Курсач Мой по Мобсу (1040401), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Для исследования пространственных отношений электрической активности коры большого мозга был сконструирован прибор — электроэнцефалоскоп, позволяющий одновременно наблюдать электрическую активность 50 или 100 точек. С помощью электроэнцефалоскола был выявлен ряд закономерностей в пространст­венном протекании биоэлектрических процессов. Метод электроэнцефалоскопии был применен для анализа ЭЭГ здорового челове­ка и больных с очаговыми поражениями мозга

Впервые вопрос о возможности применения корреляционного метода к ЭЭГ был поставлен Н. Винером в 30-х годах и разрабо­тан им в сотрудничестве с физиологами и физиками Массачусетского технологического института. Следует сказать, что не­зависимо от американских исследователей, еще до их первых пуб­ликаций, корреляционный анализ ЭЭГ применили японские фи­зиологи, проводившие весь корреляционный анализ с по­мощью очень трудоемкой обработки кривых вручную.

Частотный и автокорреляционный анализы в своем конечном выражении — спектре мощности — теоретически эквивалентны. Выбор типа анализа зависит от конкретных физиологических за­дач. Так, если ставится вопрос о временных соотношениях процес­сов, то целесообразно использовать корреляционный анализ. Если же ставится вопрос о наличии или отсутствии в процессе тех или иных частот, то можно пользоваться частотным анализом.

При корреляционном анализе производится исследование из­менений процесса во времени [15].

Более того, корреляционный анализ ЭЭГ позволяет выявить и количественно оценить следующие стороны процесса: 1) наличие или отсутствие в ЭЭГ периодического (или квазипериодического) процесса; 2) период ритмических колебаний; 3) устойчивость периодики; 4) при кросскорреляции — определить временные отношения двух процессов по их фазовому сдвигу или сдвигу максимума кросскор-реляционной функции; 5) количественно оценить степень связи или сходства двух процессов ЭЭГ. Здесь необходимо отметить, что вычисление корреляционной функции ЭЭГ, в частности взаимной или кросскорреляции, а также, как это будет показано ниже, ко­герентности электрических колебаний потенциала не эквивалент­но вычислению попарной корреляции амплитудных изменений в двух ЭЭГ, получаемой на основании данных энцефалоскопа.

При вычислении когерентности выявляются общие для двух ЭЭГ колебания, исходящие из единого источника, проводится оценка сходства по сравнению с остальными колебаниями даже совпадающей частоты, происходящими из другого источника. При корреляции амплитудных изменений двух ЭЭГ (по данным энце­фалоскопа и других подобных приборов) сравниваются все коле­бания не только общей частоты, но и разного периода, возникшие на кривой ЭЭГ в данный момент измерения, т. е. может быть про­ведено сравнение увеличения амплитуды α-волны с падением δ-волны.

С применением корреляционного анализа ЭЭГ было показано, что α-ритм фоновой активности ЭЭГ и ритмика с частотой альфа, возникающая в форме разряда последействия в ответ на световое раздражение, развиваются независимо друг от друга, между ними нет фазовой связи.

Среди математических методов анализа ЭЭГ внимание исследо­вателей привлекает метод вычисления спектров мощности, взаим­ных спектров и комплексной функции когерентности.

Спектр мощности отражает энергию каждой из частотных со­ставляющих данной ЭЭГ. В каждой же ЭЭГ имеется, как правило, не одна, а несколько различно выраженных частотных составляю­щих. Вычисление спектра мощности позволяет выделить с боль­шой точностью частотные составляющие каждого процесса ЭЭГ и показать веса разных частотных компонентов. Взаимные спект­ры дают количественные оценки связанности отдельных частотных составляющих ЭЭГ двух областей [13].

Частотный анализ.

Частотный анализ биопотенциалов мозга, в данном случае, производится при помощи электроэнцефалографического комплекса «Биофизприбор», который включал 8-канальный электроэнцефалограф, 8-канальный анализатор с широкополосовыми фильтрами, 8-канальный интег­ратор.

