Возрастные особенности электрической активности головного мозга
Электроэнцефалограмма (ЭЭГ) здорового взрослого человека (находящегося в состоянии покоя, с закрытыми глазами) характеризуется наличием серий ритмов частотой 8-13 кол/ сек. Это альфа-волны, появляющиеся в виде веретен.
Амплитуда веретена постоянно возрастает, затем снижается. Средняя амплитуда волн составляет 50 мкВ. В настоящее время альфа ритм разделяют на частотные поддиапазоны: альфа-1 (7,7-8,9/с), альфа-2 (9,3-10,5/с), альфа-3 (10,9-12,5). Среднечастотный альфа-2 ритм представлен в затылочных областях и подавляется при зрительной стимуляции. Он связан с неспецифическими активационными процессами и депрессируется при ориентировочной реакции. Ритм альфа-1 выражен в теменно-затылочных отделах головного мозга и обычно подавляется при открывании глаз. Низкочастотный и высокочастотный альфа ритмы (альфа-1 и альфа-3) в большей степени связаны с интегративной деятельностью мозга (Д.А. Фарбер и др.,1990; Д.А. Фарбер, В.Ю. Вильдавский, 1996; Е.А. Жирмунская, В.С. Лосев, 1997). Альфа ритм характерен для индивидуальных личностей, однако, с ним никто не рождается. Становление этого ритма происходит в процессе онтогенеза.К ритмам более высокой частоты относится бета-ритм (15-30/с), который в норме имеет амплитуду колебаний, не превышающую20 мкВ. Он выражен в передних отделах полушарий и обычно регистрируется во время деятельного состояния мозга. Колебания частотой ниже 22/с, обозначаются бета-1, имеющие частоту свыше 22/с обозначаются бета-2.
Кроме указанной активности на ЭЭГ регистрируются более медленные колебания, подразделяющиеся на 2 группы: дельта-ритм (0,5-3/с) и тета-ритм (4-7/с). Дельта-ритм у здоровых людей обычно регистрируется во время сна. Появление выраженной дельта-активности во время бодрствования у взрослых является признаком патологии. Тета-ритм, в норме, наиболее часто встречающийся на ЭЭГ детей, характерен для состояния эмоционального возбуждения и сна; является частым признаком патологии диэнцефальностволовых структур головного мозга.
Электрическая ритмическая активность мозга связана со сложными физиологическими явлениями. Особая роль в формировании корковой ритмики принадлежит ретикулярной формации (РФ) мозга. Отмечается активирующее воздействие РФ среднего мозга и нижнестволовых структур на кору полушарий большого мозга, проявляющееся в десинхронизации корковой ритмики (понижение амплитуды колебаний и повышение выраженности колебаний высоких частот). Помимо активирующей системы, существуют образования, оказывающие тормозное влияние на кору большого мозга - таламус, нижние отделы моста, что сопровождается синхронизацией корковой ритмики (повышение амплитуды колебаний и группирование их в виде веретен; это характерно для перехода от бодрствования ко сну).
Кора большого мозга постоянно подвергается синхронизирующим и десинхронизирующим влияниям, которые находятся во взаимно антогонистических отношениях. В свою очередь РФ мозга находится под постоянным контролирующим и регулирующим влиянием коры больших полушарий, а также под воздействием афферентации, приходящих из нижележащих отделов. C преобладанием тормозящих или активирующих воздействий на кору большого мозга со стороны РФ связан тот или иной уровень бодрствования и сна. Таким образом, суммарная ЭЭГ является показателем не только функционального состояния коры полушарий большого мозга, но и короково-подкорковых отношений.
Нормальная электроэнцефалограмма у детей отличается от таковой у взрослых. ЭЭГ детей характеризуется замедлениями волн и многообразием их типов, широким диапазоном частот и разнообразием физиологических вариантов.
