Магнитоэнцефалография (мэг): сущность метода исследования головного мозга с максимальной точностью

Ученые представили прототип носимого магнитоэнцефалографа

Wellcome Trust / YouTube

Британские исследователи создали носимый магнитоэнцефалограф — прибор для визуализации работы нейронов путем измерения магнитных полей, возникающих вследствие электрической активности головного мозга. Устройство работает на оптических магнитометрах и позволяет точно визуализировать мозговую активность даже при движениях головой. Разработка описана в статье, опубликованной в Nature.

В XX веке появилось множество устройств, позволяющих визуализировать активность головного мозга. Использованные в их основе методы, во-первых, отличаются принципом действия: например, ЭЭГ считывает электрическую активность нейронов, а функциональная МРТ работает благодаря реакции насыщенной кислородом крови на магнитное поле сканера.

Во-вторых, эти методы отличаются пространственным и временным разрешением: например, у того же ЭЭГ высокое временное разрешение (электроды позволяют считывать немедленную активность отдельных популяций нейронов) и низкое — пространственное (количество электродов ограничено, поэтому определить область активации с точностью до миллиметра, как это можно сделать при использовании фМРТ, нельзя).

Обратите внимание

Разные методы нейровизуализации подходят под разные исследовательские задачи, но объединяет их одно — протокол использования. Все существующие на данный момент устройства для изучения мозговой активности требуют минимальной подвижности участников эксперимента.

Например, при фМРТ-эксперименте необходимо продолжительное (из-за низкого временного разрешения) нахождение в сканере, а при магнитоэнцефалографии двигать головой, находящейся в специальном «шлеме», практически невозможно.

Усидчивости требует и ЭЭГ: используемые электроды очень чувствительны и процесс обработки полученных сигналов не обходится без «чистки» артефактов движения.

Конечно, перечисленные ограничения не останавливают ученых; они, однако, сильно ограничивают их возможности.

Например, необходимость продолжительное время находиться без движения не позволяет (или позволяет, но ограниченно) использовать в качестве участников исследований маленьких детей и животных. Кроме того, осложняется и изучение активности мозга при ежедневной деятельности.

Один из способов нейровизуализации, не ограничивающий движения, — это имплантируемые в мозг электроды, которые часто используют для мониторинга активности мозга пациентов с эпилепсией, а также в исследованиях с участием лабораторных животных.

Ограничение этого метода очевидно: он полностью инвазивен.

Именно поэтому сейчас одна из основных задач инженеров, занимающихся разработкой подобных устройств, — создание неинвазивного и точного метода нейровизуализации, минимально чувствительного к артефактом движения.

В качестве прототипа для создания носимого устройства группа ученых из Ноттингемского университета под руководством Мэттью Брукерса (Matthew Brookers) выбрала магнитоэнцефалограф (МЭГ).

Важно

Технология, лежащая в основе такого устройства, позволяет визуализировать активность мозга путем измерения магнитного поля, возникающего вследствие электрической активности нейронов.

Обычно для этого используются сверхпроводящие квантовые интерферометры (или СКВИДы) — сверхчувствительные магнитометры, измеряющие очень слабые магнитные поля. Такой метод обладает высоким временным (до миллисекунды) и пространственным (до пяти миллиметров) разрешением.

СКВИДы, однако, могут работать только при температуре, близкой к абсолютному нулю, для чего в магнитоэнцефалографе используется жидкий гелий или азот. Кроме того, МЭГ должны стоять в специальных комнатах, изолированных от магнитного поля Земли.

Вместо СКВИДов для создания носимого МЭГ ученые использовали магнитометры на щелочных металлах с оптической накачкой (optically pumped magnetometer — OPM). Такие магнитометры состоят из герметичной ячейки с парами щелочного металла (например, рубидия) и высокоточного фотометра.

Колебания магнитного поля меняют оптические свойства пара, что фиксирует фотометр. Они не уступают в чувствительности СКВИДам, но при этом не требуют дорогих и сложных систем охлаждения. Отсутствие охлаждения позволяет магнитометрическому устройству прилегать к голове, что снижает артефакты движения.

Все устройство состояло из 13 сенсоров, с помощью которых ученым удалось визуализировать активность соматосенсорной коры головного мозга при движениях указательным с точностью, не уступающей стандартному магнитоэнцефалографу, даже в том случае, когда участница исследования двигала головой, пила кофе и играла в пинг-понг.

Визуализация мозговой активности при использовании носимого МЭГ в (a) статичном положении и (b) при движении в сравнении с данными, (c) полученными со стандартных СКВИДов

Brookes et al. / Nature 2018

По мнению создателей устройства, создание носимого магнитоэнцефалографа поможет не только расширить поле исследований нейронной активности здоровых людей, но и также будет полезно для изучения работы мозга пациентов, страдающих от различных неврологических и нейродегенеративных заболеваний, таких как эпилепсия или болезнь Альцгеймера.

