Реферат: Вызванные потенциалы головного мозга

1) сигнал повторяется тождественно, т. е. без изменения формы;

2) сигнал жестко связан во времени со стимулятором, т. е. время задержки считается постоянным.

Предполагая, что высказанные гипотезы справедливы, рассмотрим периодический сигнал r(t) , содержащий шум b(t) . В электроэнцефалографии этим шумом будет электроэнцефалограмма, соответствующая нормальному режиму, а также всегда возможные помехи. На шум b(t) налагается следующие условия. Прежде всего шум является стационарным процессом 2-го порядка, так что его среднее значение m=(1/Т)dt , средняя мощность.

Предположим также, что шум центрирован, т. е. его среднее значение равно нулю, а спектр не содержит постоянной составляющей. В этом случае дисперсия равна средней мощности Р, а называется эффективным значением шума.

Итак, рассмотрим сигнал х(t)=r(t)+b(t) . Так как r(t) - периодическая функция с периодом Т₀ , то

r(t+kT₀ )=r(t)

при любом целом k .

Пусть N - число импульсов стимулятора за некоторый промежуток времени [7].

Учитывая, что автокорреляционная функция шума равна нулю, а b(t)- центрирована было получено, что соотношение сигнал/шум (S/N) будет увеличиваться пропорционально квадратному корню из числа суммированных наблюдений.

(1)

После N суммаций отношение (С/Ш ) будет равно исходному отношение (с /ш ), умноженному на [1].

Иными словами, преимущество в распознавании сигнала при усреднении относительно больше, если число наблюдений - невелико, например выигрыш в точности при усреднении всего лишь 16 наблюдений уже составляет половину того выигрыша, который мы получаем при усреднении 64 наблюдений. Другое важное преимущество относительно небольшого числа наблюдений состоит в том, что при этом сводится к минимуму возможность изменения состояния мозга в процессе усреднения. Однако есть основание сомневаться в том, что закон квадратного корня полностью приложим к обычным условиям усреднения, поскольку фоновая ЭЭГ редко является действительно случайной. В связи с этим для получения требуемого соотношения S/N необходимо сравнительно небольшое число наблюдений, что если бы вся фоновая активность состояла из случайных несовпадающих элементов, увеличение соотношения S/N соответствовало бы числу наблюдений, а не квадратному корню из этого числа. Практически же увеличение соотношения S/N, возможно, представляет собой среднее между величиной квадратного корня и общим числом наблюдении [11].

В явном или неявном виде на выделяемый сигнал ВП и шумы накладываются следующие ограничения:

1) сигнал ВП синхронизирован с предъявляемым стимулом (событием);

2) сигнал ВП идентичен и повторяем для каждого предъявления стимула или возникающего события;

3) сигнал ВП статистически независим от спонтанной ритмики и других шумов;

4) статистические свойства спонтанной ЭЭГ и других шумов, не связанных со стимулами, постоянны (стационарны), то есть нет тренда, смещения ЭЭГ (среднее равно нулю) и =const.

Несмотря на то, что метод синхронного усреднения - мощный метод и позволяет выделить сигнал практически при любом соотношении уровня сигнал/шум, у него есть ряд недостатков. Самый главный - это необходимость подачи достаточно большого числа стимулов, что во многих случаях представляется не физиологичной процедурой из-за наличия привыкания и других связанных процессов в ЦНС. Кроме того, есть стимулы, которые по своей природе не могут подаваться многократно. Например, болевые, обонятельные и вкусовые стимулы. В связи с этим, делались и делаются попытки выделять ВП на одиночные стимулы. Одним из таких подходов является метод взаимной корреляции и оптимальной фильтрации. Недостаток этих методов состоит в том, что они для своего выделения требуют наличия некоторого шаблона - известного сигнала ВП [1].

Величина колебаний электрических потенциалов, продуцируемых мозгом, очень мала. Они имеют амплитуду от нескольких микровольт до нескольких сот микровольт (обычно в пределах 500 мкВ). Поэтому, для того чтобы они могли быть записаны, их необходимо предварительно усилить, и только тогда электрические колебания мозга смогут привести в действие то или иное регистрирующее устройство. Типичная система регистрации представлена на рис.2.

