вследствие резкого падения мышечного тонуса. Однако глазные
яблоки очень часто и периодически совершают быстрые движения под сомкнутыми
веками. Существует отчётливая связь между БДГ и сновидениями. Если в это время
разбудить спящего, то в 90 % случаев можно услышать рассказ о ярком сновидении.
Слепым от рождения снятся звуки и ощущения; БДГ у них нет.
В настоящее время для ЭЭГ применяется совершенная электронная
аппаратура и используются различные методы анализа получаемых записей, начиная
от наиболее простого визуального (определения на глаз) до специальных
автоматических анализаторов-интеграторов, а также электронно-вычислительных
машин.
Особое значение имеют применяемые в настоящее время так
называемые функциональные нагрузки или пробы. Они дают возможность выявить до
того замаскированные особенности ЭЭГ; это открывание и закрывание глаз,
световые и звуковые раздражения, учащенное и углубленное дыхание
(гипервентиляция) и некоторые другие.
Велика также роль вызванных потенциалов (ВП), т.е.
биоэлектрической реакции мозга, обусловленной возбуждением определенных систем
нейронов при восприятии ими раздражений. Применяются также слова-раздражители.
При этом слова, имеющие для исследуемого важное значение, обычно вызывают и более
выраженную реакцию.
Исходные
данные
Анализ изменения биоэлектрической активности мозга,
происходящих в цикле "бодрствование - сон", осуществляется по ЭЭГ,
полученной на установке "Энцефалан - 131 - 03".
Время записи фоновой ЭЭГ 1 минута.
Визуальный метод оценки ЭЭГ цикла "бодрствование -
сон".
Бодрствование характеризуется высокой частотой альфа - ритма.
Амплитуда альфа - ритма снижается от затылка ко лбу. При переходе в дремоту,
альфа - ритм постепенно исчезает, появляются вспышки тета - и дельта -
колебаний. При переходе в сон выделяются тета - и дельта волны.
Спектральный анализ ЭЭГ цикла "бодрствование -
сон".
Для спектрального анализа данных используем алгоритм быстрого
преобразования Фурье. Преобразование Фурье позволяет преобразовать волновой
паттерн фоновой ЭЭГ в частотный и установить распределение мощности по каждой
частотной составляющей. С помощью преобразования Фурье самые сложные по форме
колебания ЭЭГ можно свести к ряду синусоидальных волн с разными амплитудами и
частотами. На этой основе выделяются новые показатели, расширяющие
содержательную интерпретацию ритмической организации биоэлектрических
процессов.
Состояния
|
Спектральная
плотность ритмов ЭЭГ
|
|
|
Sмв
|
Sα
|
Sмв/Sα
|
Бодрствование
|
О1-А2
|
3,469843345
|
4,815423755
|
0,72056864
|
|
С4-А2
|
3,114105726
|
3,917503427
|
0,794920996
|
|
F4-A2
|
3,410932883
|
2,853642281
|
1, 195290982
|
Дремота
|
О1-А2
|
3,274525711
|
4,341007075
|
0,754323975
|
|
С4-А2
|
3,703984948
|
3,400014279
|
1,089402762
|
|
F4-A2
|
4,074002571
|
2,104391098
|
1,935953149
|
Медленный сон
|
О1-А2
|
3,231239501
|
4,088155009
|
0,790390652
|
|
С4-А2
|
3,380582086
|
3,22260553
|
1,049021376
|
|
F4-A2
|
3,289264413
|
2,401203321
|
2,401203321
|
Заключение
Спектральный анализ позволяет проанализировать распределение
отдельных частотных диапазонов ЭЭГ и дать их количественную характеристику в
виде спектральной мощности, которая определяется как мощность колебания в
зависимости от заданного диапазона частоты волны в зоне мозга. Это дает
возможность определить соотношение разных ритмов, составляющих ЭЭГ, и выявить
те частоты, которые не определяются при визуальном анализе.
Наиболее информативным графиком является спектральная
плотность отношения ритмов Sмв/Sα ЭЭГ. Коэффициент детерминации в этом
случае равен 0,9996.
Для получения наиболее точных и информативных результатов
необходимо большее число наблюдений и экспериментов.
Список
использованных источников
1. Методические
указания к курсовой работе по теме: "Исследование биоэлектрической
активности мозга в цикле "бодрствование -
сон""
2. http://www.medchitalka.ru/obschaya_psiho-nevrologiya /
metody_issledovaniya / 20750.html
<http://www.medchitalka.ru/obschaya_psiho-nevrologiya/metody_issledovaniya/20750.html>