Есть ли лучший способ описать активность мозга, чем «мозговые волны» ЭЭГ?

Я читал о мозговых волнах ЭЭГ, которые представляют собой особые формы волн, которые наблюдаются на выходе ЭЭГ и обычно оцениваются людьми. Эта концепция существует уже довольно давно.

Есть ли что-нибудь «новее» или «лучше», чем мозговые волны ЭЭГ, открытые в последние годы?

Учитывая рост количества коммерчески доступных датчиков ЭЭГ, удалось ли какой-либо компании предложить способ анализа или количественной оценки выходных данных этих датчиков, чтобы предоставить исследователям полезную информацию? Я думаю об алгоритмах обработки мозговых волн. Например, в актиграфии, изучающей движения человека, есть такие алгоритмы, как «если 19 из 20 минут активности оцениваются как сон, то известно, что начало сна происходит в начале 20-минутного окна». Есть ли что-то подобное для мозговой волны или производных показателей?

Основываясь на обсуждении в моем ответе, самый прямой способ уточнить - спросить ОП. Что вы имеете в виду, когда говорите об активности мозга? Подпороговая активность, спайки? Обе? Что-то другое?
Я должен уточнить, что мозговые волны обычно описываются с точки зрения их функции (например, если я вижу бета-волны мозга на ЭЭГ, я могу ожидать, что мозг бодрствует и занят мыслями). Меня интересуют показатели мозга, которые позволяют наблюдателю сделать вывод о мозге.

Ответы (3)

Нет лучшего способа описать мозговую деятельность, чем мозговые волны! :)

Однако есть более новые способы анализировать и думать о мозговых волнах. Обычно вы найдете их в литературе по нейронным колебаниям.

Положительные аспекты размышлений об активности мозга с использованием мозговых волн:

  • Мозговые волны напрямую связаны с нервной активностью. Они представляют собой электрическую или магнитную меру тока, проходящего через нейроны. Это не становится ближе, чем это (если вы не используете инвазивную технику). Для сравнения, фМРТ измеряет изменения кровотока в течение одной или двух секунд после возбуждения нейронов.
  • Мозговые волны измеряются в основном со скоростью света, т.е. без заметной задержки между началом нейронной активности и моментом, когда электрод или МЭГ-сенсор улавливает их. Это позволяет измерять активность мозга по мере ее развития, поскольку мозг обрабатывает информацию порядка миллисекунд.

К плохим аспектам относятся:

  • Серьезно нарушено пространственное разрешение. При ЭЭГ электрический сигнал размывается, проходя через череп. С МЭГ измерение более прямое, но все же все датчики улавливают активность в любой части мозга (по крайней мере, на ЭЭГ; насчет МЭГ я не так уверен), поэтому очень сложно с уверенностью сказать, где именно что-то происходит. локализуется. Методы существуют, но (по моему опыту) они не приближаются к точности МРТ. Это также становится очень сложным очень быстро.
  • Активность воспринимается только из неокортекса. Вы не можете сказать много о глубокой активности мозга.
  • Мозговые волны совершенно неинтуитивны. Очень трудно понять, как волнистая линия на экране может рассказать нам что-то о самой интересной вещи в мире: о нас самих. Предполагается, что это связано с нашим сознанием, с нашими мыслями и чувствами, с нашей личностью, состоянием ума, действиями, намерениями, со всем — но это всего лишь волнистая линия. Вот тут-то и вступает в действие тяжелая тренировка в области неврологии.

В прошлом мозговые волны идентифицировали с помощью глазного яблока. В настоящее время мы можем сделать намного лучше. Мы можем представить, что каждая из этих линий на самом деле состоит из множества различных типов нейронной активности, происходящих с разной скоростью. Нейроны, запускающиеся вместе быстро, приведут к небольшим кратковременным изменениям амплитуды, тогда как нейроны, запускающиеся вместе в более медленном темпе, приведут к медленным волнам. Чем больше нейронов возбуждается вместе, тем выше амплитуда волны. Чем быстрее они срабатывают вместе, тем меньше длина волны.

Быстрые и медленные длины волн будут суммироваться в одну волнистую линию на экране, но мы можем разложить ее, например, с помощью преобразования Фурье или вейвлет-преобразования. Разлагая, мы получаем представление о том факте, что нейроны активируются вместе с разной скоростью, когда они выполняют разные действия. Например, если вы игнорируете визуальный стимул, ваш зрительный мозг начинает срабатывать примерно 10 раз в секунду. Это называется альфа-ритм. Если вы активно наблюдаете за стимулом, активность изменится до 40-70 раз в секунду. Это гамма-ритм. Таким образом, вы можете что-то сказать о том, что делает мозг, когда видите паттерн нейронной активности, основанный на волнистой линии.

Кроме того, вы можете заметить, что в двух удаленных друг от друга частях мозга нейроны срабатывают вместе... но они находятся в фазе друг с другом. Это может означать, что они оба обрабатывают разные аспекты одной и той же информации, поэтому это говорит нам кое-что о функциональной связности нейронов, даже если мы не видим основной активации белого вещества.

В любом случае, мозговые волны не следует считать лучшими или худшими, чем другие измерения нейронной активности. Они просто добавляют свою порцию информации, которая является частью большой головоломки о том, как работает мозг. См. здесь действительно хорошее сравнение М/ЭЭГ с фМРТ и обсуждение всех важных вопросов, стоящих за неинвазивными электрофизиологическими измерениями.

Спасибо за отличный ответ! Я рассмотрю MEG более подробно, так как этот термин для меня совершенно новый.
@AlexStone, пожалуйста :) О МЭГ: электричество и магнетизм - это две стороны одного и того же явления, электромагнитной силы. Всякий раз, когда электрический ток течет по чему-либо (например, по дендриту), вокруг него создается магнитное поле. Затем вы можете измерить либо электрическую, либо магнитную активность, в зависимости от имеющегося у вас оборудования. Результат, который вы получите, очень похож. (отказ от ответственности: я не технический специалист, это просто мое понимание того, как это работает)
Еще один потрясающий ответ от вас! Спасибо, что поделились с нами своим опытом :)

Да и нет. Оценка источника использовалась в электротехнике в течение десятилетий, но становится все более и более распространенной в области ЭЭГ, особенно в свете усилий по регистрации показаний ЭЭГ с параллельными исследованиями фМРТ.

По сути, имея набор ЭЭГ (или даже МЭГ, магнитоэнцефалографических) измерений, можем ли мы «инвертировать» их, чтобы найти отдельные источники тока, которые будут генерировать такую ​​электрическую активность. Также могут использоваться форвардные модели, в которых набор источников предполагается априорно .

В Scholarpedia есть обширная статья об этих методах. Кратко,

  • Параметрическое дипольное моделирование
  • Пространственное сканирование и формирование луча, одни из самых популярныхMUSIC
  • Методы исходного пространства, один из самых популярныхsLORETA

используются, большинство из которых включают некоторую форму матричного преобразования данных в пространство более низкого измерения и сопоставление с набором точечных источников.

Текущие исследования (например, Antelis and Minguez, 2012) используют подход, который объединяет результаты нескольких динамических моделей для улучшения оценок.

Использованная литература:

Антелис, Дж. М., Мингес, Дж. (2012). DYNAMO: Параллельный динамический мультимодельный метод локализации источника для ЭЭГ и/или МЭГ. Journal of Neuroscience Methods , доступен в Интернете 26 сентября 2012 г. [DOI]

Позже я попытаюсь конкретизировать это, но это должно дать вам фору.
Можно также упомянуть анализ колебательной активности мозга. Что касается возможных (коммерческих) приложений, то можно упомянуть, например, интерфейсы мозг-компьютер (BCI).
@H.Muster Я оставлял кое-что для тебя! Да, я полагаю, что один из нас двоих должен заниматься ERS/ERD. Я думал об этом как о более «традиционном», но я думаю, что вы правы.

Я удивлен, что никто не упомянул пиковую активность. Пространственное и временное разрешение феноменальны.

Технология регистрации потенциалов действия одновременно от многих нейронов во многих областях коры развивается. Большая часть теоретической неврологии имеет дело с тем, как эти паттерны всплесков передают информацию.

Как и в случае с другими ответами, я дополню этот набросок в ближайшие дни. Я хотел подчеркнуть, что есть и другие источники информации об активности мозга, помимо ЭЭГ.

Однако с помощью ЭЭГ очень сложно различить информацию о всплесках в ансамблях. Даже если вы говорите об использовании внеклеточных микроэлектродов, «мозговые волны» — это скорее потенциалы локального поля, а не спайки. Тем не менее, мне нравится ответ с точки зрения другой интерпретации основного вопроса в заголовке.
Люди регистрируют активность мозга с помощью внеклеточных электродов. Однако метод извлечения потенциалов действия сильно отличается от получения потенциалов локального поля. Если вы записываете с высокой частотой, например 40 кГц, и с полосовым фильтром, скажем, между 300 Гц и 10 кГц, вы увидите потенциалы действия.
Да, я знаю, я делал внеклеточную запись в течение ряда лет, но я думаю, что это просто семантическая разница, лично я бы не назвал спайк «мозговой волной». Я бы зарезервировал это для совокупной активности.
Я полностью согласен с тем, что спайк — это не мозговая волна. Но последовательность спайков действительно аппроксимирует функцию скорости нейрона, и поэтому многие последовательности спайков из региона могут быть объединены, чтобы создать «функцию скорости популяции». Это похоже на мозговую волну.
Я не согласен с вами, я просто не думаю, что этот термин обычно используется. Первоначально я интерпретировал вопрос так: «Является ли интерпретация ЭЭГ «мозговыми волнами» (то есть диапазоны частот и т. д.) устаревшей?» Я не принял во внимание вашу точку зрения (которая в равной степени, если не более верная), что он спрашивал: «Существуют ли другие методологии, которые также предлагают понимание мозговой деятельности в целом?», как ваша объясняет последнее, но в мое мнение не касается первого. Во всяком случае, я не пытался записать ваш ответ, как раз наоборот.
О, я и не думал, что ты вообще пытаешься меня унизить. На самом деле, ваши комментарии помогли мне понять, что я имел в виду. :-)
Очень полезно узнать, что можно увидеть индивидуальные потенциалы действия, я бы предположил, что это измеряется на живом человеке неинвазивным способом?
На людях это обычно делается нейрохирургическим пациентам, которым вживляют электроды при трудноизлечимой эпилепсии, болезни Паркинсона, психических расстройствах. У животных есть и есть в нескольких медицинских центрах гибкие электроды, регистрирующие сигнал. Беспроводная связь не может передавать данные на достаточно высоких частотах, чтобы отправлять пиковые данные в режиме реального времени. Электроды также имеют достаточно низкий импеданс, чтобы улавливать только несколько нейронов. (Отчасти потому, что доктора медицины лучше знают, что делать с ЭЭГ, а спайки используются для интраоперационной локализации.)
@ mac389 Вы сказали, что дополните этот скетч. Я хотел бы услышать больше того, что вы хотите сказать.
Спасибо, что напомнили мне - это потерялось в потоке. Назад к этому!
Есть ли лучший способ описать активность мозга, чем «мозговые волны» ЭЭГ?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v