Носимый магнитоэнцефалограф — не первая попытка создания компактного переносного прибора для нейровизуализации. В 2016 году инженеры из Калифорнийского института в Сан-Диего представили беспроводной 64-канальный энцефалограф: все устройство помещается в одном шлеме, а для электродов не требуется смазка проводящим гелем.

Елизавета Ивтушок

Источник: https://nplus1.ru/news/2018/03/21/moving-meg

Электромагнитное исследование мозга с помощью ЭЭГ и МЭГ

Электроэнцефалография (ЭЭГ) и магнитоэнцефалография (МЭГ) – методы электромагнитного исследования мозга. Они регистрируют сигналы, возникающие при электрической активности нейронов. Нейрональные импульсы создают диполярную электрическую циркуляцию в мозге.

Диполь – это источник электричества с двумя полюсами, отрицательным и положительным. Внутри нейрона электрический ток идет от дендритов к телу клетки (это называется постсинаптическим потенциалом) и дальше, от тела, вдоль аксона (это называется потенциалом действия).

Такие внутриклеточные потоки невозможно обнаружить за пределами мозга, но, к счастью, извне в клетку идет обратный, или объемный, ток, который завершает электрическую цепь. Обратный ток течет вне нейронов, назад, к противоположному электрическому полюсу.

Обратные токи свободно текут в мозге и непредсказуемо распространяются по его тканям, потому что идут по нерегулярным путям, определяемым наименьшим электрическим сопротивлением внутри мозга .

Иногда обратные токи достигают черепа и проходят сквозь него в скальп.

Совет

Присоединив к скальпу электроды ЭЭГ, можно обнаружить эти слабые электрические токи в виде волн электрической активности мозга. Изменения в электрическом потенциале волн можно очень точно измерить во временном отношении, до миллисекунд (временно е разрешение ЭЭГ – одна тысячная секунды).

К сожалению, чрезвычайно сложно точно определить, в какой области мозга находятся нейроны, активность которых создала зарегистрированные волны, ведь прежде чем дойти до электродов на скальпе, токи, как правило, проходят в мозге длинный и непредсказуемый путь, и в этом путешествии токи, исходящие из множества разных источников и областей, взаимодействуют, сливаются друг с другом, ослабляют друг друга или настолько сплетаются, что источник сигнала расшифровать уже не удается.

Точное предположение можно сделать только с помощью исходной модели локализации , вычислив наиболее вероятные области возникновения источников, которые создали зафиксированный паттерн ЭЭГ на скальпе.

С точки зрения нейроанатомической локализации пространственное разрешение ЭЭГ измеряется в квадратных сантиметрах, а не в миллиметрах, – у ЭЭГ очень низкое пространственное разрешение по сравнению с фМРТ или ПЭТ.

В отличие от ЭЭГ МЭГ измеряет магнитные поля , создаваемые электрической активностью нейронов. Нейромагнитное поле генерируется той же самой электрической активностью, что и нейроэлектрическое поле, определяемое с помощью ЭЭГ, но нейромагнитное поле ведет себя совершенно иначе. С одной стороны, измерить его легче, а с другой – труднее, чем ЭЭГ.

Легче, потому что нейромагнитное поле распространяется непосредственно из источника своего возникновения, оно не подавляется, не искажается мозгом или черепом. Соответственно точное место его происхождения можно обнаружить намного легче, чем при ЭЭГ.

Но при этом нейромагнитные сигналы вначале настолько слабы, что лишь некоторые из них выходят за пределы мозга.

Таким образом, все обнаруженные сигналы МЭГ отражают активность только тех областей коры головного мозга, которые расположены близко к поверхности мозга и черепа.

Кроме того, нейромагнитное поле направлено только в одну сторону, перпендикулярно к электрически активным нейронам.

Только тем нейронам, которые ориентированы так, что их нейромагнитное поле направлено в сторону черепа, удается создать магнитное поле, которое можно измерить на поверхности черепа. Остальные нейромагнитные поля датчики МЭГ обнаружить не могут.

Следовательно, метод МЭГ «слеп» к тем видам нейрональной активности, которые может регистрировать ЭЭГ. Но для кортикальных сигналов, которые МЭГ может регистрировать, его временное разрешение не меньше, чем при ЭЭГ (миллисекунды), а пространственное разрешение – несколько миллиметров.

Обратите внимание

Эксперимент НКС, проведенный с помощью ЭЭГ или МЭГ, может выявить, сколько времени нужно, чтобы сенсорно‑перцептивная информация о стимуле достигла сознания.

Эти методы позволяют точно отслеживать изменения, происходящие со временем: точность измерения составляет до тысячи непрерывных точек данных в секунду! Таким образом, можно увидеть, что в какой‑то момент, при условии, когда информация входит в сознание и возникает то или иное переживание, электромагнитная реакция в мозге начинает отличаться от той, которая была зафиксирована в контрольном условии, когда информация не достигала сознания.

Это – критический момент времени, когда возникает нейрональная активность НКС; вся активность, имевшая место до этого момента, отражает обработку информации вне сознания.

