Электроэнцефалограмма (ЭЭГ). Выдающиеся медицинские открытия
Мы продолжаем интересную рубрику об открытиях в медицине, перевернувших мир и спасших человечество.
И сегодня у нас электроэнцефалограмма (ЭЭГ) – метод записи электрограммы спонтанной электрической активности мозга, один из основных методов объективного тестирования функций центральной нервной системы (ЦНС).
То, что мышечная и нервная ткань живых организмов генерирует электрические сигналы, впервые продемонстрировал немецкий физиолог Дюбуа-Реймон. Произошло это в 1849 году. Установивший ряд закономерностей электрических явлений в мышечной и нервной ткани Дюбуа-Реймон по праву считается основоположником электрофизиологии.
Факт генерации слабого электрического сигнала мозгом кроликов и обезьян подтвердил в своем докладе членам Британской медицинской ассоциации в 1875 г и англичанин Р. Катон. В том же году независимо от него российский физиолог В. Я. Данилевский при защите докторской диссертации отметил некоторые особенности биоэлектрической мозговой активности у собак. По данным ученого у животных, на которых не оказывалось никакого внешнего действия, были зафиксированы «самостоятельные токи мозга».
О том, что биоэлектрическая активность мозга имеет ритмический характер, сообщил в своем труде «Гальванические явления на продолговатом мозгу лягушки», увидевшем свет в 1882 г., русский физиолог И. М. Сеченов. Через 2 года его ученик Н. Е. Введенский описал способ прослушивания с помощью телефона мозговой активности кролика, лягушки и собаки. Опубликованная в 1884 году работа называлась «Исследования над нервными центрами».
В период с 1889 по 1912 гг. российские физиологи опубликовали ряд работ, посвященных методам регистрации электрической активности ЦНС животных. В частности, Н. О. Цибульский с ассистентом А. Беком проводили с этой целью исследования коры головного мозга кроликов, собак и обезьян.
Первую электроэнцефалограмму (запись электробиосигналов), снятую с мозга собаки, опубликовал в 1913 году русский ученый В. В. Правдич-Неминский. Причем это было сделано без повреждения кожи головы животного – с использованием струнного гальванометра. В период с 1913 по 1925 г. ученый опубликовал ряд работ, а которых описывались мозговые волны, названные впоследствии альфа-, бета- и сигма-ритмами. Работы Правдич-Неминского создали основу для регистрации мозговой активности человека.
Отцом современной электроэнцефалографии считается немецкий ученый, физиолог и психиатр Г. Бергер (1873-1941 гг.). 6 июля 1924 года он впервые записал электрическую активность мозга человека, проводя эксперимент на 17-летнем пациенте, проходившем нейрохирургическую операцию. До этого времени подобные исследования проводились только на животных. Бергер стремился найти физическую основу психической энергии, или умственных усилий, у людей. Он измерял объем и температуру мозга, чтобы исследовать изменения в ментальных процессах, таких как интеллектуальная работа, внимание и желание.
Бергер начал записывать электрическую активность мозга и в 1924 году получил первые результаты, однако опубликовал их только в 1929 году. Эти пять лет стали периодом сомнений и доработок экспериментальной установки. Бергер провёл сотни записей ЭЭГ на различных испытуемых, включая своих собственных детей, преодолевая как успехи, так и неудачи. В конце концов, он опубликовал серию статей в журнале Archiv für Psychiatrie и надеялся получить Нобелевскую премию. Однако научное сообщество долгое время сомневалось в его результатах, и только спустя годы другие исследователи начали использовать ЭЭГ в своих работах.
Бергер занимался разработкой метода регистрации электрической активности головного мозга человека в состоянии покоя, при нагрузке и под наркозом. Для работы он самостоятельно сконструировал оригинальный прибор.
Бергер предложил не только сам термин «электроэнцефалограмма», но и аббревиатуру «EEG». Он выделил два вида активности: частотой около 10 Гц, которую обозначил как альфа-ритм, и более высокой частоты, обозначенную как бета-ритм. Его именем названы открытые им альфа-ритмы, имеющие частоту 8-12 Гц.
В 1940 году Бергер был номинирован на Нобелевскую премию, но из-за Второй мировой войны награда не была присуждена.
Метод энцефалографии стал получать признание лишь после того, как работы Бергера поддержал лорд Эдгар Дуглас Адриан – лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине (1932).
Электроэнцефалография становится общепризнанным способом исследования мозга, применяется в клинических и экспериментальных целях. В СССР создаются лаборатории для изучения физиологии мозга, в том числе и клинической ЭЭГ. Электроэнцефалография используется для исследования функций мозга и оценки его органических поражений – некроза, склероза, новообразований.
С приходом в клиническую практику новых методов нейровизуализации с помощью компьютерной томографии (МРТ и ПЭТ) электроэнцефалография осталась востребованной технологией, несмотря на мрачные для неё прогнозы. Совершенствуются методы и оборудование для ЭЭГ, расширяется область её применения.
ЭЭГ широко используется для диагностики нарушений сна и эпилепсии, а также для определения стратегии лечения мозговых расстройств. Ученые исследуют возможности улучшения памяти с помощью неинвазивной стимуляции мозга. Несмотря на то, что эти исследования находятся на начальной стадии, уже есть многообещающие результаты. Например, одно из исследований показало, что неинвазивная стимуляция мозга на гамма-частоте (25 Гц) улучшает память и передачу нейротрансмиттеров у пациентов с болезнью Альцгеймера.
Новый тип неинвазивной стимуляции мозга, называемый временной интерференцией, использует две высокие частоты для создания нейронной активности, равной разнице между частотами стимуляции. Высокие частоты могут лучше проникать в мозг и достигать целевой области. Недавно исследователи протестировали этот метод на людях, используя частоты 2000 Гц и 2005 Гц, чтобы отправить тета-частоту 5 Гц в ключевую область мозга для памяти – гиппокамп. Это привело к улучшению способности запоминать имена, ассоциированные с лицами.
Несмотря на обнадеживающие результаты, необходимо провести больше исследований, чтобы понять точную роль нейронных осцилляций в когниции и возможность их изменения для долгосрочного улучшения когнитивных функций.
100-летний юбилей ЭЭГ – это возможность задуматься о том, что было узнано о функции мозга и какие перспективы открывает эта техника в будущем. В опросе, проведенном журналом Nature Human Behaviour, более 500 исследователей, использующих ЭЭГ, сделали прогнозы о будущем этой методики. Что будет возможно в следующие 100 лет?
Некоторые исследователи прогнозируют, что ЭЭГ будет использоваться для диагностики и создания таргетированных методов лечения мозговых расстройств. Другие считают, что доступная, носимая ЭЭГ будет широко использоваться для улучшения когнитивных функций дома или будет интегрирована в приложения виртуальной реальности. Возможности поистине огромны.
