Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время наиболее распространенным неинвазивным методом исследования головного мозга является электроэнцефалография (ЭЭГ). Она широко используется для изучения физиолопіческих процессов, протекающих в головном мозгу, и для диагностики неврологических заболеваний (Гнездицкий, 2004; Coburn et al., 2006).
Наряду с этим, в 70-х годах начал развиваться метод магнитоэнцсфалографии (МЭГ) (Холодов и др., 1987; Sarvas, 1987), который основан на измерении и регистрации очень слабых магнитных полей, создаваемых нейронами головного мозга при взаимном обмене ими электрическими сигналами. Регистрация магнитной составляющей электромагнитного поля головного мозга стала осуществляться благодаря успехам физики низких температур и сверхчувствительной магнитометрии (Введенский, Ожогин, 1982; Cohen, 1968; Williamson, Kaufman 1981).
Магнитные поля, вызванные источниками в объеме мозга, очень слабы. Постоянное магнитное поле Земли примерно в 108 раз больше магнитной активности мозга. Очень низкая сила магнитного сигнала на поверхности головы требует применения сверхчувствительных приборов для их регистрации.
МЭГ метод исследования наряду с ЭЭГ начал применяться для физиологических исследований работы мозга. Например, используя некоторые Методы обработки результатов измерения магнитных полей, Nunez, (2006) оценивал динамику изменений активности головного мозга в состоянии покоя, а также под действием различных раздражителей.
В последние годы стала использоваться регистрация МЭГ при некоторых заболеваниях ЦНС (эпилепсия, болезнь Альцгеймера, множественный склероз, болезнь Паркинсона). Однако четких специфических показателей для различных мозговых патологий в МЭГ пока не обнаружено. А самое главное, не разработана методология параметризации и объективной оценки магнитоэнцефалограммы.
Мапштоэнцефалография могла бы иметь по сравнению с электроэнцефалографией ряд преимуществ (Ossenblock et al, 2007). Главное из них - это возможность определения точной локализации источника изменённой активности. Большая точность МЭГ по сравнению с ЭЭГ (Гнездицкий, 2004) связана с тем, что кости черепа и мозговые оболочки практически не оказывают влияния на величину магнитного поля, будучи «прозрачными» для магнитных силовых линий. Поэтому магнитное поле, в сравнении с электрическим, испытывает значительно меньшие искажения на внутричерепных неоднородностях и покрывающих тканях. Это позволило бы с более высокой точностью регистрировать активность не только поверхностно расположенных корковых структур, но и глубоких отделов мозга. Таким образом, МЭГ могла бы стать эффективным методом для
трехмерной локализации электрической активности. Кроме того, МЭГ - это бесконтактный метод регистрации, что делает его более комфортным для испытуемого.
Однако в настоящее время всё ещё остаются не разработанными методы и критерии анализа МЭГ, подобные тем, какие существуют в электроэнцефалографии, что привносит существенные ограничения для использования МЭГ. Если при исследовании ЭЭГ, широко используются не только визуальный, но и компьютерный анализ биоритмов мозга (Кулаичев, 2002), то визуальный анализ МЭГ сильно затруднён, а объективные критерии анализа МЭГ вообще отсутствуют, что не позволяет широко и эффективно использовать МЭГ в экспериментальной и лечебно-диагностической практике.
Поэтому важнейшей задачей на современном этапе развития МЭГ является разработка объективных критериев и математических методов анализа и расшифровки магнитных энцефалограмм.
Решение этой важнейшей задачи в перспективе открывает возможность исследования функции различных мозговых структур и диагностики заболеваний нервной системы.
Цели исследования: Провести объективный анализ магнитных полей головного мозга для изучения различных функциональных состояний.
Задачи исследования:
-
Разработать комплексный метод и выделить параметры исследования магнитной энцефалограммы для изучения нормальной и патологической активности головного мозга человека.
-
Исследовать магнитные поля головного мозга здорового человека в отсутствие раздражителей и при подаче аудио стимула.
-
Изучить возможность точной локализации источника биомагнитного сигнала в мозге по данным МЭГ.
-
Исследовать стохастическую динамику биомагнитного сигнала в норме и при патологии.
Научная новизна и практическая значимость: В ходе диссертационного исследования был разработан новый комплексный метод анализа пространственно-временной организации магнитной активности головного мозга. Данный метод, использующий спектрально-корреляционный математический аппарат, позволяет проводить эффективный и оперативный анализ большого объема биомагкитных данных. На этой основе проведено изучение изменений мощности сигнала МЭГ в различных областях головного мозга человека.
Полученные экспериментальные данные о пространственной структуре источников биомагнитной активности несут в себе информацию об активности различных структур головного мозга человека. Эти данные так же открывают перспективу для проведения диагностики заболеваний мозга на ранних стадиях развития.
Положения, выносимые на защиту:
-
Показано, что для магнитного поля мозга здорового человека характерно отсутствие фиксированных областей с постоянной локализацией устойчивого источника повышенной активности. Регистрируемая активность кратковременна (несколько мс) и возникает в различных участках мозга, причем в подавляющем большинстве случаев регистрируемый источник находится в коре больших полушарий.
-
Разработана методология комплексного исследования магнитной энцефалограммы мозга человека, основанная на регистрации МЭГ, МРТ и спектрально-корреляционном анализе.
-
Выявлено, что при предъявлении звукового стимула моноурально слева, у испытуемого регистрируются источники повышенной магнитной активности, как в правой, так и в левой височных долях. При фильтрации сигнала на частоте 10 Гц источник повышенной магнитной активности выявляется в левом полушарии, а на частоте 20 Гц - в правом.
-
Комплексный анализ биомагнитного сигнала позволяет достичь точности локализации источника магнитной активности мозга до 2-5 мм.
-
Обнаружено, что у пациентов, страдающих болезнью Паркинсона, источники повышенной магнитной активности, появляются последовательно в мозжечке, в варолиевом мосту, в районе черной субстанции, в базальных ганглиях (хвостатое ядро).
-
Выявлено, что динамика магнитного сигнала головного мозга может служить индикатором функциональной активности мозга человека.
-
Создана и зарегистрирована в Роспатенте компьютерная программа "SpectraMEG" для проведения анализа магнитной энцефалограммы.
Апробация работы: Материалы диссертационной работы докладывались на одной зарубежной (США) и шести российских конференциях.
Публикации: Основные материалы диссертации опубликованы в 13 печатных работах. В том числе: статьи в рецензируемых журналах — 4, статьи в журналах из списка ВАК - 3, свидетельство о регистрации программы для ЭВМ — 1, статьи в сборниках - 3, тезисы докладов конференций - 5.
Объем и структура диссертации: Диссертация изложена на 107 страницах печатного текста и состоит из введения, обзора литературы, главы с описанием методики исследования, главы, содержащей изложение результатов, обсуждения результатов, выводов, списка литературы. Работа иллюстрирована 50 рисунками и 1 таблицой. Библиографический список включает 175 источников в т.ч. 61 на русском языке и 114 на иностранном языке.
Похожие диссертации на Спектрально-корреляционный анализ магнитных энцефалограмм при различных функциональных состояниях головного мозга