Система, состоящая из двух отводящих электродов, блока усиления и блока записывающего устройства, называется каналом регистрации. В современных установках при электроэнцефалографических исследованиях используется сразу большое количество каналов, что позволяет лучше оценить изучаемый процесс. Обязательным элементом установки являются раздражающие устройства, которые должны быть надлежащим образом согласованы с регистрирующей системой (подача отметок, ликвидация помех и т. п.).

Кроме этих обязательных элементов всякой электро­энцефалографической установки, в современный комплекс входят дополнительные элементы, роль которых весьма значительна. К ним относятся звукоизолирующая экранированная камера, оборудованное место для размещения объекта исследования, коммутационное устройство, анализирующая аппаратура, полиграфические приставки.

Электроды служат для контакта с объектом, от которого непосредственно или через промежуточные ткани осуществляется отведение потенциалов. Они должны иметь минимальное сопротивление, не окисляться (что особенно важно для вживляемых электродов), а при регистрации очень медленных потенциалов, частотой менее 0.5/сек., и не поляризоваться. Размеры электродов иих устройство определяются объектом регистрации и задачами исследования.

Электроды представляют собой одно из важнейших звеньев, осуществляющих контакт между испытуемым и регистрирующей аппаратурой, поэтому хорошая техника наложения электродов совершенно необходима для хорошего качества записи. Так как значительная часть времени, проводимого испытуемым в лаборатории, тратится на наложение электродов, желательно применять методы, позволяющие быстро осуществлять эту процедуру, но вместе с тем необходимо, чтобы методы наложения были надежными. Основное требование - обеспечить плотный контакт с низким сопротивлением (5 кОм или меньше) между двумя неполяризующимися электродами. Кроме регистрирующих электродов, требуется электрод для заземления испытуемого. Существует несколько видов электродов: металлические диски, игольчатые электроды, вводимые подкожно, подушечки из абсорбирующего вещества, например войлока. Метод наложения зависит от типа электродов. Электродная паста вводится через это отверстие шприцем с тупой иглой после того, как электрод приклеен к коже с помощью квадратного кусочка марли, пропитанного коллодием. Коллодий может удерживать электрод в течение нескольких часов, причем можно, не сдвигая его, дополнительно вводить электродную пасту.

Выбор места расположения регистрирующих электродов на голове произволен, хотя некоторые исследователи накладывают их в соответствии с международной системой 10—20, принятой в электроэнцефалографии.

Когда число накладываемых электродов невелико, их местоположение зависит от модальности стимула. Применяют два способа отведения: биполярный, когда оба электрода являются активными и последовательно связаны друг с другом, и монополярный, когда один из двух электродов - активный, а другой - индифферентный. С теоретической точки зрения предпочтительнее монополярный способ, но он связан, с определенными трудностями. Индифферентные электроды лучше всего помещать на мочке уха (на одной или на обеих), на сосцевидном отростке, спинке носа, подбородке и скуле [5].

В связи с необходимостью длительного контакта обычно используют дискообразные электроэнцефалографические электроды из серебра, покрытые слоем, хлорированного серебра, которые фиксируют на скальпе коллодием [10].

Соединительные провода должны осуществлять исключительно передаточную роль и не должны вносить каких-либо помех, что обеспечивается их надежной изоляцией, малым сопротивлением и хорошей экранировкой от электромагнитных и электростатических полей.

Коммутационное устройство служит для переключения электродов на разные каналы и входы усилителей. В современных многоканальных электроэнцефалографах коммутаторы входят в комплекс приборов, образующих такого рода установку, и либо монтируются на корпусе электроэнцефалографа, либо выносятся в виде специальной приставки. К коммутационному устройству относятся панель с гнездами для подключения электродов и многополюсные переключатели для коммутации. Главное требование здесь - это хорошие контакты и надежная изоляция всех линий [5].

Усилители обеспечивают усиление входного сигнала до нужной величины в заданном диапазоне частот и с достаточно низким уровнем шума. Для длиннолатентных ВП параметры усилителей аналогичны электро­энцефалографическим. Для коротколатентных, более высокочастотных и низкоамплитудных ВП, требуется гораздо больший коэффициент усиления и широкая полоса пропускания частот.

Чувствительность - это характеристика всего тракта усиления, включая собственно усилитель и регистратор сигнала. В современных усилителях ВП эта величина достигает 1 мкВ/мм и меньше, что связано с малыми величинами сигнала ВП. Чувствительность усилителя ограничена его собственными шумами. Существенной особенностью этого показателя является то, в какой полосе частот обеспечивается эта величина.