Анализатор имеет набор из 6 полосовых фильтров, в каждом 8 каналов с соответствующими значениями граничных частот: фильтр «δ» — 0,35—4,2 Гц; фильтр «θ» —4,6—7,4 Гц; фильтр «α» —7,7—13,4 Гц; два фильтра диапазона β-волн—«β₁ » (низ­кий) — 13,7—21 Гц и «β₂ » (высокий) — 21—30 Гц; фильтр «γ» — 31—70 Гц. Фильтры избирательно выделяют только те ко­лебания ЭЭГ, частоты которых соответствуют полосе пропускания. Выходные сигналы фильтров характеризуют колебания в частот­ных полосах физиологических ритмов. Ширина полосы пропуска­ния фильтром позволяет осуществлять анализ за короткие отрезки времени. Эпоха анализа сокращается до долей секунды (фильтр имеет небольшое время установления — постоянная времени со­ставляет примерно 0,13 с). Фильтры обладают высокой селектив­ностью.

Каждому каналу анализатора соответствует канал интеграто­ра. Принцип его работы: измеряемые биопотенциалы подвергают­ся двухполупериодному выпрямлению, и выпрямленное напряже­ние поступает на интегратор. Последний измеряет суммарную биоэлектрическую активность пропорционально накопленному за эпоху анализа электрическому заряду. Интегратор с импульсным отсчетом отмечает определенные порции электрического заряда и соответственно этому посылает отметки на осциллограммы или на цифровой счетчик. Показания интегратора, отмечающиеся на циф­ровых электромеханических счетчиках, дают возможность опреде­лять средние значения амплитуд выделенных ритмов или ЭЭГ за любые более или менее длительные периоды времени, заданные заранее, и получать непосредственное цифровое выражение результатов анализа.

Показания интегратора приводятся в его относительных еди­ницах, поскольку для оценки каждой ЭЭГ важно количественное соотношение выраженности ритмов разных диапазонов. При по­стоянном значении единицы интегратора и при одинаковом коэф­фициенте усиления имеется возможность сравнения средней ак­тивности ритмов в ЭЭГ разных отведений, а также в ЭЭГ разных людей. В ряде исследований вычислялись в процентах выражен­ности ритмов в каждой из исследованных областей, а также про­центное отклонение в случае патологии того или иного ритма от среднего уровня в норме.

В одном из каналов анализатора предусмотрена возможность исследования частоты в любом из диапазонов ритмов с помощью периодметра. Действие периодметра основывается на измерении длительности отдельных периодов колебаний. На осциллограмме периодметр регистрирует соответственно каждой волне исследуе­мого диапазона импульс, высота которого пропорциональна дли­тельности периода волны.

На рис. 10 приведены данные частотного анализа ЭЭГ здорового человека. Видно, что ЭЭГ содержит колебания всех диапазонов, выраженность которых раз­лична; наибольшая выраженность — в диапазоне а-ритма.

При анализе ЭЭГ здоровых и больных людей эпоха анализа была выбрана длительностью в 5 с. Оценка средних значений фо­новой ритмики производилась усреднением значений 5—10 заме­ров интегратора.

Для оценки изменений средней суммарной активности во вре­мя раздражений и в последействии вычислялось ее отношение к активности в фоне непосредственно перед раздражением, причем последняя принималась за 100%. Изменения показателей интегра­тора во время раздражения и в последействии оценивались в про­центах [16].

Корреляционный анализ

Корреляционный анализ ЭЭГ производится с помощью ав­томатического коррелографа (конструктор Е. Н. Бурашников).

Принцип действия коррелографа состоит в предварительной записи напряжения биотоков на магнитную пленку и последую­щем автоматическом вычислении авто- или кросскорреляционной функции для выбранного отрезка записи.

Технические характеристики коррелографа: 1) число каналов записи и воспроизведения — два; 2) спектр частот анализируемых сигналов — от 0 до 1000 Гц; 3) максимальное время задержки τ_max — 2,56 с; 4) среднеквадратическая ошибка измерений ±15% от значения корреляционной функции при τ=0, вычисление про­изводится для дискретных значений аргумента в соответствия с формулой:

где Т – время интегрирования, ∆τ – шаг дискретизации по времени, κ·∆τ – аргумент корреляционной функции.