Читайте также:  Опухоли спинного мозга: симптомы, классификация, лечение, диагностика рака

Кроме того, поскольку сигналы, которые регистрируют ЭЭГ и МЭГ, очень сложны и включают много различных частот электромагнитной энергии, можно выяснить, какой тип электромагнитной энергии связан с нейропсихологической активностью НКС.

Точки на скальпе, где регистрируются реакции, также примерно отражают локализацию областей мозга, где, вероятно, возникла активность, но локализация реакции с точки зрения анатомии мозга весьма сложна, особенно для ЭЭГ.

Выводы

Кратко суммируем типичный эксперимент НКС: во время эксперимента испытуемый несколько раз оказывается под воздействием двух разных условий: наличие сознания (он переживает определенное состояние или содержание) и отсутствие сознания (испытуемый не переживает этого состояния или содержания).

Во всем остальном условия эксперимента остаются идентичными. Активность мозга испытуемого одновременно измеряется с помощью фМРТ, ПЭТ, ЭЭГ или МЭГ.

Методы функциональной томографии мозга ПЭТ и фМРТ отражают картину того, что происходит с метаболизмом или кровотоком мозга, и позволяют точно определить место этих изменений с точки зрения анатомии мозга, но не с точки зрения времени.

Важно

Методы электромагнитного исследования мозга ЭЭГ и МЭГ отражают нейрональные, биоэлектрические сигналы мозга и могут точно определить начало изменений в этих сигналах во времени, но не могут точно определить локализацию их возникновения с точки зрения анатомии мозга. Все эти методы позволяют обнаружить НКС.

Эксперимент НКС всегда должен быть направлен на выявление какого‑то определенного состояния или содержания сознания, давать информацию только об одном, совершенно определенном аспекте сознания.

В следующих двух главах мы кратко опишем некоторые типичные эксперименты и их результаты, не вдаваясь (в довольно сложные) подробности.

Вопросы для обсуждения

1. Действует ли принцип дополненности в отношениях между сознанием и мозгом? Приведите примеры:

+ человеческого мозга без всякого сознания;

+ активности человеческого мозга без какого‑либо соответствующего осознаваемого переживания.

Следующее, напротив, продемонстрировать невозможно. Вы согласны?

+ (человеческое) сознание (или любой тип сознания) без мозга;

+ событие в сознании (субъективное переживание в субъективной психологической реальности) без каких‑либо соответствующих нейрональных событий в мозге.

2. Придумайте эксперимент для изучения нейрональных коррелятов сознания:

+ Какими будут контрольные условия?

+ Какими будут экспериментальные условия?

+ Какие методы томографии мозга вы будете использовать и что они покажут в результате эксперимента?

Глава 8

Источник: https://cyberpedia.su/16×4562.html

Магнитоэнцефалография

Магнитоэнцефалография (МЭГ) – это измерение магнитных полей, созданных электрической активностью в мозге, проводимое, как правило, вне черепа. Физический принцип магнитоэнцефалографии основан на наблюдении Г. X. Эрстеда в 1820 г. того, что электрический ток в проводе будет создавать вокруг него окружающее циклическое магнитное поле.

Испытуемых помещают в сканер, который имеет большой набор экранированных датчиков.

Сам сигнал возникает от сетевого эффекта в дендритах нейронов во время синаптической передачи и во внеклеточном пространстве как обратные токи {внизу).

Потенциалы действия не вызывают воспринимаемые поля, так как токи, вызываемые потенциалами действия, текут в обратном направлении и магнитные поля взаимно уничтожаются. 

Магнитоэнцефалография и ее анализ

Левая вставка: магнитные поля вследствие болезненной (эпидермальной) стимуляции, где (а) зарегистрированные данные, (б) и (в) остаточные магнитные поля, полученные вследствие фильтрации сигналов соматосенсорных процессов из зарегистрированных данных. Две нижние линии показывают временное развитие силы источника во время болезненной стимуляции. Правая вставка: информация о локализации МЭГ-данных, наложенная на изображения МРТ.

Нейроны, расположенные на поверхности и в основании борозд, имеют ориентацию, которая вызывает магнитные поля с минимальным градиентом вне черепа и, следовательно, нерегистрируемые.

Но отклонение радиального направления выпуклых источников на 10-20° может быть достаточным для получения различимых сигналов.

Поэтому вполне вероятно, что выпуклые источники вблизи черепа, а значит и около регистрирующего аппарата, вносят основной вклад в МЭГ-сигнал.

Магнитный сигнал, испускаемый работающим мозгом, чрезвычайно мал, несколько фемтотесла (17 фТл = 10~15 Тл). Следовательно, должны использоваться чрезвычайно чувствительные и дорогие приборы, такие как сверхпроводящее квантовое интерференционное устройство СКВИД (SQUID, Superconducting Quantum Interference Device).