Так, например, показано, что при регистрации ЭЭГ недоношенного ребенка отмечаются медленные, изменчивые, нерегулярные колебания с низкой амплитудой, временами наблюдается угнетение электрической активности. На электроэнцефалограмме новорожденного регистрируются медленные дельта-волны (1-3/с). В двухмесячном возрасте на ЭЭГ преобладают дельта-волны частотой 2- 4/с. Этот ритм сохраняется на протяжении первых шести месяцев жизни (И.
Лесны, 1962; Д.А. Фарбер и др., 1990). В этом возрасте может отмечаться четкая реакция на афферентные стимулы (R. Coen, D. Tharp, 1985; ). Регулярная ритмическая активность появляется между 3-ми 6-м месяцам постнатального развития и к 6 месяцам имеет частоту 6-8/с, а к 12- мес 7-8,5/с, с амплитудой от 50 до 100 мкВ (Т.А. Строганов, И.Н. Посикера, 1993; Е. Niedermeyer, 1993). Этот ритм рассматривается как онтогенетический вариант альфа- ритма.C возрастом наблюдается постепенное повышение частоты колебаний и стабилизация основного ритма. Нарастание частоты альфа-ритма отражает морфологическое созревание мозга, которое продолжается во время всего периода онтогенеза (Э. Парайц, Й. Сенаши, 1980).
В возрасте 1-3 года частота альфа колебаний варьирует от 6 до 9/с. Вместе с тем, на ЭЭГ регистрируются медленные волны частотой 2-3 и 4-5/с. В этом возрасте отмечается усложнение биоэлектрической активности мозга, повышается вариабельность ЭЭГ. В затылочных отделах полушарий появляются полифазные потенциалы - сочетания альфа колебаний и медленных волн. Они встречаются у 70% детей и максимально проявляются в 9-10-ти летнем возрасте.
В физиологических условиях активность дельта-ритма дольше всего сохраняется в лобных и затылочных областях головного мозга, частота колебаний этих волн увеличивается на втором году жизни до 3,5/с, а после третьего года жизни они появляются лишь спорадически и в незначительном количестве. Начиная с полуторалетнего возраста регистрируются также и бета- волны с частотой 18-24 /с, главным образом в лобной области (Л.А. Новикова, 1994; D. Kellaway, 1965; О. Eeg-Olofsson, 1970).
В возрасте 4-6 лет на ЭЭГ преобладают волны частотой 6,5-9,5/с и наблюдается доминирование альфа ритма в затылочных областях коры большого мозга. C возрастом различия между затылочными и передними отделами коры полушарий большого мозга увеличиваются . Однако тета ритм в этом возрасте еще выражен и может быть преобладающей формой активности. В ходе процесса созревания мозга альфа-ритм становится ведущим.
В возрасте 7-11 лет тета-волны с частотой 6-7 /с отмечаются только в узкой зоне височных долей. Над лобными долями начинают появляться бета-волны с частотой 15-20 /с, и их количество постоянно увеличивается (F. Gibbs, Е. Gibbs, 1950; Е. Nidermeyer, 1993).В процессе дальнейшего онтогенеза, между 12-14 годами отмечаться так называемый пубертатный регресс, причем у девочек он начинается несколько раньше, нежели у мальчиков (Э. Парайц, И. Сенаши, 1980). На фоне сформированного альфа ритма сохраняется тета активность (возможно увеличение количества тета — волн). Единичные такие волны обнаруживаются и над лобными долями. Общая картина ЭЭГ становится неправильной, «десинхронной». Многие исследователи связывают эти изменения с общими изменениями личности, процессов ВНД, гормонального фона, что тесно связано с процессом полового созревания (Н.С. Галкина, 1973; Л.А. Новикова 1994).
После 14-го или 15-го года жизни частота регистрируемых волн повышается, быстро устанавливается их синхронность, поэтому на ЭЭГ юношей и девушек преобладает альфа ритм, иногда регистрируемый далеко в передних отделах мозга. В них отмечается различное количество бета- волн, а тета-волны представлены в гораздо меньшем объеме. Частота альфа- ритма различна (8-13 /с), но после 16 лет она постоянна, даже если на ЭЭГ с возрастом начинает увеличиваться количество быстрых волн другого типа. Формирование паттерна ЭЭГ, характерного для взрослого человека, продолжается до 21 года, причем у девочек процесс созревания электрической активности мозга опережает таковой у мальчиков на 2-3 года (Н.Л. Горбачевская, Л.Ф. Кожушко, 1990; Л.Р. Зенков, 1996; Н.К. Благосклонова, 2000). Таким образом, в процессе формирования корковой ритмики происходит постепенное изменение частотного спектра колебаний ЭЭГ, снижается количество медленных волн типа дельта и тета, стабилизируется альфа-ритм, происходит зональное распределение ритмики, то есть,в затылочной области отмечается альфа-активность, в лобной области преобладает бета активность, тогда как в височной области регистрируются альфа и бета волны, смешанные с эпизодическими субтета волнами (И.
Лесны, 1987; Е.А. Жирмунская, 1996; В. Westmoreland, J. Stockard, 1977).У здорового взрослого человека существует несколько основных вариантов (типов) ЭЭГ, обусловленных характеристиками ведущего ритма, а
именно:
1. Частотой ритма (быстрый или замедленный альфа — ритм);
2. Синхронностью ритма (синхронный или десинхронный);
3. Симметричностью амплитуды ритма;
4. Уровнем регистрируемой на ЭЭГ реакции на открывание глаз (большая или малая);
5. Распространенностью в передние области (выраженная или невыраженная).
В связи с гораздо большей вариабельностью частот в ЭЭГ детей, чем в более зрелом возрасте, были определены границы доминирующего ритма, ниже которых ЭЭГ следует рассматривать как ненормальную (Зенков Л.Р., 1996) (табл.1)
Табл.1 Граничные значения частоты доминирующего ритма у детей
| Возраст (годы) | Частота волн (Гц) |
| 1 | >5 |
| 3 | >6 |
| 5 | >7 |
| 8 | >8 |
Процентная встречаемость некоторых вариантов активности в детском и юношеском возрастах так же была освещена в ряде работ (Н.С. Галкина, 1973; Л.Р. Зенков, М.А. Ронкин, 1991) (табл.2).
Табл.2. Представленность некоторых вариант ЭЭГ в здоровой популяции в зависимости от возраста.
| Вид активности | 1-15 лет (%) | 16-21 год(%) |
| Медленная диффузная активности более 5 OmkB и более 30% времени | 14 | 5 |
| Медленная ритмическая активность в задних отведениях | 25 | 0,5 |
| Эпилептическая активность, вспышка ритмичных медленных волн | 15 | 5 |
| «Нормальная» ЭЭГ | 68 | 77 |
Рядом исследователей подчеркивается, что вышеуказанные характеристики ЭЭГ в процессе созревания головного мозга должны учитываться при дифференциальной диагностике патологического процесса (эпилепсии), поскольку присутствие тета- и дельта волн на ЭЭГ, в частности, являющееся нормой для маленького ребенка, на ЭЭГ взрослого говорит о патологических изменениях в деятельности мозга (Д.А.
Фарбер, В.В. Алферова, 1972; Н.С. Галкина, 1973; Л.Р. Зенков и др, 1989). В современной медицинской практике электроэнцефалографические исследования позволяют правильно установит диагноз эпилепсии, провести дифференциальную диагностику с неэпилептическими пароксизмальными состояниями, способствуют определению типа припадка, локализации фокуса эпилептической активности и во многих случаях позволяет оценить динамику пароксизмальной активности. В настоящее время очевидно, что интенсивность и распространенность эпилептической активности на ЭЭГ находится в существенной зависимости от функционального состояния мозга в цикле сон-бодрствование (А.М. Вейн, 1974; А.М. Вейн, Т.Г. Вознесенская, В.Л. Голубев, 1991). Проведение электроэнцефалографических исследований при эпилепсии при различных функциональных состояниях мозга значительно расширяет ее диагностические возможности (Р.Г. Биниауришвили и др, 1985; Г.В. Селицкий, Н.Е. Свидерская, 1986). Эпилептическая активность у больных эпилепсией разделяется на иктальную (связанную с припадками) и интериктальную, т.е. эпилептическую активность в межприступном периоде. Иногда иктальная активность идентична отмечающейся в интериктальном периоде. Тем не менее, чаще интериктальная активность отличается от эпилептической в момент припадка. Эпилептическая активность различна при разных типах припадков. Поэтому знание особенностей электрической активности мозга во время эпилептического припадка имеет большое патофизиологическое и диагностическое значение (позволяет дифференцировать виды припадков) (А.М. Киселева 1971; П.М. Сараджишвили, Т.Ш. Геладзе, 1977). В целом ЭЭГ при эпилепсии необходимо оценивать по:• наличию специфической эпилептической активности, ее характеру, локализации, степени генерализации;
• наличию неспецифических аномальных пароксизмальных разрядов в различных частотных диапазонах;
• характеру и степени синхронизации физиологического фонового ритма, характеру самого ритма;
• реакции электроэнцефалографических феноменов на афферентную стимуляцию различной модальности и по их изменениям на функциональные нагрузки.
К специфической эпилептической активности относятся спайки, острые волны, комплекс острая - медленная волна.
Пик (spik) - пикообразный потенциал, представляющий собой изолированную волну, хорошо выделяющуюся из фоновой ритмики, длительностью 20 - 70 мс (Chartian et al, 1974). Пик имеет отчетливую негативность. Амплитуда ритма зависит от отношения эпилептического очага к поверхности коры, от степени синхронизации эпилептической активности и ориентации диполя источника тока по отношению к регистрирующим электродам (Gloor, 1975). Спайки редко регистрируются лишь в одном отведении. Распределение электрического поля при генерации спайков так велико, что они обычно регистрируются под несколькими электродами, расположенными по соседству (Maulsby 1971). Большинство спайков или острых волн, имеющих эпилептический характер, сопровождаются одной или серией медленных волн.
Давно доказано, что острая волна имеет период колебаний от 70 до 200 мс, с преобладанием негативной фазы (H. Jasper, 1941). Важно разграничить острые колебания и вертекс-потенциалы. Вертекс-потенциал не относится к эпилептическим видам активности, является компонентом ориентировочной реакции и проявляется в центральных областях коры. Усиленный вертекс потенциал указывает на дисфункцию мезодиэнцефальных структур мозга (Н.К. Благосклонова, 1987).
Комплекс пик - волна - комплекс двух волн, одна из которых имеет длительность менее 80 мс (спайк), а другая 200 - 500 мс. Иногда отмечается комплекс острая волна - медленная волна.
Отмеченные виды эпилептической активности могут иметь изолированный характер, указывая на наличие очага патологической активности, или диффузно распространяются по коре в виде чередующихся или ритмических разрядов. Они могут быть асимметричными или билатеральносинхронными (Н.К. Благосклонова, 2000; М. Avoli, 1985; A.W. De-Weerd, W.F. Arts, 1993).
Кроме того, при эпилепсии на ЭЭГ наблюдается ряд неспецифических изменений. Так, часто регистрируется определенная склонность к усилению синхронизации физиологических ритмов ЭЭГ с тенденцией к заострению вершин колебаний. Обнаружение этих явлений не служит прямым указанием на наличие заболевания, хотя подобные феномены расцениваются как условноэпилептиформные изменения (П.А. Темин, М.Ю. Никанорова, 1997).
При эпилепсии на ЭЭГ отмечаются различные изменения всех ритмов. Так, может отмечаться гиперсинхронный альфа-ритм с выраженной заостренностью вершин с амплитудой до 70 - 150 мкВ. Степень выраженности этого ритма на ЭЭГ при эпилепсии находится в большой зависимости от ее характера. Показано, что у больных эпилепсией бодрствования и у больных с абсансами отмечается увеличение амплитуды ритма (А.М. Вейн 1980), тогда как у больных височной эпилепсией и с ночными генерализованными припадками - уменьшение амплитуды.
В норме амплитуда бета—ритма обычно не превышает 15 мкВ (Э. Парайц, Й. Сенаши 1980; Ю.И. Александров 1997). Условно эпилептиформной активностью считается бета-ритм амплитудой более 20 мкВ. Обычно он представлен в виде веретен, часто распространяющихся за пределы нормальной его локализации (лобно-центральной области). Поскольку он имеет относительно высокую частоту (14 — 40 Гц), увеличение его амплитуды приводит к преобразованию ритма в группы острых волн. Следует отметить, что гиперсинхронный бета-ритм с амплитудой более 40 мкВ рассматривается как явно патологический феномен (Л.Р. Зенков 1996; В.В. Гнездицкий 1999).
Тета-ритм при эпилепсии характеризуется частотой 4 - 6 Гц и амплитудой свыше 40 мкВ, что превышает амплитуду нормальной электрической активности мозга, достигая при некоторых формах болезни 300 мкВ и более. При частоте 0,5 - 3 Гц, амплитуда дельта-ритма такая же, как и у тета-ритма (М. Avoli, 1985; A. Gambardella et at, 1995). Тета- и дельтаколебания могут отмечаться в небольшом количестве и при амплитуде не превышающей амплитуду альфа-ритма, встречаться на ЭЭГ взрослого бодрствующего человека. В этом случае они указывают на определенное снижение уровня функциональной активности мозга. Патологическими считают ЭЭГ, содержащие тета и дельта колебания, превышающие по амплитуде 40 мкВ и занимающие более 15% от общего времени регистрации (Н.С. Галкина 1973, Н.К. Благосклонова 1994).
Наиболее просто вопрос о наличии или отсутствии эпилепсии решается при обнаружении на ЭЭГ несомненно эпилептической активности. В случае отсутствия на ЭЭГ эпилептиформных проявлений используют различные способы провокации эпиактивности с помощью функциональных нагрузок, главными из которых являются ритмическая фотостимуляция и гипервентиляция (И.С. Егорова 1973, Л.Р. Зенков 1996, Р.Г. Биниауришвили и др. 1985).
Световая ритмическая стимуляция с разной частотой вызывает появление на ЭЭГ ритмических ответов разной степени выраженности, повторяющих ритм световых мельканий. Характер и степень выраженности реакции усвоения ритма в детском возрасте меняется по мере того, как
происходит созревание нервных элементов коры и повышается активирующее влияние РФ среднего мозга. В результате нейродинамических процессов на уровне синапсов, кроме однозначного повторения ритма мельканий, на ЭЭГ могут наблюдаться явления преобразования частоты стимуляции, обычно в четное число раз (К.И. Погодаев, 1986). Примечательно, что в любом случае возникает эффект синхронизации активности мозга с внешним датчиком ритма. В норме оптимальная частота стимуляции для выявления максимальной реакции усвоения лежит в области собственных частот ЭЭГ, составляя 8 - 20 Гц, амплитуда не превышает обычно 50 мкВ (W.M. Burnham, 1985; S.L. Moshe, 1993).
Характерной особенностью мозга при эпилепсии является повышенная склонность к реакциям возбуждения и синхронизации нейронной активности. В связи с этим на определенных, индивидуальных для каждого обследуемого частотах мозг больного эпилепсией дает гиперсинхронные высокоамплитудные ответы, называемые иногда фотоконвульсивными реакциями. Вовлекаясь по механизму резонанса в ритмическую активность, ответы на ритмическую стимуляцию в ряде случаев возрастают по апмлитуде, приобретают сложную форму спайков, острых волн, комплексов спайк - волна и других эпилептических феноменов (Г.И. Владимирова 1979, Л.Р. Зенков 1991).
В некоторых случаях электрическая активность мозга при эпилепсии под влиянием мелькающего света приобретает авторитмический характер самоподдерживающегося эпилептического разряда независимо от частоты стимуляци, вызвавшей его. Разряд может продолжаться после прекращения стимуляции и иногда переходить в малый или большой клинический эпилептический припадок. Такого рода эпиприпадки называются фотогенными (А. И. Болдырев, 1984).
Особое значение приобретает оценка реакции на гипервентиляцию. Так же как и фотостимуляция, она используется для выявления патологической активности на ЭЭГ. Было выявлено, что у большого числа больных эпилепсией гипервентиляция уже в первые минуты приводит к появлению и усилению эпиактивности с высокоамплитудными медленными и острыми волнами, комплексами спайк-волна, усилению и генерализации локальных эпилептических проявлений (О. Foerster, 1924; F. Gibbs et at, 1935, 1943).
Обследования здоровых людей показали различный характер ответов мозга на гипервентиляцию в зависимости от возраста. У детей моложе 12 - 15 лет гипервентиляция уже к концу первой минуты приводит к замедлению ритмики ЭЭГ, нарастающему в процессе дальнейшей гипервентиляции одновременно с увеличением амплитуды колебаний. Начиная с 3-летнего возраста, изменения на ЭЭГ во время гипервентиляции нарастают и становятся максимально выраженными в 8-11 лет. После 11 лет идет постепенное снижение выраженности реакции на гипервентиляцию. Вообще же, эффект гиперсинхронизации ЭЭГ в процессе гипервентиляции выражен тем отчетливее, чем моложе обследуемый (Т.С. Barnes, M.D. Amorso, 1947; О. Eeg-Olofsson, 1970; Г .Джаспер, У. Пенфилд, 1958; А.С. Петрухин, 2000).
У здоровых взрослых изменения, проявляющиеся на ЭЭГ, оказывается значительно более резистентными к гипервентиляции. В большинстве случаев на ЭЭГ взрослых при гипервентиляции визуальная оценка не выявляет значительных изменений, за исключением небольшого увеличения амплитуды основного ритма (А.И. Болдырев, 1984; Е.А. Жирмунская,. 1991; J.C. Stoddart 1967)
Необходимо отметить, что у детей до 15 - 16 лет появление регулярной медленной высокоамплитудной генерализованной активности при гипервентиляции является нормой. Билатерально-синхронная дельтаактивность характерна для детей до 10 лет; она резко снижается после 10- летнего возраста. Выраженность тета-активности постепенно снижается при переходе от детского к подростковому, а далее к взрослому возрасту. Такая же реакция может наблюдаться у молодых (до 30 лет) взрослых. Появление у взрослых при гипервентиляции билатерально - синхронных медленных волн, не сочетающихся с острыми волнами и не имеющих характера вспышек гиперсинхронной активности, не свидетельствует об эпилептическом заболевании, а может быть показателем дисфункции стволовых структур и вегетативной нервной системы (М.Е. Drake, Е. Miles, 1986; J. Hughes, J. Cayaffa, 1977).
Давно известно, что эффект гипервентиляции связан с церебральной гипоксией, развивающейся вследствие рефлекторного спазма артериол и уменьшения мозгового кровотока в ответ на повышение содержания углекислого газа в крови (Х.Х. Яруллин 1967; F. Gibbs et at, 1935; J.C. Stoddart 1967).
Экспериментальные данные показывают, что гипоксия приводит к деполяризации мембраны нейронов, повышению их возбудимости и общему деполяризационному сдвигу в коре, с чем и связано провоцирование патологической активости при эпилепсии (В.М. Окуджава 1969, К.И. Погадаев 1986; H. Davis, W. Wallas, 1942).
Таким образом, применение гипервентиляции во время записи ЭЭГ позволяет выявить скрытую патологическую активность, определить локализацию эпилептического фокуса и в некоторых случаях уточнить характер эпилептических приступов.
Взаимосвязь изменений электрической активности головного мозга, регистрируемых на электроэнефалограмме, с изменениями, происходящими с другими системами организма, остается во многом невыясненной.
1.2.