Современные методы нейровизуализации: обзор и применение

Мозг трудно изучать не только из-за присущей ему структурной сложности; миллиарды нейронов, тысячи типов нейронов, триллионы соединений. Мозг работает в различных масштабах, как в физическом смысле, так и во временной области.

Типы интерфейсов

Подробности Категория: Статьи

В системах нейрокомпьютерного интерфейса используются либо биопотенциалы мозга, зарегистрированные с поверхности головы человека, либо биопотенциалы, снимаемые непосредственно с коры головного мозга или от отдельных нейронов глубинных структур мозга. В первом случае ИМК называются неинвазивными, во втором – инвазивными.

Среди различных типов интерфейса мозг-компьютер самый значительный успех был получен при применении инвазивных технологий ИМК.

Несмотря на то, что инвазивные методы ИМК открывают большие перспективы для исследований, их применение сильно ограничено необходимостью проведения сложной хирургической операции, а также проблемами, связанными с постепенным зарастанием электродов соединительными тканями. Это приводит со временем к значительному ухудшению электрического контакта с мозгом, с полным его нарушением впоследствии. В связи с данными обстоятельствами наибольшее развитие получили ИМК неинвазивного типа.

Выделяют следующие способы регистрации активности мозга в ИМК:

  • В инвазивных интерфейсах:
    • Электрокортикография (ЭКоГ);
    • Регистрация импульсной активности нейронов;
  • В неинвазивных интерфейсах:
    • Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ);
    • Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ);
    • Магнитоэнцефалография (МЭГ);
    • Электроэнцефалография  (ЭЭГ).

Рис. 1. Инвазивные и неинвазивные способы регистрации активности мозга.

В литературе существующие неинвазивные ИМК, основанные на анализе ЭЭГ, подразделяют на следующие типы.

  1. ИМК, основанные на анализе медленных корковых потенциалов (slow cortical potentials, SCP). Принцип работы SCP-BCI основан на парадигме оперантного обусловливания, которая предполагает, что испытуемые способны сознательно изменять и удерживать интенсивность своей корковой поляризации с помощью биологической обратной связи.
  2. ИМК, основанные на анализе вызванных потенциалов (event-related potential, ERP). Вызванный потенциал (ВП) – это электрическая реакция мозга на внешний раздражитель. В существующих ERP-BCI используются в основном два следующих класса вызванных потенциалов.
    • ВП P300. Компонент Р300 возникает в ответ на неожиданный, редко предъявляемый (например, предъявляемый с вероятностью 0,2) значимый стимул, когда он появляется среди часто предъявляемых незначимых стимулов. Р300 зависит от внимания испытуемого, но не от физических параметров стимула.
    • ВП SSVEP. Зрительный вызванный потенциал SSVEP (steady state visual evoked potential) возникает преимущественно в затылочных частях коры, как реакция на визуальные вспышки, повторяющиеся с определённой частотой.
    • Одностимульные ИМК, использующие счет пользователем однородных зрительных стимулов без разделения их на целевые и нецелевые («одностимульная» парадигма). Счет начинается сразу после перевода взгляда в область предъявления.
  3. ИМК, основанные на анализе сенсомоторных ритмов (sensorimotor rhythms — SMR), SMR-BCI. В таких интерфейсах для управления внешним устройством, например, рукой робота, пользователь мысленно представляет то или иное движение. В состоянии покоя сенсомоторные ритмы имеют высокую амплитуду (наблюдается синхронизация ритма), в то время как при активации соответствующих сенсорных или моторных участков коры, их интенсивность падает (наблюдается десинхронизация ритма).
  4. Прямые интерфейсы мозг-компьютер, способные улавливать мысленное представление слова непосредственно в том виде, в каком оно возникает в мозгу. Подход заключается в том, что испытуемому нужно просто подумать «да» или «нет», и при этом не требуется интенсивного обучения с помощью обратной связи.
Читайте также: 

Классификация методов

Нейровизуализация подразделяется на 3 типа:

  1. Морфометрический анализ. Проводится с помощью КТ (компьютерная томография) и МРТ (магнитно-резонансная томография). Помогает получить наиболее четкую картину структуры головного мозга.
  2. Метод функциональной нейровизуализации. Выполняется с помощью фМРТ (функциональная МРТ), ДСТ (диффузно-спектральная томография), ПЭТ (позитронно-эмиссионная томография) и МР-спектроскопии. Этот метод предназначен для оценки интенсивности циркуляции крови в системе сосудов головного и спинного мозга.
  3. Использование радиоизотопов с целью локализации специфических молекул в отделах головного мозга и определения их плотности.