СКВИД является ультрачувствительным прибором для определения магнитного потока. Он действует как преобразователь ток-напряжение и обеспечивает систему достаточной точностью для определения нейромагнитных сигналов. Для того чтобы регистрировать такие слабые магнитные поля, необходимо экранировать все внешние магнитные сигналы, включая магнитное поле Земли.

Подходящая магнито-экранированная комната может быть создана из мю-металла (никелевого сплава), который обладает способностью отражать высокочастотный шум, в то время как алгоритмы подавления помех уменьшают низкочастотные синфазные помехи.

С достаточным экранированием СКВИД становится преобразователем ток-напряжение с низким уровнем помех и высоким коэффициентом усиления, обладающим достаточной чувствительностью для регистрации нейромагнитных сигналов, достигающих всего лишь нескольких фемтотесла.

Первые регистрации магнитных ритмов мозга были проведены около 40 лет назад с применением магнитометра и индукционной катушкой в экранированной комнате (Cohen, 1968). Современные системы содержат до 300 каналов СКВИД, расположенных вокруг головы и имеющих уровень шума около 5-7 фТл. Эти параметры можно сравнить с общим магнитным полем мозга, достигающим от 100 до 1000 фТл.

Анализ данных магнитоэнцефалографии

Основная техническая трудность магнитоэнцефалографии (МЭГ) заключается в том, что проблема определения изменений в мозге, исходя из измерений магнитного поля вне головы («обратная проблема»), не имеет, по существу, единого решения. Проблема поиска наилучшего решения является объектом интенсивных исследований в настоящее время.

СЕНСАЦИЯ! Врачи ошарашены! АЛКОГОЛИЗМ уходит НАВСЕГДА! Нужно всего лишь каждый день после еды… Читайте далее–>

Адекватное решение может быть получено с использованием моделей, основанных на первоначальных знаниях активности мозга и характеристик головы, а также с использованием алгоритмов по локализации. Некоторые исследователи считают, что более сложные, но реалистичные модели источников и мозга увеличивают качество решения.

Однако они также увеличивают возможность локальных минимумов и, потенциально, ухудшают числовые свойства системы, тем самым, увеличивая эффекты от ошибок модели. Многие эксперименты используют простые модели, уменьшая возможные ошибки в источниках и снижая время вычисления при поиске решений.

Алгоритмы по локализации используют данные модели об источнике и строении мозга для поиска вероятного расположения генератора локального поля.

Альтернативная методика заключается в выполнении сначала независимого компонентного анализа для того, чтобы выделить отдельные источники, а затем производится локализация каждого источника по отдельности.

Показано, что этот метод уменьшает соотношение сигнал-шум в данных, правильно разделяя не нейронные источники шума от нейронных источников, и дает обещающие результаты по изолированию очаговых нейронных источников.

Источник: http://alcoholismhls.ru/2016/03/11/magnitoencefalografiya/

2.3. Магнитоэнцефалография

Значительные
успехи в локализации источников
активности мозга, достигнутые в последнее
десятилетие, связаны с развити­ем
магнитоэнцефалографии (Холодов
Ю.А.

и др., 1987; N0^11011 К.,
1992).
Первые

электромагнитные поля (ЭМП) нервной
систе­мы были зарегистрированы у
лягушки.


Они

были записаны с рас­стояния 12
мм

при возбуждении седалищного нерва.
Биологичес­кие поля мозга и различных
органов
очень

малы. Магнитное поле человеческого
сердца составляет около 1 миллионной
доли зем­ного
магнитного

поля, а человеческого тела — в 100 раз
слабее.

Магнитное
поле

сердца человека впервые было записано
в 1963 г. Первые же измерения ЭМП мозга
человека
были

сделаны Д.
Коеном
(Коеп
О.)

из Массачусетс кого технологического
института в 1968 г. Магнитным методом он
зарегистрировал спонтанный альфа-ритм
у здоровых испытуемых и изменение
активности мозга у эпилеп­тиков.


Первые

вызванные потенциалы с помощью
магнитометров были получены несколько
лет спустя.

Сначала
для регистрации
ЭМП

были использованы индукци­онные
катушки с большим количеством
витков- С

увеличением их числа чувствительность
системы возрастает. Число витков в
первых таких катушках достигало миллиона.
Однако чувствительность
их
оставалась
невысокой и они не регистрировали
постоянное ЭМП.

Создание
новых магнитометров
связано

с открытием Б.
Джо-
зефсона,
за которое
он

получил Нобелевскую премию. Работая в
области криогенной технологии со
сверхпроводящими материала­ми, он
обнаружил, что между двумя сверхпроводниками,
разделенными диэлектриком, возникает
ток, если они находятся вбли­зи ЭМП.

Эта система реагировала на переменные
и постоянные ЭМП. На основе открытия Б.
Джозефсона были созданы СКВИДы
— сверхпроводниковые квантомеханические
интерференционные датчи­ки.

Магнитометры, работающие на базе СКВИДа,
очень дороги, их необходимо регулярно
заполнять жидким гелием в качестве
ди­электрика.

