Jak naukowcy "podsłuchują" pracę mózgu. Historia i współczesne badania EEG
Rejestrowanie bioprądów czynnościowych związanych z aktywnością mózgu to metoda, która ma bogatą historię. Technika ta, zwana elektroencefalografią (EEG), pozwala obserwować elektryczną pracę mózgu poprzez elektrody przyłożone do skóry czaszki.
W pigułce
- Początki rejestracji elektrycznej aktywności mózgu pochodzą z 1875 roku - prace badacza Richarda Catona
- Polacy wnieśli znaczący wkład: Adolf Abraham Beck i Napoleon Nikodem Cybulski byli pionierami tej dziedziny
- Współczesne badania EEG wykorzystują elektrody na skórze głowy, specjalne żele przewodzące i ustandaryzowany system rozmieszczenia elektrod
- Mózg generuje fale o różnych częstotliwościach odpowiadające różnym stanom świadomości - od relaksu po głęboki sen
Od brutto do elegancji. Początki odkrywania bioprądów mózgu
Richard Caton w 1875 roku opisał w „British Medical Journal" swoje odkrycia dotyczące elektrycznej aktywności mózgów zwierząt. Jego doświadczenia były jednak drastyczne - usuwał fragmenty czaszki i wykonywał pomiary na odsłoniętych półkulach mózgowych.
Polska może się szczycić wkładem swoich naukowców w rozwój tej dziedziny. Adolf Abraham Beck, fizjolog z Uniwersytetu Lwowskiego, opublikował w 1890 roku wyniki badań nad elektryczną aktywnością mózgów królików i psów. Wprowadził on pojęcie "wahań potencjałów", które zainspirowało niemieckiego fizjologa Hansa Bergera do koncepcji fal mózgowych.
Trzecim ważnym polskim naukowcem był Napoleon Nikodem Cybulski. Z dostępnych opisów wynika, że to właśnie on jako pierwszy zarejestrował aktywność elektryczną mózgu za pomocą elektrod umieszczonych na skórze głowy - poprzez kości czaszki. Badał także reakcje mózgu na różne bodźce sensoryczne i odkrył, że w rdzeniu kręgowym istnieją obszary aferentne (przyjmujące wrażenia) i eferentne (wysyłające sygnały sterujące mięśniami).
Współczesne badania EEG. Jak to praktycznie wygląda?
Dzisiejsza elektroencefalografia to metoda znacznie bardziej subtelna niż doświadczenia Catona. Do zbierania sygnałów pracującego mózgu służą elektrody przykładane do skóry czaszki. Zwykle są one mocowane za pomocą specjalnego elastycznego czepka, co zapewnia, że każda elektroda znajduje się w określonym miejscu związanym z konkretnym rejonem kory mózgowej.
Dla poprawy komunikacji elektrod z sygnałami elektrycznymi stosuje się specjalne przewodzące żele i pasty. Aby wyniki badań były porównywalne na całym świecie, wprowadzono ustandaryzowany sposób rozmieszczenia elektrod zwany systemem 10-20.
Techniczne wyzwania są jednak znaczne. Sygnały EEG mają amplitudę od 10 do 100 mikrowoltów - tysiąc razy mniejszą niż sygnał z EKG. Wymaga to użycia silnych wzmacniaczy. Dodatkowo zakłócenia pochodzące z zewnętrznych pól elektromagnetycznych, zwłaszcza z sieci energetycznej pracującej na częstotliwości 50 Hz, są trudne do usunięcia.
Fale mózgu. Język, którym mówi nasz mózg
Rejestracja sygnału EEG pozwala wyróżnić różne fazy aktywności mózgu. Każda z nich charakteryzuje się pojawianiem się w zapisie specyficznych fal, sklasyfikowanych według częstotliwości i nazwanych literami greckiego alfabetu.
- Fale alfa (8-13 Hz) - występują w stanie relaksu
- Fale beta (13-30 Hz) - związane z aktywnością umysłową, myśleniem, rozwiązywaniem problemów i koncentracją uwagi
- Fale gamma (30-70 Hz) - najszybsze fale, odpowiadające wyższym procesom poznawczym, percepcji i pamięci
- Fale theta (4-8 Hz) - pojawiają się przy zaśnięciu, charakteryzują sen lekki i hipnotyczny
- Fale delta (poniżej 4 Hz) - najwolniejsze fale, generowane podczas głębokiego snu