Результат интегрирования в виде постоянного напряжения, пропорционального значению корреляционной функции, поступа­ет на электронный потенциометр и фиксируется в виде точки на диаграммной ленте. После этого величина аргумента автоматиче­ски изменяется на заранее заданную величину, и процесс вычис­ления повторяется.

Корреляционный анализ биото­ков после предварительной фильтрации позволяет увеличить точность вычисления функций отдельных периодических и квазипериодических составляющих, имеющихся в ЭЭГ, и уменьшить вре­мя вычисления [20].

Шаг задержки, который применялся при обработке электри­ческой активности мозга, был различным в зависимости от того, какой ритм исследовался. При анализе полной ЭЭГ применялся шаг задержки (∆τ), равный 10 мс. При обработке выделенных фильтрами диапазонов частот в зависимости от полосы ритмов шаг задержки был различным: при анализе α-ритма, так же как и при полной ЭЭГ, он составлял 10 мс; при анализе β-ритма — 5 мс; при обработке выделенного θ-диапазона — 20 мс; при обработке δ-диапазона — 40 мс. При определении шага задержки для обра­ботки процесса исходили из того, чтобы на период колебания ос­новной частоты приходилось по крайней мере 10 точек вычислен­ной корреляционной функции.

При корреляционном анализе весьма существенным является выбор длительности интервала наблюдения. Корреляционная функция может быть вычислена точно лишь в случае бесконечно большой величины интервала наблюдения. При исследовании ЭЭГ физиологи всегда стремятся сократить время наблюдения, так как особенности динамики нервных процессов, отраженные на ЭЭГ, имеют свои закономерности.

На основании проведенных исследований с различными интервалами наблюдения ЭЭГ человека, мы избрали интервал на­блюдения, равный 10 с, который использовался как при обработке фоновой записи полной ЭЭГ и выделенных диапазонов ритмов, так и во время действия раздражений.

Для сравнения значения корреляционных функций разных по амплитуде ЭЭГ или электрограмм выделенных ритмов производи­лось нормирование: максимальное значение автокорреляционных функций всех анализируемых ЭЭГ и выделенных частот приводи­лось к одинаковой величине отклонения от нулевой линии на коррелограмме.

При корреляционном анализе можно вычислять автокорреля­ционную и кросскорреляционную (или взаимно-корреляционную) функции ЭЭГ. Использование корреляционного метода для анали­за ЭЭГ обусловлено тем, что построение автокорреляционных функций является наибо­лее мощным средством вы­деления гармонических ко­лебаний в случайном про­цессе. Вычисление кросскорреляционной функции двух ЭЭГ позволяет опре­делить степень связи про­цессов в разных точках мозга и выделить перио­дические составляющие, общие для обеих ЭЭГ [12].

На рис. 11 в качестве примера раз­ных форм автокоррелограммы (АКГ) приводятся: верхняя АКГ, вычисленная для ЭЭГ затылочной области обследуемого «без α-ритма», средняя — для ЭЭГ затылочной области с отчетливой пе­рестройкой в ритме подаваемых мельканий 12,5 Гц, нижняя — для ЭЭГ затылочной области с хорошо выраженным α-ритмом.

При автокорреляционном анализе выделенных полосовыми фильтрами диапазонов физиологических ритмов форма АКГ из­меняется соответственно соотношению в них случайных (неперио­дических) и квазипериодических колебаний.

Кросскорреляционный анализ ЭЭГ дает принципиально новые возможности оценки процессов двух точек мозга — позволяет ко­личественно оценить степень сходства процессов или их связи, выявить общие компоненты и их соотношение, а также временные отношения разных ритмов. Вычисление кросскорреляционной функции двух ЭЭГ позволяет ближе подойти к раскрытию меха­низмов и путей функциональных связей между активностью раз­ных отделов мозга.

Спектральный анализ

Характеристики

Список файлов курсовой работы