Совет

Дальнейшее совершенствование
магнитометров связа­но с разработкой
квантовых магнитометров
с оптической накачкой (МОН).

Созданы МОНы, в которых вместо жидкого
гелия использу­ются пары щелочного
металла цезия. Это более дешевые системы,
не требующие криогенной техники.

Читайте также:  Опоры для сидения, стояния, ползания, лежания для детей с дцп: выбор и отзывы

В них
световой сигнал поступает по световодам
от общего источника и достигает
фотодетекторов. Ко­лебания ЭМП мозга
человека модулируют сигнал на
фотодетекто­рах- По его колебаниям
судят об электромагнитных волнах мозга.
Каждый магнитометр имеет множество
датчиков, что позволяет по­лучать
пространственную картину распределения
ЭМП.

Современ­ные магнитометры (СКВИДы
и др.) обладают высокой временной и
пространственной разрешающей способностью
(до 1 мм и 1 мс).

Магнитоэнцефалограмма
(МЭГ) по сравнению с ЭЭГ облада­ет
рядом преимуществ. Прежде всего это
связано с бесконтактным методом
регистрации. МЭГ не испытывает также
искажений от кожи, подкожной жировой
клетчатки, костей черепа, твердой
мозговой оболочки, крови и др., так как
магнитная проницае­мость для воздуха
и для тканей примерно одинакова.

В МЭГ
отра­жаются только источники активности,
которые расположены тан­генциально
(параллельно черепу), так как МЭГ не
реагирует на радиально ориентированные
источники, т.е. расположенные
пер­пендикулярно поверхности.

Благодаря
этим свойствам МЭГ по­зволяет определять
локализацию только корковых диполей,
тогда как в ЭЭГ суммируются сигналы от
всех источников независимо от их
ориентации, что затрудняет их разделение.
МЭГ не требует индифферентного электрода
и снимает проблему выбора места для
реально неактивного отведения.

Для МЭГ,
так же как и для ЭЭГ, существует проблема
увеличения соотношения «сигнал-шумо,
по­этому усреднение ответов также
необходимо. Из-за различной чув­ствительности
ЭЭГ и МЭГ к источникам активности
особенно по­лезно комбинированное
их использование.

Источник: https://StudFiles.net/preview/1818049/page:5/

Методы нейронаук: магнитоэнцефалография

Нервные клетки активно генерируют и проводят слабые электрические импульсы, и это напрямую связано с процессом обработки мозгом полученной информации. Из-за этой работы образуется электромагнитное поле, у которого, конечно же, есть важная составляющая – магнитное поле.

Вклад каждого отдельного нейрона мал, но находясь на конкретном участке в большом количестве (например, 50000 – 100000 нейронов), они способны создавать такое поле, которое уже могут зафиксировать высокочувствительные магнитометры.

Активность этого поля отличается в клетках здорового мозга и при отклонениях, например, во время приступа эпилепсии или постинсультном состоянии, поэтому её необходимо изучать. И вот этим занимается магнитоэнцефалография.

МЭГ можно делать даже детям

Действие самого метода можно себе представить как огромный стетоскоп (в виде магнитометров и градиометров), который способен улавливать магнитные «ритмы» мозга.

“Намагниченный” холод

Считается, что первым зарегистрировал магнитные поля у живого организма Дэвид Коэн. Правда, первым органом стал не мозг, а сердце, что понятно – магнитные поля, создаваемые клетками сердцечной мускулатуры, «сильнее», чем поля нервных клеток (Рис. 2).

Место биомагнитных сигналов организма человека в шкале магнитных полей. Также показаны характерные уровни помех и частотные диапазоны сигналов. (Из [1]).

Почти в то же время Брайан Джозефсон обнаружил, что если расположить среди двух сверхпроводников диэлектрик, то при его нахождении рядом с электромагнитным полем между ними возникает ток.

На основе этого открытия сконструированы сверхпроводящие сверхчувствительные квантовые интерферометры СКВИДы (от английского SQUID, Superconducting Quantum Interference Device), способные измерять даже очень слабые магнитные поля. И на настоящий момент СКВИДы используются в медицине и в науке для регистрации магнитного поля мозга.

Чтобы обеспечить качественную детекцию такими интерферометрами, необходима сверхпроводимость сенсоров, для чего прибор охлаждают жидким гелием с температурой ~ 269о С.

Если говорить упрощённо, СКВИД – это индукционная катушка, помещённая в сосуд с жидким гелием и способная детектировать магнитное поле, расположенное в нескольких сантиметрах от неё.

Обратите внимание

Самый первый магнитометр был одноканальным, а сейчас число каналов перевалило за 300.

Чуть позже в качестве альтернативы затратному и достаточно сложному в использовании СКВИДу предложили магнитометры с оптической накачкой (МОН), где вместо жидкого гелия, который постоянно требовалось восполнять, использовались пары цезия.