Нейровизуализация включает в себя 2 обширные категории:

  1. Структурная диагностирует объемные интракраниальные патологии и описывает функции и строение головного мозга.
  2. Функциональная применяется с целью диагностирования нарушения метаболических процессов на ранней стадии развития.

Современные методы нейровизуализации помогают определить тип заболевания, которое лежит в основе нервно-психических и когнитивных нарушениях деятельности мозга.

Показания для проведения Видео-ЭЭГ мониторинга (ВЭМ) у детей в возрасте от 4-Х недель до ЛЕТ

Показания для проведения 1 — 3-х часовой ВЭМ у детей в возрасте от 4-х недель до 2-х лет

  • Дети, перенесшие внутриутробную гипоксию:
    • от матерей с различной соматической патологией во время беременности
    • от матерей с гормональными нарушениями, угрозой прерывания беременности
  • Дети, перенесшие гипоксию в родах
  • Дети, родившиеся недоношенными
  • Дети, родившиеся с низким сроком гестации я внутриутробной гипотрофией
  • Дети с нарушениями ЦНС при рождении, различной степени
  • Дети от матерей, страдающих эпилепсией
  • Дети, страдающие эпилепсией
  • Дети с задержкой психомоторного развития
  • Дети перенесшие черепномозговую травму( ЧМТ) и нейроинфекции
  • Дети с нарушением сна

Показания для проведения 2- 4-х часовой и ночной ВЭМ у детей к возрасте от 2 до 7 лет

  • Дети с задержкой психомоторного развития
  • Дети с задержкой речевого развития
  • Дети с пограничными поведенческими расстройствами
  • Тики, гиперкинезы
  • Дети, имеющие поствzакцинальные осложнения со стороны ЦНС
  • Дети с нарушением сна
  • Синкопальные состояния
  • Дети, страдающие эпилепсией (первичное уточнение формы эпилепсии и подтверждение эффективности проводимой терапии)
  • Дети, перенесшие оперативные вмешательства на головном мозге
  • Дети с гипертензионным и гидроцефальным синдромами
  • Дети, перенесшие ЧМТ различной степени тяжести и нейроинфекции
  • Дети, страдающие энурезом, энкопрезом

Показания для проведения 4-х часовой и ночной ВЭМ у детей в возрасте от 7 до 18 лет

  • Дети с синдромом дефицита внимания с гиперреактивностью, снижением успеваемости
  • Дети с нарушением сна (снохождение, сноговорение, ночные страхи, вздрагивания, неожиданные просыпания)
  • Дети с пограничными поведенческими расстройствами
  • Дети с задержкой речевого и психомоторного развития
  • Дети, страдающие головными болями приступообразного характера
  • Дети, перенесшие ЧМТ различной степени тяжести, нейроинфекции, отравления, кому или клиническую смерть.
  • Дети, страдающие эпилепсией (первичное уточнение формы эпилепсии и подтверждение эффективности проводимой терапии).
  • Подростки призывного возраста, имеющие в анамнезе расстройства сознания, обмороки.
  • Девочки с расстройствами сознания в перименструальный период.

Электрокохлеография / Диагностика слуха / Слух – Центр АВРОРА, Киев

© Юрий Соколов, PhD (Физиология), Елена Соколова, PhD (Отоларингология)

Электрокохлеография – метод аудиологического обследования, используемый при диагностике слуховой нейропатии у детей, диагностике болезни Меньера, центральных слуховых нарушений, в частности невриномы слухового нерва

Электрокохлеография (ЭКоГ) – это регистрация самых ранних слуховых вызванных потенциалов – потенциалов улитки и внутриулитковой части слухового нерва, возникающих в пределах 2-3 миллисекунд после предъявления короткого звукового стимула, как правило щелчка.  В норме ЭКоГ регистрируется при стимуляции щелчками с уровнем более 60 дБ нПС.  Для успешной регистрации ЭКоГ активный электрод размещают как можно ближе к улитке внутреннего уха.

В некоторых клиниках используют интра-тимпанальную запись ЭКоГ с помощью электрода, вводимого в полость среднего уха и прикасающегося к стенке барабанной полости в непосредственной близости к круглому окну улитки. Этот метод дает наибольшую амплитуду ЭКоГ, но является инвазивным и чреват серьезными осложнениями – повреждением лицевого нерва и инфекцией среднего уха.

Поэтому, в Медицинском центре АВРОРА™ используется метод экcтра-тимпанальной регистрации ЭКоГ, при котором активный электрод устанавливают в костном отделе наружного слухового прохода. Электрод для экстра-тимпанальной ЭКоГ изготавливается в виде ушного вкладыша, покрытого тончайшей электропроводящей золотой фольгой.

ЭКоГ состоит из следующих трех компонентов:

  • Микрофонный потенциал (МП) улитки. 

  • Суммационный потенциал (СП) улитки.

  • Потенциал действия (ПД) слухового нерва.

Микрофонный потенциал (МП) улитки – это переменный потенциал, повторяющий частоту и полярность стимула.

В норме МП появляется в течение первой миллисекунды при стимуляции уровнем звукового давления 80 дБ нПС и выше, предваряя основные пики коротколатентных слуховых вызванных потенциалов КСВП.

Читайте также:  3 способа проведения УЗИ желчевыводящих путей

Особенностями МП являются его фазочувствительность, которая выражается в повторении полярности стимула. При перемене полярности стимула (сгущение или разрежение) полярность МП (направление пика вверх или вниз) также меняется (Рисунок 1.)

Рисунок 1.  ЭКоГ нормально слышащего уха при стимуляции щелчком уровнем 95 дБ нПС.  МП – микрофонный потенциал.  ПД – потенциал действия слухового нерва.  Видно, что при щелчке сгущения (верхняя кривая) и разрежения (нижняя кривая) МП меняет направление (скриншот авторов).

Электрокохлеография / Диагностика слуха / Слух – Центр АВРОРА, Киев

Фазочувствительность МП является важным диагностическим свойством.

При предъявлении стимула в фазе сгущения (положительная фаза) пик амплитуды МП направлен кверху от средней линии, а при предъявлении стимула в фазе разрежения (отрицательная фаза) пик амплитуды МП направлен книзу от средней линии.

 Местом генерации МП являются нормально функционирующие наружные волосковые клетки (НВП). Регистрация микрофонного потенциала улитки является одним из ключевых компонентов в диагностике слуховой нейропатии.

Суммационный потенциал (СП) улитки – генерируется в органе Корти в улитке внутреннего уха и отражает электрофизиологические процессы, возникающие при смещении основной (базилярной) мембраны улитки и физиологической активности волосковых клеток. При регистрации ЭКоГ СП может быть замаскирован микрофонным потенциалом.

Потенциал действия (ПД) слухового нерва представляет собой суммарный синхронный ответ волокон участка слухового нерва по его выходе из костного лабиринта.  ПД соответствует пику I КСВП (Рисунок 2).

Рисунок 2.  Компоненты ЭКоГ в ответ на щелчок уровнем 95 дБ нПС:  СП – суммационный потенциал улитки, ПД – потенциал действия слухового нерва.  Зарегистрировано авторами прибором Vivosonic Integrity™.

Диагностическое значение ЭКоГ

Электрокохлеография применяется в таких целях:

  • Диагностика Болезни Меньера.  Важным диагностическим показателем ЭКоГ является соотношение амплитуды суммационного потенциала и потенциала действия слухового нерва – СМ/ПД.  В норме это соотношение меньше 0,5, а при болезни Меньера оно превышает 0,5.
  • Увеличение амплитуды ПД (пика I КСВП) для более точного вычисления межпиковых интервалов КСВП при диагностике центральных слуховых нарушений, в частности невриномы слухового нерва.
  • Четкая визуализация микрофонного потенциала улитки, которая часто слабо видна при регистрации КСВП.  Используется при диагностике слуховой нейропатии у детей, характеризуемой наличием микрофонного потенциала (часто также отоакустической эмиссии) и отсутствием или значительным нарушением волн КСВП – нарушенной морфологией, удлиненной латентностью, сниженной амплитудой волн, отсутствием некоторых волн.

За дополнительной информацией о диагностике слуха обращайтесь в Медицинский центр  АВРОРА©.

Запись на прием в Медицинский центр:

тел.  (044) 333 4310

моб. (050) 382-4195

Запись на прием по SMS:

моб. (050) 382-4195

Запись на прием по E-mail:

[email protected]

Запись на прием через сайт Записаться на прием