Голова-магнит

Метод МЭГ – неинвазивный и бесконтактный. Прибор представляет собой «шлем», в который «надевается» сверху на голову пациента. По сути, это – сканер, который имеет множество экранированных датчиков или сенсоров, считывающих магнитные поля мозга.

В МЭГ используются в качестве сенсоров магнитометры и/или градиометры. Магнитометры улавливают сигнал и более чувствительны к полям более глубоких участков мозга, но при этом они и хорошо “ловят” посторонний шум.

Градиометры лучше фильтруют этот шум, но, как легко догадаться, чуть менее чувствительны и к магнитному полю мозга [2].

Процедура МЭГ в NIMH

Интересно, что мозговые поля не превышают нескольких сотен фемто-тесла 10-15 Т. Для сравнения магнитное поле Земли где-то между 10-4 – 10-5 Т, то есть поле Земли больше в 100 млн раз [2].

Для того, чтобы снизить шум от других магнитных полей, МЭГ проводят в специальной комнате, которая экранирована и защищает слабые магнитные поля мозга от воздействия таких же полей извне.

Метод МЭГ используется и в научных исследованиях активности мозга, и в медицине для контроля за состоянием пациентов.

Важно

В мозге всегда присутствует фоновая активность, но бывает и активность, вызванная внешним воздействием. Учёным интересно исследовать, на какие стимулы и как она изменяется.

Также любопытно понять, как развивается и учится детский мозг, какие процессы происходят при взрослении человека и при его старении.

Как тайное становится явным

Для врачей во время лечения пациентов с эпилепсией зачастую важно увидеть очаги такой активности, чтобы грамотно назначать лечение и проводить операции. Как мы уже сказали, нервные клетки генерируют и проводят электрические импульсы.

Но если группы нейронов начинают генерировать импульсы большей силы, чем необходимо, это может приводить к эпилептическим припадкам. Частые “вспышки” электрических импульсов приводят к возникновению возмущений в магнитном поле головного мозга, и как раз это можно зарегистрировать.

По результату можно судить о местонахождении источника.

Расположенные вокруг мозга сенсоры (белые точки) способны детектировать активность мозга. Красные/синие участки показывают места, в которых у этого метода лучшее/худшее качество распознавания активности.

Перед операцией можно и нужно посмотреть и проанализировать мозг разными методами – фМРТ, ЭЭГ, ПЭТ. Но, в отличие от них, МЭГ позволяет точнее увидеть локализации эпилептического очага. Необходим метод и в мониторинге состояния людей после травм головного мозга и после инсультов.

Одно из важнейших преимуществ МЭГ перед другими методами (ПЭТ, фМРТ, ЭЭГ) состоит в его меньшей сложности для пациента: не нужно надевать на голову шапочку, не нужно замирать неподвижно, простоте и при этом –m большой точности.

Во время регистрации магнитного поля мозга необязательно находиться в неподвижном состоянии, как в случае фМРТ, поэтому МЭГ-исследование не вызывает сложностей при работе с детьми и более приятно для всех пациентов.

Метод магнитоэнцефалографии позволяет довольно аккуратно (с точностью до 1 мм) детектировать расположение источников магнитного поля в мозге, причём, сделать это с течением времени с точностью до миллисекунды. Последним как раз “хвалёный” фМРТ похвастаться не может.

МЭГ лучше распознаёт источники тока, расположенные в областях, которые образуют борозды.

Но есть в этом методе и свои недостатки. Во-первых, это высокая стоимость аппарата (например, стоимость СКВИД гораздо больше стоимости ЭЭГ-системы) и небходимость постоянного его обслуживания.

Во-вторых, метод очень чувствителен ко внешним электромагнитным волнам, поэтому необходимо проводить исследование в специально экранированном кабинете.

В-третьих, метод не регистрирует активность подкорковых структур и не реагирует на источники, расположенные перпендикулярно.

Совет

Если рассмотреть достоинства и недостатки МЭГ в совокупности, становится ясно, что он полезен и необходим для уточнения диагнозов, которые уже поставили с использованием других методов.

Источник: https://alev.biz/resources/helpful-information/metody-nejronauk-magnitoentsefalografiya/

Мэг в диагностике и лечении эпилепсии

  • МЭГ
  • 23 Январь 2018
  • Administrator
  • Просмотров: 1841
  • Печать
  • E-mail

МЭГ во многом схожа с ЭЭГ.

Но МЭГ лишена некоторых значимых недостатков ЭЭГ –   в данном случае производится регистрация непосредственно мозговой активности без артефактов от прилежащих тканей.

Читайте также:  Средний мозг: строение, функции, структуры - красное ядро, черная субстанция, крыша и другие, за что отвечает, возрастные особенности

Клиническая направленность МЭГ – неинвазивная регистрация мозговой активности, что позволяет использовать данный метод в качестве диагностики эпилептогенных зон. Современное оборудование позволяет использовать МЭГ в комбинации с другими методами нейровизуализации (МРТ, КТ, ПЭТ, ОФЭКТ и тд).

Основы метода.
Деятельность нейронов напрямую связана с их электрической активностью, и, соответственно, изменением напряженности магнитного поля.

Электрические потенциалы, а точнее, разность потенциалов – проявление внеклеточной активности нейронов – может быть зарегистрирована с помощью ЭЭГ непосредственно через скальп.

  В то же время, магнитное поле – проявление внутриклеточной деятельности нейронов (апикальных дендритов), может быть также зарегистрировано через скальп, но уже при помощи такого метода как МЭГ.

Преимущества МЭГ заключаются в том, что окружающие ткани практически не влияют на регистрацию магнитного поля нейронов, а также, в том, что регистрация магнитного поля производится только у нейронов, тангенциальных скальпу. Оба этих преимущества увеличивают точность локализации эпилептогенного очага.

Сигнал МЭГ, производимый нейрональной активностью чрезвычайно мал – примерно 10х-15Т (фемтоТесла). К примеру, магнитное поле Земли в биллион раз выше.

Обратите внимание

Наиболее важно при регистрации МЭГ – использование суперпроводников, потому что маленький электрический потенциал может быть нивелирован сопротивлением (импедансом) электродов.

Сверхпроводящие квантовые интерференционные датчики, погруженные в жидкий гелий позволяют решить проблемы с импедансом и обеспечивают должную чувствительность для записи изменений проводимости, создаваемые миниатюрными магнитными полями.

Другая проблема метода – внешние шумы, магнитные поля, создаваемые электроприборами, которых немало в современном стационаре. Для решения этой проблемы используются специальные комнаты с магнитной изоляцией.

Для оценки полученных результатов используются различные математические модели постобработки.

МЭГ в эпилепсии.

Точность МЭГ возможно повысить двумя способами:

  • 1. Использование одномоментной ко-регистрации при записи стерео-ЭЭГ (при записи с помощью интракраниальных электродов)
  • 2. Наложение результатов МЭГ на имеющиеся структурные результаты методов нейровизуализации (МРТ, КТ и тд)

По результатам полноценных РКИ, точность записи МЭГ при сопоставлении результатов ЭЭГ, полученных с помощью имплантируемых внутричерепных электродов составляет:  в медиальных отделах височной доли 1 мм., в базальных отделах 2 мм., в нижне-латеральных отделах 4 мм.

МЭГ не способна зарегистрировать комплексные пароксизмальные изменения при парциальной эпилепсии, что является ее основным недостатком. В то же время, МЭГ лучше регистрирует изменения в деятельности поверхностных корковых нейронов, особенно при исследовании парасильвиевой области. МЭГ позволяет локализовать эпилептогенный очаг при масс-эффект обусловленных приступах.

Также есть возможность применения МЭГ для установки внутричерепных электродов стерео-ЭЭГ. С помощью неинвазивной МЭГ-навигации оценивается активность нейронов в зонах интереса и таким образом удается точнее выбрать точки установки электродов.

Источник: http://proepilepsy.ru/diagnostika/magnitnaya-entsefalografiya-meg

O методе МЭГ

Магнитоэнцефалография (МЭГ) — это неинвазивный нейрофизиологический метод, позволяющий измерять магнитные поля, генерируемые нейронной активностью мозга.

Анализ пространственного распределения магнитных полей позволяет локализовать источники активности в головном мозге.

Информация о функции мозга получается путем сопоставления положения этих источников с анатомической информацией о структуре мозга, полученной с помощью структурной магнито-резонансной томографии (cМРТ).

Основные особенности МЭГ:

МЭГ непосредственно отражает работу нервных клеток.

Это отличает данный метод от других современных методов функционального картирования, таких как функциональная магнито-резонансная томография (фМРТ / fMRI), позитроннная эмисионная томография (ПЭТ / PET) и однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ / SPECT), которые измеряют метаболизм мозга и предоставляют косвенную информацию о работе нейронов.

МЭГ имеет очень высокое временнóе разрешение, составляющее доли миллисекунды. Это отличает данный метод от методов фМРТ, ПЭТ и ОФЭКТ, имеющих гораздо более грубое временнóе разрешение (секунды).

МЭГ имеет превосходное пространственное разрешение: источники могут быть локализованы с точностью до миллиметров.

МЭГ полностью неинвазивна. Она не требует инъекции изотопов или воздействия рентгеновскими лучами и магнитными полями. Исследования могут проводиться у детей и младенцев. Возможны повторные тесты.

Информация, полученная с помощью МЭГ, дополняет данные других методов функционального и структурного картирования, давая более полное представление о работе мозга. Магнитные поля возникают всякий раз, когда есть электрический ток, неважно, происходит ли это в проводе или в нейроне.

Проводимость тканей мозга и черепа влияет на магнитные поля. Поэтому в отличие от метода электроэнцефалографии (ЭЭГ), регистрирующего электрические потенциалы, искажаемые тканями головы, МЭГ регистрирует неискаженный сигнал, что позволяет гораздо точнее реконструировать источники нейронной активности, чем в случае ЭЭГ.

Магнитное поле чрезвычайно слабо, но оно может быть зарегистрировано датчиками, работающими на основе эффекта сверхпроводимости (сквиды / SQUIDs).

Анализируя пространственное распределение магнитных полей в сочетании с МРТ-данными об индивидуальной структуре мозга человека, можно оценить локализацию источника нервной активности внутри головного мозга.

МЭГ — единственный неинвазивный метод визуализации работы головного мозга, который имеет как идеальное временнóе, так и высокое пространственное разрешение. Другие неинвазивные методы нейровизуализации имеют либо плохое временнóе, либо грубое пространственное разрешение. Альтернативой МЭГ является интракраниальная ЭЭГ, у которой есть серьезный недостаток — она инвазивна.

МЭГ — уникальный исследовательский инструмент. Кроме того, МЭГ является эффективным диагностическим инструментом для оценки локализации источников патологической активности и для картирования функций мозга при планировании хирургического вмешательства.

Развитие МЭГ-технологии

Функционирование сверхпроводящих датчиков МЭГ (сквидов / SQUIDs) требует их охлаждения до 4 К. Поэтому датчики помещаются в жидкий гелий.

Потребность в таком низкотемпературном охлаждении делает низкотемпературный МЭГ (LowTc МЭГ) и его обслуживание очень дорогостоящими.

Более того, необходимость изоляции сквидов от комнатной температуры приводит к увеличению их расстояния от источников магнитного поля в мозге человека и снижает их чувствительность к этим источникам.

Исследователи пытаются преодолеть эти недостатки обычного МЭГ разрабатывая альтернативные методы, основанные на высокотемпературной сверхпроводимости (HighTc MEG) или на оптической технологии. Однако в настоящее время МЭГ на основе низкотемпературной проводимости остается единственным надежным и коммерчески доступным методом для полномасштабного измерения магнитных полей головного мозга.

Источник: http://megmoscow.ru/meg/

МАГНИТОЭНЦЕФАЛОГРАФИЯ

 Наименование параметра  Значение
Тема статьи: МАГНИТОЭНЦЕФАЛОГРАФИЯ
Рубрика (тематическая категория) Психология

Активность мозга всегда представлена синхронной активностью большого количества нервных клеток, сопровождаемой слабыми электрическими токами, которые создают магнитные поля. Регистрация этих полей неконтактным способом позволяет получить так называемую магнитоэнцефалограмму (МЭГ). МЭГ регистрируют с помощью сверхпроводящего квантового интерференционного устройства – магнетометра. Предполагается, что если ЭЭГ больше связана с радиальными по отношению к поверхности коры головного мозга источниками тока (диполями), что имеет место на поверхности извилин, то МЭГ больше связана с тангенциально направленными источниками тока, имеющими место в корковых областях, образующих борозды (рис. 2.5). Если исходить из того, что площадь коры головного мозга в бороздах и на поверхности извилин приблизительно одинакова, то вне всяких сомнений, что значимость магнитоэнцефалографии при изучении активности мозга сопоставима с электроэнцефалографией. Как следует из рис. 2.5, электрическое и магнитное поля взаимоперпендикулярны, поэтому при одновременной регистрации обоих полей можно получить взаимодополняющую информацию об исходном источнике генерации тех или иных потенциалов [Хари, Каукоранта, 1987]. МЭГ должна быть представлена в виде профилей магнитных полей на поверхности черепа либо в виде кривой линии, отражающей частоту и амплитуду изменения магнитного поля в определенной точке скальпа. МЭГ дополняет информацию об активности мозга, получаемую с помощью электроэнцефалографии.

Читайте также

  • – Магнитоэнцефалография

    Значительные успехи в локализации источников активности мозга, достигнутые в последние десятилетия, связаны с развитием магнитоэнцефалографии. Первые электромагнитные поля (ЭМП) нервной системы были зарегистрированы у лягушки. Они были записаны с расстояния 12 мм при… [читать подробнее].

  • – МАГНИТОЭНЦЕФАЛОГРАФИЯ

    Значительные успехи в локализации источников активности мозга, достигнутые в последнее десятилетие, связаны с развити­ем магнитоэнцефалографии (ХолодовЮ.А. и др., 1987; N0^11011 К., 1992).Первые электромагнитные поля (ЭМП) нервной систе­мы были зарегистрированы у лягушки.Они были… [читать подробнее].

  • – МАГНИТОЭНЦЕФАЛОГРАФИЯ

    Исследовательский метод получения изображения мозга (картирования) с использованием магнитных, а не электрических полей (как при ЭЭГ). Первые МП мозга человека были зарегистрированы Д.Коеном (Koen D.) в 1968г. Исследовался альфа-ритм и изменение активности мозга у… [читать подробнее].

  • Источник: http://referatwork.ru/lectionbase/psihologiya/view/244207_magnitoencefalografiya

    Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector