Насморк

Альфа бета гамма реакции в головном. Ритмы мозговой активности и их стимуляция

Как вы знаете, человеческий мозг оперирует электрическими сигналами. Он постоянно генерирует электрические импульсы, которые называются мозговыми волнами (или ритмы мозга, волны мозга, волны мозговой активности). Частота этих импульсов измеряется в герцах или циклах в секунду. Ну а доминирующая частота мозговых волн определяет общее состояние мозга.

Почему доминирующая? Всё дело в том, что мозг не работает как единое целое на одной частоте. Это означает, что одна область мозга может производить больше бета-волн, в то время как другие области мозга испускают импульсы на другой частоте. В общем, он может находиться в спокойной релаксации, например, но часть подкорки будет "зудеть" о стрессе и проблемах на фоновом уровне.

Пишут, что ритмы электромагнитных колебаний нашего мозга непосредственно связаны с электромагнитными колебаниями между поверхностью Земли и ионосферой, совпадая с ними по основным резонансным частотам. Вероятно, здесь есть ключ к существованию больших и малых ритмов бытия мира, часть их которых представлена в человеке разными способами, а часть, резонансная им, - в окружающем пространстве. Как струна гитары издаёт звук в унисон с камертоном, как мост начинает вибрировать в резонанс с ветром и так далее. () Так и мы можем сонастраиваться с разными циклами и частотами в мире, входя с ними в резонанс путём нехитрых приёмов. Один из них древен, как человеческие общества. Это музыка. Особенно, ритмическая.

Альфа-ритм (α-ритм, alpha rhythm) - ритм ЭЭГ (электроэнцефалограмма) в полосе частот от 8 до 13 Гц, средняя амплитуда 30–70 мкВ, могут однако наблюдаться высоко- и низкоамплитудные α-волны. Регистрируется у 85–95% здоровых взрослых. Лучше всего выражен в затылочных отделах. Наибольшую амплитуду α-ритм имеет в состоянии спокойного бодрствования, особенно при закрытых глазах в затемнённом помещении. Блокируется или ослабляется при повышении внимания (в особенности зрительного) или мыслительной активности.

Альфа-ритм характеризует процесс внутреннего «сканирования» человеком мысленных образов при сосредоточении внимания на какой-нибудь умственной проблеме.

Когда мы закрываем глаза, альфа-ритмы усиливаются, и это свойство успешно используется при проведении медитации-релаксации или сеанса гипноза. У большинства людей альфа-волны исчезают, когда они открывают глаза и перед ними возникает та или иная реальная картина. Статистические и экспериментальные данные свидетельствуют о том, что характер альфа-ритма является врожденным и наследственным.

У большинства людей, имеющих четко выраженный альфа-ритм, преобладает способность к абстрактному мышлению. У незначительной группы людей обнаруживается полное отсутствие альфа-ритмов даже при закрытых глазах. Эти люди свободно мыслят зрительными образами, однако испытывают трудности в решении проблем абстрактного характера.

Люди, которые научились анализировать информацию, когда их мозг работает в альфа-ритме, имеют доступ к гораздо большим объемам информации, к ним чаще приходят творческие идеи, вдохновенные мысли, обостряется интуиция, что позволяет находить новые неожиданные решения проблем. Недаром говорят: «Закрой глаза, и решение придет само собой».

Когда мозг работает в альфа-ритме, у человека растут потенциальные возможности управления своей жизнью. Приходит понимание, как лучше разобраться с различными жизненными проблемами, такими, как лишний вес, бессонница, тревога, напряжение, мигрени, вредные привычки и многое другое. Появляется возможность научиться настраивать свою психику таким образом, чтобы достигать поставленных целей и превращать мечты в реальность.

Работа мозга в альфа-ритме позволяет незаметно входить в состояние неглубокой медитации , как при упражнениях аутотренинга и релаксации. Ученые выяснили, что, когда человек занимается подобными практиками, у него на физиологическом уровне происходит снижение ритма функционирования головного мозга до уровня альфа-ритма. Приём теплой ванны или душа напрямую связан с доминированием альфа-ритма.

Чем же так примечателен альфа-ритм и зачем он нужен человеческому организму? Все упирается в сознание человека. В состоянии полной расслабленности и погружения в себя альфа-волны усиливаются, и в нашей психике начинают свой ход оздоровительные и очищающие процессы, просыпаются скрытые ресурсы: оживает интуиция, становится идеально отточенной концентрация внимания, появляются экстрасенсорные способности. Мир вокруг начинает играть совсем другими красками, делая человека радостным.

Бета-ритм (β-ритм) - низкоамплитудные колебания суммарного потенциала головного мозга с частотой от 15 до 35 колебаний в секунду, амплитуда - 5–30 мкВ. Этот ритм присущ состоянию активного бодрствования. Относится к быстрым волнам. Наиболее сильно этот ритм выражен в лобных областях, но при различных видах интенсивной деятельности резко усиливается и распространяется на другие области мозга. Так, выраженность бета-ритма возрастает при предъявлении нового неожиданного стимула, в ситуации внимания, при умственном напряжении, эмоциональном возбуждении. Их амплитуда в 4–5 раз меньше, чем амплитуда альфа-волн.

В состоянии бета-ритма наш мозг погружается в рутину бытия с огромным количеством разных проблем, в нескончаемый круговорот стрессовых ситуаций, решения разных задач и активной концентрации, перемещающегося фокуса внимания. Внимание направлено вовне.

Бета-ритм отнюдь не наш враг. Именно благодаря бета-ритму человечество достигло необозримых высот в техническом прогрессе: построило города, вышло в космос, создало телевидение, компьютеры; развитие медицины тоже напрямую связано с этими волнами. Это ритм активного созидания и жизни.

Гамма-ритм (γ-ритм) - колебания потенциалов ЭЭГ в диапазоне от 30 до 120–170 до колебаний в секунду. Амплитуда гамма-ритма очень низка - ниже 10 мкВ и обратно пропорциональна частоте. В случае если амплитуда выше 15 мкВ, то ЭЭГ рассматривается как патологическая. Гамма-ритм наблюдается при решении задач, требующих максимального сосредоточенного внимания. Гамма-ритм отражает собой колебания, которые одновременно запускаются в нейронах приходящим сигналом из активирующей системы ретикулярной формации, вызывающим смещение мембранного потенциала.

Гамма-ритм наблюдается при решении задач, требующих максимального сосредоточенного внимания. Это ритм собранности и концентрации на проблеме или задаче, ритм активного собранного решения и работы. Существуют теории, связывающие этот ритм с работой сознания. В ряде публикаций сообщается о разнообразных нарушениях гамма-активности у больных шизофренией.

Гамма-ритм, также, это состояние общение человека с «нечто», находящимся за пределами понимания нашего сознания. Частоту вибрации мозга в 50 Гц, некоторые исследователи буддийских медитаторов называют просветлением. Хотя это и сомнительно. Это просто частота максимальной собранности, присутствия здесь и сейчас. То есть гамма-ритм позволяет нам стать кем-то большим и воспринимать мир уже с точки зрения этого большего. Это как бы надстройка над человеческим сознанием, которую мы можем использовать.

Дельта-ритм - от 0,5 до 4 колебаний в секунду, амплитуда - 50–500 мкВ. Этот ритм возникает как при глубоком естественном сне, так и при наркотическом, а также при коме. Дельта-ритм также наблюдается при регистрации электрических сигналов от участков коры, граничащих с областью травматического очага или опухоли. Низкоамплитудные (20–30 мкВ) колебания этого диапазона могут регистрироваться в состоянии покоя при некоторых формах стресса и длительной умственной работе.

Характерен для стадии глубокого сна без сновидений. А также, для состояния очень глубокой медитации-дхьяны (не релаксации, как альфа-ритм).

Тета-ритм (θ-ритм) - ритм ЭЭГ Частота 4–8 гц, высокий электрический потенциал 100–150 микровольт, высокая амплитуда волн от 10 до 30 мкВ. Наиболее ярко тета-ритм выражен у детей от двух до пяти лет. Этот частотный диапазон способствует глубокой релаксации головного мозга, хорошей памяти, более глубокому и быстрому усвоению информации, пробуждению индивидуального творчества и талантов.

В большинстве своем у детей до 5 лет головной мозг в дневное время функционирует именно в этом диапазоне волн, что позволяет детям феноменально запоминать огромный запас различной информации, что несвойственно подросткам и взрослым людям. В естественном состоянии этот ритм у основной массы взрослых людей доминирует только во время фазы быстрого сна, полудремы. Характерен для глубокой медитации-дхьяны. Именно в этом диапазоне частот в головном мозге достаточно энергии для усвоения больших объемов информации и быстрого переноса ее в долговременную память, усиливаются способности к обучению и снимается стресс. В этом диапазоне мозг находится в состоянии повышенной восприимчивости. Такое состояние идеально для суперобучения, мозг способен длительное время сохранять сосредоточенность, экстравертность и не подвержен тревогам и невротическим проявлениям.

Это диапазон верхних связей мозга, соединяющих между собой оба полушария и непосредственно слои коры мозга с лобными ее зонами.

Сигма-ритм - спонтанный сигма-ритм имеет частоту от 10 до 16 Гц, но в основном составляет от 12 до 14 колебаний в секунду. Сигма-ритм представляет собой веретенообразную активность. Это взрывная или вспышечная активность, веретенообразные вспышки, регистрируемые в состоянии естественного сна. Возникает также при некоторых нейрохирургических и фармакологических воздействиях. Характерным признаком сигма-ритма является нарастание амплитуды в начале вспышки сигма-ритма и ее убывание в конце вспышки. Амплитуда различна, но у взрослых в основном не меньше 50 мкВ. Сигма-ритм появляется в начальной стадии медленного сна, которая следует непосредственно за дремотой. Во время сна с дельта-волнами сигма-ритм возникает редко. В процессе перехода к быстрому сну сигма-ритм наблюдается в ЭЭГ, но полностью блокируется в развитой фазе быстрого сна. У человека этот ритм возникает примерно с трехмесячного возраста. С возрастом частота колебаний ритма, как правило, не меняется.

Мгновенная релаксация и снятие стресса - используются частоты между 5 и 10 Гц для различных уровней релаксации.

Замена сна - тридцатиминутная сессия на 5-ти герцах заменяет 2–3 часа сна, позволяя просыпаться рано утром более бодрым, слушать по полчаса перед засыпанием и утренним подъемом.

Борьба с бессонницей - волны между 4 и 6 герц в первые 10 минут, затем переход к частотам ниже 3,5 Гц (на 20-30 минут), постепенно спускаясь к 2,5 Гц перед окончанием.

Поднятие тонуса - тета-волны (4–7 Гц) по 45 минут в день.

Также о ритмах мозговой активности можно прочитать и .

Стимуляция ритмов головного мозга

Рассмотрим доступные каждому человеку способы стимуляции ритмов головного мозга для улучшения природных способностей, в том числе памяти, творческих озарений.

Стимуляция Альфа-ритма

У людей разная степень выработки альфа-волн. У кого-то уровень этих волн от природы очень низок, у других, наоборот, высок. У детей в основном преобладают альфа- и тета-волны. Поэтому дети не нуждаются в стимуляции альфа-ритма.

Взрослея, наш мозг начинает вырабатывать больше бета-волн. Психологи утверждают, что альфа-ритм преобладает у экстравертов (общительные оптимисты, легко взаимодействующие с обществом) и значительно снижен у интровертов (сдержанные, немного застенчивые и замкнутые люди, сосредоточенные на своем внутреннем мире). Стимуляция альфа-волн помогает интровертам увереннее чувствовать себя в обществе.

Способами повышения альфа-ритма являются:

Синхронизация волн с внешними сигналами . Заключается в прослушивании определенных треков, составленных из стереосигналов (смотрим подробнее ниже).
Ежедневная медитация-релаксация - требует практики и времени. Новичкам достаточно уделять для тренировок 20 минут в день, чтобы научиться расслабляться.
Йога - способствует полной релаксации организма и повышению уровня альфа-волн. Правильные и постоянные занятия йогой помогут осознанно контролировать альфа-ритм.
Глубокое дыхание - метод насыщения клеток мозга и организма кислородом. Освоив этот метод и взяв его в привычку, вы поможете мозгу автоматически настраиваться на формирование альфа-ритма.
Визуализация. Стоит нам закрыть глаза и начать мечтать, рисуя позитивные образы, как мозг тут же начинает активно вырабатывать альфа-волны.
Алкоголь - эффективный, но самый нездоровый способ повышения. Люди легко привыкают снимать стресс алкоголем. При его приеме происходит резкий подъем выработки альфа-волн, наступает состояние расслабленности и умиротворенности. Именно поэтому с помощью стимулирования альфа-волн специальным оборудованием можно делать обратное - лечить алкоголизм и наркоманию.

К негативным эффектам, возникающим при избыточной стимуляции альфа-ритма, относятся повышенная сонливость, усталость и даже депрессия. Важно разобраться в своем состоянии. Если вы чувствуете усталость, сонливость и начинающуюся депрессию, значит, ваш мозг нуждается в стимуляции не альфа-, а бета-волн.

Повышение альфа-ритма будет полезно в случае депрессии, связанной со страхом, нервозностью и напряжением. Не нужно повышать альфа-ритм в спокойном расслабленном состоянии с ясным сознанием. Это может привести к чувству разочарования, скуке, потере интереса к жизни. При появлении этих эффектов нужно прекратить стимуляцию альфа-волн и повысить бета-ритм.

Стимуляция Бета-ритма

Какую пользу приносит человеку стимуляция его мозга бета-волнами? Эти волны естественным образом начинают доминировать при разговоре и учебной деятельности. Повышение бета-ритма улучшает социальные навыки, умственные способности, поднимает уровень энергетики, обостряет чувства, концентрирует внимание. Исследователи выяснили, что люди с IQ выше среднего имеют повышенную выработку мозгом бета-волн. Это неудивительно, ведь эти волны ускоряют работу мозга и повышают восприятие учебной информации. Бета-стимуляция полезна тем, кто чувствует себя уставшим и разбитым в течение дня.

Способы стимулирования бета-волн:

Синхронизация волн - с помощью музыки, содержащей бинауральные ритмы (смотрим подробнее ниже).
Чтение интересных книг - повышает активность левого полушария и выработку бета-волн.
Кофеин - усиливает бета-волны, но лишь на непродолжительное время. Вредные для организма энергетические напитки и курение дают всплеск активности волн. Однако скоро после подъема вы почувствуете резкий спад энергии и проведёте остаток дня в разбитом состоянии.

Недостатки повышения бета-ритма . Если у вас естественным образом повышен уровень бета-волн, то дополнительная стимуляция приведет к возникновению чувства страха, необъяснимой тревоги и даже паники. Бета-ритм повышает мышечное напряжение и кровяное давление. Эти волны влияют на процессы возбуждения нервной системы и снимают сонливость. Поэтому гипертоникам и страдающим бессонницей не следует увлекаться стимулированием бета-волн.

Стимуляция Тета-волн

Тета-ритм приводит наш организм в состояние глубокого расслабления, при котором мы видим сновидения. Эти волны - тонкая граница между сознанием и подсознанием. Под их влиянием в теле запускаются механизмы самовосстановления, происходит улучшение физического и духовного состояния. Благодаря глубокой релаксации при тета-ритме наш организм быстро восстанавливается после тяжелых нагрузок.

Вхождение в состояние тета-ритма способствует возникновению глубокой связи с подсознанием и появлению паранормальных способностей (выходу сознания за пределы физического тела, установления контакта с потусторонним миром, экстрасенсорному восприятию). Пребывание в нём приносит нам ощущения блаженства и умиротворенности.

Психотерапевты используют приборную и иную стимуляцию тета-волнами при лечении пациентов от душевных травм. Принцип лечения основан на вспоминании человеком травмирующего события, скрытого в глубинах подсознания, и изменении отношения к нему.

Большая активность тета-волн обнаруживается у детей и творческих людей. Тета-ритм пробуждает и усиливает наши эмоции и чувства, позволяет программировать подсознание, избавляться от негативного мышления.

Способы стимулирования тета-волн:

Синхронизация мозга специальными ритмами.
Прослушивание приятной музыки. Звуки такой музыки связаны с выработкой эмоций и ощущений, а это прямой путь повышения активности тета-волн.
Медитация (лёгкая релаксация и дхьяна с некоторым погружением) - вырабатывает альфа- и тета-ритм. Легче всего научиться вырабатывать альфа-волны, и только после позитивных тренировок приходит умение контролировать тета-ритм.
Гипноз и самогипноз . Позволяют усилить альфа- и тета-ритм.
Йога - помогает осознанно контролировать состояние тета-волн и извлекать из этого максимальную пользу.

К нездоровым способам повышения тета-ритма относится приём галлюциногенных наркотиков и алкоголя. В состоянии алкогольного опьянения вначале повышается активность альфа-волн, наступает чувство умиротворения и расслабления, затем наступает фаза бурной активности - бета-ритмы, затем их сменяют тета-колебания. Хронические алкоголики испытывают постоянную тета-активность, что нарушает их речь, память и мыслительные способности.

Разумная медитация, йога и гипноз помогают человеку познать себя, погрузиться в подсознание, научиться вырабатывать альфа- и тета-волны.

К недостаткам повышения тета-активности головного мозга относятся:

Тета-стимуляция не подходит мечтательным людям, склонным к фантазированию, так как сделает их ещё более рассеянными.
Повышение тета-ритма приводит к снижению концентрации внимания и сонливости. Поэтому не следует стимулировать тета-волны перед работой. Так же как и альфа-, тета-колебания в больших количествах вызывают апатию и скуку.

Стимуляция Дельта-волн

Стимулирование дельта-волн является самым сложным процессом, поскольку дельта-волны "формируют" подсознание и в подсознании. Обычные люди находятся в состоянии доминирования дельта-ритма лишь в глубоком сне, коме или бессознательном состоянии. Осознанно управлять дельта-колебаниями могут только опытные целители, экстрасенсы, шаманы, опытные медитирующие. Без изучения специальных техник и методов, без грамотного помощника не рекомендуется самостоятельно повышать дельта-активность мозга.

Самый простой способ добиться устойчивого возникновения дельта-волн - ритмичное дыхание с частотой около 60 вдохов в минуту.

Этот метод используют шаманы в ритуальных танцах перед отправлением в «тонкий» мир за ответами на свои вопросы.

Синхронизация волн с внешними сигналами

Наш мозг имеет способность синхронизировать свою доминирующую частоту с внешним сигналом, она называется "реакцией на частоту". Благодаря чему возможна целевая синхронизация мозговых волн - целевое использование звука или света для синхронизации частоты электрохимической активности мозга с частотой, соответствующей желаемому состоянию мозга.

Основные типы звуков, используемых для синхронизации мозговых волн (СМВ):

Бинауральные ритмы представляют собой два тона, имеющие слегка различную скорость (или частоту) и подаваемые порознь в каждое ухо. Воспринимаются эти ритмы так, как будто они возникают прямо в голове. При этом мозг начинает работать на частоте, которая получается совмещением этих двух частот. Наушники являются необходимым условием, потому что нет другого способа изолированно подавать определенный звук в каждое ухо.

Этот эффект производится в мозгу, а не в ушах, как в случае с монауральными ритмами. Это смешанный продукт деятельности нейронов, расположенных в области уха, и мозга. Бинауральные ритмы отличаются от монауральных ритмов, возникающих в окружающей среде (внешней для уха), это как если ударить одновременно по двум гитарным струнам, имеющим слегка различную частоту.

Так генерируется бинауральный ритм:

Бинауральные ритмы были впервые открыты в 1839 году немецким экспериментатором (H. Dove). Тогда бинауральные ритмы считались разновидностью монауральных ритмов. Монауральные и бинауральные ритмы редко встречаются в природе, но в объектах, созданных человеком, проявляются часто.

Бинауральные ритмы не слишком заметны, так как глубина модуляции (разница между громким и тихим звуком) составляет 3 db. Это значит, что бинауральные ритмы не производят сколько-нибудь значительной СМВ, но имеют гипнотический и расслабляющий эффект.

Это происходит частично, благодаря эффекту Ганзфельда (Ganzfeld effect). Эффект Ганзфельда - это процесс, когда сознание успокаивается в результате монотонного воздействия на органы чувств.

Естественным примером эффекта Ганзфельда может стать ситуация, когда Вы сидите в поле в деревне, уставившись в просторное голубое небо и слушая шорох листьев на деревьях (белый шум) вдали от суеты и других проявлений городской жизни.

Благодаря эффекту Ганзфельда, бинауральные ритмы, как психологическое средство, скорее играют ассистирующую роль в генерации процесса СМВ, цель которого - спокойствие сознания и души.

Монауральные ритмы возникают в ушах, как реакция на звуки разного характера. Как и бинауральные ритмы, эти звуки не встречаются в живой природе, но являются обычным явлением, если слушать машинное оборудование, которое постоянно издает звук. Например, вы могли слышать, как два работающих двигателя создают эффект резонанса в здании. При этом вы можете буквально всем телом чувствовать вибрации, возникающие, когда звуки этих двигателей «сталкиваются» друг с другом.

С помощью монауральных ритмов музыканты настраивают струнные инструменты. Как монауральные, так и бинауральные ритмы, - это результат арифметической суммы волноформ двух тонов, тогда как они дополняют или «отрицают» друг друга, становясь громче, затем тише и снова громче.

Так генерируется моноуральный ритм:

Изохронные тона - это прямо расположенные тона, которые включаются и выключаются очень быстро. Синхронизация возникает благодаря ритмичному включению и выключению звуков определенной частоты. Изохронные тона - это на данный момент считаются самым действенным средством слуховой стимуляции, и признаются более эффективными для синхронизации, чем монауральные и бинауральные ритмы. Они вызывают выраженную реакцию и нравятся большинству людей.

Изохронные тона, состоящие из чистого тона (сложные волны), с частотой 150–180 Hz показывают лучший результат личного восприятия настолько часто, что рекомендуются для повсеместного применения.

В отличие от бинауральных ритмов, изохронные звуки можно слушать при помощи внешних динамиков, или же слушать всем телом. Мозг воспринимает звук не только ушами, он воспринимает сигналы, идущие от всего тела.

Для изохронных звуков не требуются наушники, однако использованием наушников можно добиться более четкого эффекта благодаря избавлению от внешних звуковых помех.

Предполагается, что изохронные тона также обладают гипнотическими свойствами, однако, это не значит, что они внушают какие-то идеи или дополнительные аффирмации. Это вибрации, которые помогают расслабиться, глубже медитировать и работать со своим подсознанием, например, при его очистке.

Краткий обзор трех типов звуков для синхронизации

Бинауральные ритмы : два звука, слегка отличающихся по частоте, создают частоту для синхронизации. При прослушивании используются наушники; один звук идет в левое ухо, другой - в правое, точно в то же время. Мозг начинает работать на частоте, которая получается совмещением этих двух частот. Вы слышите не два звука, а один. Наушники являются необходимым условием, потому что нет другого способа изолированно подавать определенный звук в каждое ухо (оба уха слышат оба звука, и мозг начинает работать на желаемой частоте).
И хотя кто-то говорит, что бинауральные ритмы не так эффективны для синхронизации, как монауральные или изохронные звуки, бинауральные ритмы более эффективны для синхронизации полушарий мозга. Считается, что она способствует ясности мысли и характерна для мышления гениев, когда логика и творчество используются в равной мере.
Монауральные ритмы : монауральные ритмы возникают в ушах, как реакция на звуки разного характера. Как и бинауральные ритмы, эти звуки не встречаются в живой природе, но являются обычным явлением, если слушать машинное оборудование, которое постоянно издает звук. Например, вы могли слышать, как два работающих двигателя создают эффект резонанса в здании. При этом вы можете буквально всем телом чувствовать вибрации, возникающие, когда звуки этих двигателей «сталкиваются» друг с другом.
Или, возможно, вы слышали, как одновременно звучат две гитарные струны, настроенные на разные частоты: вы слышите частоту созвучия, а не две разных частоты. Для монауральных ритмов наушники не требуются.
Изохронные звуки очень быстро пульсируют, ритмично включаясь и выключаясь. Частота синхронизации получается очень просто - многократным включением и выключением звука желаемой частоты. Для изохронных звуков не требуются наушники, однако использованием наушников можно добиться более четкого эффекта благодаря избавлению от внешних звуковых помех. Эксперты обычно соглашаются, что изохронные звуки могут быть более эффективны для синхронизации, чем монауральные и бинауральные ритмы.

Изохронные звуки чувствуются телом, а не только слышатся ушами.

В отличие от бинауральных ритмов, изохронные звуки можно слушать при помощи внешних динамиков, или же слушать всем телом. Мозг воспринимает звук не только ушами. Вы когда-нибудь чувствовали ритм всем телом - например, на рок-концерте? Даже глухие могут «слышать» звуки, чувствуя вибрации телом, а не ушами.

И мозг, и тело воспринимают («слышат») постоянные внешние раздражители. Изохронные звуки - относительно новая технология , пришедшая на замену бинауральным и монауральным ритмам, которые используются уже около ста лет. Вы можете достичь более глубокого эффекта синхронизации при помощи изохронных звуков, чем при помощи бинауральных ритмов, благодаря синхронизации всего тела.

Безопасны ли изохронные звуки? Да. Синхронизация мозга - это не промывание мозга! Мозг от природы склонен синхронизироваться с любым повторяющимся звуком. Звуки влияют на электрохимическую активность мозга так же естественно, как прослушивание повторяющихся легких партий ударных взывает расслабление. Это влияет только на ваше настроение и на состояние вашего сознания - синхронизация мозговых волн не вселяет в ваше сознание никаких мыслей или идей, а также не приносит физического вреда.

Заметка. Вкратце, суть: планеты вовсе не нужны в астрологии, просто в мире существуют циклы (ритмы), к которым привязано всё в нём, или с которыми синхронно (резонансно) всё в нём - можно вычислить эти ритмы, находя некие общие циклы у человека и у чего-нибудь более-менее постоянного и глобального (если глобальным циклом будет обладать соловей за окном, всю астрологию прекрасно можно привязать к соловью).

Работа головного мозга не прекращается ни на секунду. Ученым при помощи особого прибора – электро энцефалографа удалось выделить несколько типов ритма электрической активности этого органа ЦНС. Таким образом выделяют альфа волны головного мозга, а так же бета, дельта, тета, сигма, и гамма ритмы. Известно, что этот показатель в разных отделах органа изменяется в зависимости от физической деятельности человека. Например, альфа ритм четко фиксируется в спокойном состоянии и во время «быстрого» сна.

Итак, что же такое альфа ритм? Это электрические колебания импульсов клеток головного мозга, за счет которых осуществляется работа этой части ЦНС.

Впервые зафиксировать электрическую активность мозга смог немецкий ученый-психолог Г. Бергер при исследовании органа электро энцефалографом. Этот прибор позволяет не инвазивно, при помощи специальных датчиков исследовать и зафиксировать процессы, протекающие в веществе мозга не прибегая к трепанации черепа.

Итак, альфа-волны у здорового человека имеют частоту колебаний в пределах 8 – 14 Гц и являются низкочастотными. По этой причине записать их удалось только в период покоя, так как бета-колебания, отражающие мозговую активность в период бодрствования, являются доминантными.

Научно доказано, что альфа ритм мозга способствует перезагрузке всей ЦНС и активирует парасимпатическую НС, которая отвечает за накопление и восстановление жизненных сил в период покоя. Эти процессы впоследствии способствуют снятию стресса, расслаблению и активации мыслительной деятельности.

В связи с этим измерение альфа ритма считается наиболее информативным видом исследования активности головного мозга с точки зрения психологии, недаром врачи психотерапевты и гипнологи предпочитают работать с человеком, введя его в гипноз или дремоту. Например, грамотный специалист, введя пациента в альфа ритм, способен избавить его от хронической усталости, вызванной стрессом, депрессии и других психологических расстройств. Кроме этого научно доказано, что человек находясь в этом состоянии, становится более восприимчив к поступающей из-вне информации и легче поддается внушению.

На практике почувствовать, как влияют альфа ритмы на деятельность головного мозга, совсем не сложно, достаточно только включить соответствующее звуковое произведение, внимательно слушать его и попытаться расслабиться. Обычно через несколько минут можно почувствовать облегчение, а тревога начнет отступать.

Позитивное воздействие

Итак, альфа ритмы мозга преобладают у человека в периоды сна и покоя, что подтверждается многочисленными исследованиями людей в состоянии медитации и релаксации. Медитирующий человек становится более восприимчив к поступающей информации, усиливаются мысленные образы и абстрактное мышление. Это позволяет углубиться в умственной работе: недаром ученые считают, что большинство открытий было совершено в состоянии альфа ритма.

Альфа-активность головного мозга наблюдается у людей, способных к абстрактному мышлению и творчеству во всех его проявлениях, и лишь незначительная часть обывателей не имеет этого вида мозговых волн даже в состоянии сна. У здорового человека норма амплитудных колебаний альфа-волн находится в диапазоне 20-90 мкВ, однако со временем наблюдается ее снижение, что связано с недостаточным кровообращением.

В альфа ритме мозг способен усвоить намного больше информации, чем в других состояниях. Кроме этого он способствует обострению интуиции, а также приходу новых решений перед поставленными задачами. При работе мозга в альфа ритме, человек обычно вдохновляется на решение жизненных проблем: становиться понятно, что стоит решить в первую очередь, а что оставить на потом.

Физически альфа ритм погружает человека в неглубокую медитацию и расслабление, а ведь известно, что эти состояния поддерживают физиологическую активность мозга.

В чем же заключается положительный эффект усиления альфа ритма мозга на самочувствие человека? Все упирается в сознание – при полной расслабленности тела и повышении альфа-волн запускаются восстановительные и очищающие процессы, активируется мыслительная деятельность проявляются скрытые способности, мир начинает казаться прекрасным, проблемы отходят на другой план.

Патологические показатели альфа ритма

Измерение диапазона частоты амплитудных колебаний позволяет медикам оценить психическое состояние больного. Для выполнения работы такого плана рассчитывается индекс альфа ритма головного мозга, который у здорового человека находится в пределах 75-95%. Так, например его снижение ниже 50% указывает на нарушение в работе и патологических болезнях органа.

Для того чтобы точно определить где произошло нарушение, пациента тщательно обследуют и измеряют показатели на разных участках головы специальными датчиками. Например, при таких заболеваниях как эпилепсия, гипертония, патологиях сна фиксируется асимметрия амплитудных колебаний на одинаковых участках больших полушарий. При дизритмии показателей более чем на 30% у заболевшего последствии чаше всего диагностируется киста, опухоль либо травме мозолистого тела.

Усиленная активация альфа ритма головного мозга наблюдается у людей с отклонениями в развитии органа, например, у ребенка больного олигофренией частота волн выходит за границы норм.

Повышенная синхронизация альфа ритмов полушарий может указывать на такое психическое расстройство, как нарколепсия или нарушение сна. При этом ослабление показателей альфа-волн обычно фиксируется при светостимуляции, которая проводится для оценки ответа коры и подкорковых образований в ответ на внешние раздражители.

На бумаге ритм головного мозга представляется в виде кривой, которая формируется в процессе регистрации колебаний электрической активности. У здорового человека пики и впадины имеют четкую организацию. Если же они аркообразные, а местами ярко выраженные, то это указывает о патологию в работе органа.

Появление альфа ритма в передней части конечного мозга во время бодрствования, может говорить о травме белого вещества, и напротив отсутствие волн при закрытых глазах свидетельствует о церебральном склерозе, слепоте, болезни Альцгеймера.

В качестве дополнительной диагностики на электроэнцефалограмме оценивается альфа ритм при вегето-сосудистой дистонии, подозрении на врожденное или приобретенное слабоумие, травмы и опухоли мозгового вещества. Также его делают при потере сознания неясной этиологии, сильных головных болях, тошноте или рвоте.

Стимулирования бета дельта и тета-волн

Помимо альфа-волн головной мозг способен излучать другие типы ритмов. С научной точки зрения наиболее интересными являются бета-, дельта- и тета-ритмы. Рассмотрим их основные особенности:

Бета-ритм. Усиливается у бодрствующего человека при разговоре и мыслительной деятельности. Стимуляция этого ритма поможет человеку развить умственные способности, навыки в общении с окружающими и концентрацию внимания. Недаром люди, имеющие повышенный IQ, обладают выдающимся бета ритмом мозга. Для того чтобы испытать на себе действие бета волн достаточно включить музыкальное произведение, содержащее бинауральные ритмы, заняться чтением книг или просто выпить чашечку кофе или крепкого чая.
Тета-ритм фиксируется в фазе глубокого сна, когда человек видит сновидения. Под влиянием этих волн организм начинает интенсивно восстанавливаться после рабочего дня, улучшается физическое и духовное состояние. Стимуляция тета-ритма мозга используется при лечении пациента с тяжелыми душевными травмами, которые находятся глубоко в подсознании. Для того чтобы почувствовать его влияние можно послушать приятную музыку, заняться медитацией или йогой.
Дельта-волны. Этот вид мозговой активности отвечает за формирование подсознания, при этом волны начинают усиленно выделяться во время глубокого сна, обморока или комы. Не стоит пытаться самостоятельно усилить дельта-ритм, так как безопасно это можно сделать только опытный наставник, например целитель, экстрасенс, шаман или йог.

У здоровых людей при бодрствовании преобладают альфа и бета ритмы. Чем больше альфа-ритмов, тем меньше человек подвержен стрессу, тем больше он имеет способность к полноценному отдыху и лучше усваивает информацию. В этот момент организм способствует выработке энкефалины и бета-эндорфины. Своего рода природные «наркотики». Эти вещества отвечают за отдых и радость.

Видео: Альфа-ритмы на ЭЭГ

От редакции. Публикуем здоровенный авторский материал , посвящённый электроэнцефалографии. От истории метода и границ его применимости до краткого экскурса в теорию нейрообратной связи, ритмику головного мозга и то, как выбрать энцефалограф для личных нужд, фильтровать шумы и правильно накладывать электроды. Неповторимый авторский стиль прилагается.

Многие из вас слышали про ЭЭГ и знают некоторые принципы её работы. Другие замечали её упоминание в массовой культуре и повседневной речи. Электроэнцефалография — один из самых сложных методов анализа мозговой активности и один из самых доступных: лет через пять нейродевайсы пробьют свой путь на рынок и ЭЭГ станет вторым после tDCS ящичком в твоём кармане, _username. Уже сейчас мы видим коллективы потрясающих людей, бьющихся над благородной проблемой дешёвого бытового энцефалографа — для медитаций, улучшения самочувствия и отладки психических процессов. Всё громче слышны названия OpenEEG и OpenBCI, окружённые плеядами малых проектов, объединённых общей мечтой. Не стимуляция мозга, а именно чтение мозговой информации, по моему мнению, приведёт к прорыву в бытовой психомашинерии: потому что мозг сам справляется с задачей отладки — был бы индикатор, указывающий правильный путь. ЭЭГ и есть этот индикатор.

Хотя, энцефалограмма не то, чем кажется. Все её стадии — от монтажа электродов до анализа данных — требуют серьёзной работы. Как будто мало забот, ЭЭГ ещё и косвенный показатель. До сих пор нет единой теории, что конкретно порождает её сигнал. Зато есть правильная фраза профессора Аллахвердова: “Мы изучаем работу мозга так, как если бы изучали работу компьютера по шуму кулера”. Это именно про ЭЭГ.

Поэтому электроэнцефалограф — хороший, плохой и твой инструмент. В скором будущем, к которому мы все причастны, ЭЭГ выйдет за рамки лабораторий и интерфейсов мозг-компьютер — которые не такая уж и сложная проблематика — в область бытовых нейротерапии и нейрообратной связи. В этом коротком обзоре, не претендующем ни на избыточность, ни на абсолютную правоту, мы разберёмся, как это работает и как с этим можно работать.

1. Сигнал ЭЭГ. Энцефалограф

В задачи очерка не входит история, потому не станем останавливаться на том, когда и кем была записана первая энцефалограмма. Она была записана в 1928-м Гансом Бергером. Современная ЭЭГ представляет из себя запись электрической активности с поверхности головы от нескольких десятков электродов — похожую на картинку с сейсмографа. Первые показатели, с которыми сталкивается исследователь, — это амплитуда, то есть сила сигнала, показанная как высота волны, и частота — то, как часто эти волны повторяются в единицу времени. Амплитуду меряют в микровольтах, в среднем она колеблется от нуля до двухсот. Это слабый, трудно регистрируемый ток, требующий очень хорошего соединения с головой. Для достижения большей чувствительности изредка применяют электрокортикографию — когда электроды слегка вживляются в скальп. Этот не слишком гуманный метод требует предельных обоснований и веских причин, ЭЭГ же относится к т. н. неинвазивным, то есть не проникающим в голову инструментам. Из разновидностей неинвазивных электродов можно выделить “жидкие”, “активные” и “сухие”. Жидкие требуют наличия специального токопроводящего геля, похожего на вязкую слизь, который обычно заливается в дырки, расчищенные от волос зубочисткой, и после эксперимента девушки-испытуемые просят лабораторный душ.

Сухие, соответственно, не требуют. Стоит ли говорить, какой тип электродов является золотым стандартом в когнитивной нейронауке?

Вопрос, какие электроды лучше, всё же довольно сложен. В нейрооргáне я использовал сухие активные от OpenEEG, но шумели они, как бур на Кольской сверхглубокой. Почему нельзя выяснить, какой тип электродов работает лучше? Потому что академии ещё не договорились о стандартах их контрастного анализа, а также из-за противоречивости ЭЭГ, о которой пойдёт речь далее. Нужно больше данных и сравнений, и тот факт, что не существует двух одинаковых энцефалограмм, не упрощает задачу. Вместе с тем сухие электроды, вероятно, вытеснят жидкие в бытовых приборах.

Помимо того, электроды делятся на активные и пассивные. Активные снабжены некоторыми электросхемами на поверхности, позволяющими усиливать сигнал. Почему же не использовать только активные электроды? Потому что активные электроды очень чувствительны и к помехам, отчего падает статистическая мощность исследования с их участием. Тогда можно ли их вообще применять? Да, но с большим числом экспериментальных проб. То есть эксперименты будут длиннее. Зато не нужно возиться с подготовкой головы, гелями и душем впоследствии. Логично ли использовать активные сухие электроды для бытового энцефалографа? Зависит от поставленных вами целей, но поскольку такой ответ ничего не объясняет, скажу, что да.

Поговорим про генерацию сигнала ЭЭГ. Это одна из самых важных вещей, которые необходимо понять. Если сама энцефалограмма — это электрическое поле на поверхности головы, которое мы считываем, то что именно в мозге его создаёт? Возможно, вы удивитесь, но ответ окажется несколько длинным.

Вспомним азы нейроанатомии. В мозге есть белое и серое вещества: серое — это тела нервных клеток, нейронов. Белое — это миелин, защитное покрытие, которое создают глиальные клетки, до недавнего времени считавшиеся служебными и помогающими нейронам с метаболизмом. Теперь у глиальных клеток находят много других ролей — и это перспективная, отдельная область исследований. Миелин защищает и совершенствует проводящие пути мозга, которые состоят из пучков аксонов. Аксон — это очень длинный отросток нейрона, который передаёт сигнал на другой нейрон.

У одного нейрона, как правило, один аксон, но может быть и несколько. Аксон может разветвляться, но не сильно. Проводящие пути состоят из десятков тысяч аксонов, идущих от одних нейронов к другим. Можно сказать, мозг ими пронизан. Надо ли запоминать эти подробности детально? Необязательно. Хотя для ответа на вопрос, откуда берётся сигнал с ЭЭГ, они пригодятся. Итак, аксон передаёт сигнал от нейрона к нейрону, а принимает — дендрит. Дендрит — очень интересная структура, названная так из-за своей древовидности. Это отходящая от тела нейрона разветвлённая сеть, к которой присоединены десятки тысяч аксонов. Такое соединение называется синапс. Некоторые синапсы могут возбуждать нервную клетку, иные — затормаживать. Если сумма сигналов будет в пользу возбуждающих и определённый порог будет достигнут — нейрон сгенерирует потенциал действия — электрический разряд — и пошлёт на дендриты других нейронов через аксон. То есть сам засигналит.

Модель, конечно, упрощена. Во-первых, аксоны выходят не только на дендриты: есть аксо-аксональные и аксо-соматические соединения. Первые соединяются с другими аксонами, другие подходят непосредственно к телу нейрона. Такая логика имеет смысл: допустим, сигнал от Х экстремально важен — тогда аксон коммутирует непосредственно на клетку и получает прямой доступ к ней, минуя “голосование” на дендритах. На дендритах тысячи возбуждающих и тысячи тормозящих сигналов складываются, предопределяя, будет ли возбуждение или торможение, но независимо от их суммы — этот критический сигнал Х достигнет своего результата напрямую.

То есть нейроны в мозге посылают друг другу сигнал через аксоны. Большинство аксонов приходят на дендриты, где потенциалы суммируются. Разряд нейрона после достаточной активации — это потенциал действия. Есть тормозящие и есть возбуждающие нейроны: первые тормозят активацию тех, к кому они присоединены, другие, наоборот, усиливают.

Картина, нарисованная здесь, очень приблизительная, но её уже достаточно для ответа. В мозге существует множество видов нервных клеток, различающихся по функциям, размеру и форме, числу аксонов и дендритов: звездчатые, пирамидные, интернейроны и прочие. Во-первых, считается, что сигнал, который мы видим, производят пирамидные нейроны. Пирамидные — самые крупные, иногда сверхмассивные по меркам нервной клетки, с телами, напоминающими пирамиду. Представим, что пирамидка перевёрнута: из её основания выходит апикальный — обращённый к поверхности мозга — дендрит. Из вершины, смотрящей вниз, спускается длинный аксон.

То есть пирамидные нейроны производят сигнал для ЭЭГ?

Практически. Когда сигнал с аксона приходит на дендрит, тот, условно говоря, становится заряжен положительно (вернее, менее отрицательно, чем было). Вокруг него формируется положительно заряженное электрическое поле. Тело нейрона, находящееся в относительном отдалении, всё ещё остаётся отрицательно заряженным. Это создаёт так называемый диполь: положительный заряд на одном конце и отрицательный на другом. Когда миллиарды этих диполей возникают синхронно, сила их становится достаточной, чтобы быть уловленной электродами. Во-вторых, сигнал, который мы видим на ЭЭГ, производят не все пирамидные клетки — и большинство из тех, что производят, расположены перпендикулярно поверхности головы. Почему так? Потому что электрические поля довольно слабы и в такой конфигурации они лучше регистрируются.

То есть ЭЭГ ловит слабые флуктуаций лишь некоторых, а именно перпендикулярных черепу пирамидных нейронов, чьи дендриты находятся в близких к поверхности головы мозговых слоях, и весь прочий цирк никак не учитывает? Да. Более того, работа “всей прочей” конницы чаще всего всплывает в виде разнообразных и нежелательных, требующих фильтрации шумов. Тогда есть ли от этого всего прок? Тоже да.

Можно ли сказать, что картину ЭЭГ рисуют сигналы некоторых перпендикулярных поверхности головы пирамидных нейронов?

Увы, сказать это с точностью нельзя. Есть пара нюансов:

Помимо аксо-дендритных, существуют аксо-соматические соединения, которые переворачивают диполь. А это значит, что мы не можем точно сказать, что отражает электрическое поле конкретного дендрита: сам сигнал (деполяризацию) или фазу молчания (реполяризацию).
Во-вторых, пока поле дойдёт до головы, пройдёт некоторое время. Пусть и очень короткое.
В-третьих, исследования отношений нейронного импульса и энцефалограммы продолжаются.

Короче, Склифосовский, в тот миг, когда амплитуда на ЭЭГ идёт вверх, значит ли это, что какие-то из тех пирамидных нейронов синхронно сигналили или, наоборот, в это мгновение они синхронно молчали? Можно ли сказать, глядя на ЭЭГ: ага, вот там и тогда они были активны?

Да чтобы я знал. Однако будем считать, что да. Поскольку мы пробуем разобраться, как всё на самом деле работает, ответ не будет лёгким. А потому даже хорошо, что постановка именно этого вопроса лишена практического смысла. Мы видим синхронную активность, и нам ясно, что она так или иначе связана с импульсами. Произошёл ли импульс в эту самую миллисекунду или чуть до-после, не сильно важно, ведь этот импульс суммарный, а значит, всё равно абстрагированный от единичной клетки. Если всё-таки углубляться в вопрос, можно найти цитаты вроде “мы также обнаружили, что низкочастотные компоненты локального электрического поля сильнее всего коррелируют с силой ЭЭГ-ответа”, намекающие на то, что эти отношения ещё и неоднородны. Тех, кого интересует именно этот вопрос, направим по следу “local field potential — EEG relations” в google scholar, тем временем возвращаясь к основному:

Что же порождает энцефалограмму?

Энцефалограмму порождают электрические поля на дендритах некоторых пирамидных нейронов, перпендикулярно расположенных к поверхности головы. Чем сильнее амплитуда (выше волна), тем больше нейронов разряжаются одновременно.

А чем сильнее частота — тем чаще.

2. Ритмы

Метафора про компьютер и кулер теперь раскрыта. Как же учёные связывают феномены на ЭЭГ с психофизиологическими процессами при подобной зыбкости? В основном через корреляции и свидетельства из смежных исследований: экспериментов со вживлёнными микроэлектродами, а также нейропсихологических, анатомических, фармакологических, оптогенетических, фМРТ- или ПЭТ-опытов. Может сложиться впечатление, что другие методы придают ЭЭГ легитимность. Это не так. Ошибочно рассматривать энцефалограмму как младшую сестру томограммы, свысока: у любого инструмента нейровизуализации есть свои границы, за которыми он работает плохо, а внутри — хорошо. ЭЭГ успешнее всего работает со временем. Кстати, некоторые мозговые патологии, заметные на ЭЭГ, МРТ почти не видит.

Полученное с каждого электрода изображение, которое мы видим на мониторе в реальном времени, напоминает волны. Первое, что обращает на себя внимание, это ритмическая структура волн.

Наличие ритмов говорит о том, что как минимум на уровне некоторых клеток мозга существует синхронная и повторяющаяся активность. Жизнь вся ритмична, потому неудивительно. ЭЭГ принято делить на сверхмедленные, дельта-, тета-, альфа-, мю-, бета- и гамма-ритмы.

2.1. Сверхмедленные колебания

Они не регистрируются на обычной ЭЭГ и требуют электрокортикографии. Либо специальных экспериментальных протоколов и очень хороших энцефалографов. Диапазон этих частот 0-0,5 Гц, сами они разделяются на дзета-, тау-, эпсилон-, чьи имена звучат таинственно и незнакомо. Поскольку они сверхмедленны, их соотносят с масштабными и долгоиграющими системными явлениями, а не текущими событиями, как привычные ритмы на ЭЭГ.

Сверхмедленные волны связывают с механизмами адаптации, стрессоустойчивостью, воздействием ксенобиотиков, использованием биологических резервов и даже гипнозом. Так, ещё в 70-е года в АН СССР были исследования об изменении этих волн (тау-ритма, или декасекундных колебаний) при переходе в гипнотический транс и обратно. Можно сказать, что перед нами — нейрокоррелят гипноза.

С тау-ритмами связана ещё одна великолепная гипотеза, предложенная в университете Тюбингена в те же 70-е. Возможно, когда мозг готовится получить какой-то стимул или совершить операцию, требующую активации определённых нейронных сетей, дендриты этих сетей заранее получают возбуждающие импульсы от аксонов, чтобы облегчить последующее действие, требующее их разряда. Сеть как бы слегка намагничивают, облегчая её включение. Эксперименты группы показали, что распознавание объекта, едва преодолевающего порог чувствительности, усиливалось в отрицательные фазы тау-ритма. Также при регуляции этих ритмов пациентами с помощью нейрообратной связи сокращались некоторые виды эпилептических припадков, что также подтверждает гипотезу.

Какая тут связь с эпилепсией? Эпилепсия — результат одновременного гипервозбуждения очень большого числа нейронов. Если положительная фаза медленной волны “наэлектризовывает” сети, подготавливая их к работе, в отрицательную они наименее активированы. Тренируя мозг регулировать тау-ритм, пациенты сокращали число приступов.

Омега-ритм, ещё один из сверхмедленных, применяют в оценке успеха действия анестетиков. Есть и прямые параллели между сверхмедленными ритмами и мозговым метаболизмом, и взаимосвязи с колебаниями локального кровотока. Но в большинстве нейрокогнитивных экспериментов эти волны не учитываются, и их вряд ли будет возможно обнаружить на бытовых ЭЭГ-приборах.

2.2. Медленноволновые колебания и дельта-ритм

Диапазон медленноволновых колебаний: 1-3Гц, дельта-ритма: 1-4Гц. Медленные волны возникают в коре головного мозга, тогда как дельта-ритмы возникают и в мозге, и в таламусе. Это было доказано при наблюдении поражённых связей мозг-таламус: медленные волны имели место всё равно.

Считается, что медленные волны присутствуют при всех видах человеческой деятельности, но доминируют в медленноволновом сне и анестезии. По сути дела, на пике медленной волны происходит возбуждение корковых нейронов, то есть увеличение частоты их разрядов; на спаде происходит уменьшение. Гипотезу о том, что медленные волны улучшают сохранение воспоминаний, проверили с помощью tDCS — транскраниальной стимуляции слабым током. Усилив медленные волны во время раннего сна при помощи этих токов, учёные получили ожидаемый результат.

Дельта-ритм, генерируемый мозгом, сейчас активно изучается и, по всей видимости, связан с медленноволновой активностью. Таламический же ритм появляется на стадии глубокого сна. Он генерируется отдельно взятыми клетками, находящимися в таламусе и имеющими проекции на-, то есть связи с клетками коры. Та же самая система из таламической клетки и корковых проекций в другом состоянии генерирует альфа-ритмы и сонные веретёна. Дельта-ритм возникает, когда система максимально гиперполяризована, то есть заторможена. Также для дельта-волны не нужно соблюдение ряда условий по синхронизации сетей, как в случае с веретёнами и альфа-ритмом. Во время генерации дельта-ритма клетки таламуса меняют сигнальный режим на пачечный или пакетный: когда после накопления возбуждения они разряжаются не одним, а несколькими импульсами подряд. Впрочем, там есть свои нюансы.

Аномалии дельта-ритма хорошо выявляют патологии мозга. Центральный постоянный неритмичный дельта-ритм связывают с локальной мозговой травмой или инсультом. Отдельные нарушения дельты связывают с алкоголизмом, шизофренией, бессонницей и Паркинсоном.

2.3. Тета-ритм

Тета — один из важных, “когнитивных” ритмов. И крайне интересен со всех точек зрения. Это медленноволновый 4-8-герцовый ритм. Среднелобный тета-ритм возникает во время решения задач, но при спокойном бодрствовании он заметен лишь у малого процента людей. Возможно, однако, что из-за глубокого залегания источника, создающего тету, она не всегда регистрируется. Успешность решения задач никак не связана со среднелобным тета-ритмом, зато есть связь между его выраженностью и отсутствием тревожности с экстраверсией. Справедливо оказалось и обратное: у тревожных (и) интровертов среднелобный тета-ритм был выражен слабо.

Считается, что тета-ритм связан с ростом метаболической активности в указанных мозговых регионах: среднелобном царстве и передне-поясном государстве (извилине). Помимо среднелобного, существует гиппокампальный, или лимбический, тета-ритм, генерируемый пирамидными клетками гиппокампа. Кроме указанных клеток, лимбический ритм формируют много других генераторов: передне-поясная извилина, медиодорсальное ядро таламуса, сосцевидные тела гипоталамуса, парагиппокампальная кора.

Существует гипотеза, определяющая тета-активность как квант информации в лимбической системе. Дело в том, что даже двух высокочастотных разрядов в тета-ритме достаточно для формирования так называемого LTP, или long term potentiation, или долгосрочной потенциации.

Что такое долгосрочная потенциация? Синапс — связь, скажем, аксона и дендрита, через которую одна нервная клетка стимулирует другую, — живая и гибкая система. Чтобы сигнал прошёл, он должен быть достаточным. Скажем, силы n. Но если этим синапсом часто пользуются, он становится важным и сила для его прохождения может снизиться. Стать n-1. Это вносит основной вклад в так называемую нейропластичность и обучаемость: за счёт изменения силы, необходимой для передачи сигнала по синапсу, нервная система способна учиться. Сигнал проходит легче. Чем больше повторов делаем, тем легче связь. Не так ли работает привычка?

И наоборот: long term depression, долгосрочная депрессия, это когда синапс некоторое время заброшен. Возбудить его будет сложнее, потребуется уже n+1 энергии. В нервной системе, впрочем, потенциации и депрессии создаёт частотное кодирование: то, с какой частотой приходят импульсы и в каком режиме. Тета — та самая частота, при которой LTP появляется легко. Возможно, полагают некоторые лабораторные коллективы, тета-ритм есть квант лимбической информации, создающий функциональную связь различных структур для кодирования эпизодов памяти.

Среднелобный тета-ритм усиливается при нагрузке на память. Причём существует мнение, что более центрально-расположенный тета-компонент отвечает за запоминание, а лобный — за извлечение из памяти. Тета-ритм, как и сверхмедленные колебания, коррелирует с гипнозом: у сильно гипнабельных людей он выше до и во время транса, чем у слабо гипнабельных. Также он коррелирует с медитацией: в глубоких состояниях дзен-медитации тета-активность замещала альфа-ритмы, с которых начиналась.

Тета-аномалии изучены слабо. Имеются свидетельства о подтипе среднелобного ритма у людей с гиперактивностью и синдромом дефицита внимания, а также сложностями в социальных отношениях. Он демонстрирует неправильную картину: он сильно выражен в лобных областях коры и чрезвычайно слабо синхронизируется в ответ на значимые стимулы. Тета-ритмы, возникающие не в среднелобных областях коры, также полагаются аномальными.

2.4. Альфа- и мю-ритмы

Считается, что альфа-ритм — ритм расслабления. Это отчасти так. Потому что альфа-ритм является ритмом “холостого хода”, когда сенсорная система “простаивает”. Например, мы закрыли глаза — и в зрительной коре генерируется альфа-ритм. Но вот мы открыли глаза и внимательно смотрим либо из тишины услышали звук — альфа-ритмы в соответствующих сенсорных зонах меняются на бета-ритмы. То же самое происходит при переключении от состояния покоя к умственной работе. Альфа-ритмов несколько, и их диапазон составляет от 8 до 13 Гц.

Гипотеза “холостого хода” подтверждалась фМРТ-данными: амплитуда, то есть сила альфа-ритма, коррелирует со снижением мозгового кровотока, а следовательно и метаболизма, в области возникновения. По логике снижение метаболизма можно связать с временным приглушением сенсорной системы. Безусловно, в момент т. н. приглушения в системе могут иметь место отладки, восстановления, консолидации и другие важные процессы.

Право- и левополушарные затылочные альфа-ритмы, связанные со зрительной системой мозга, могут быть как синхронными, так и нет. С возрастом частота затылочных альфа-ритмов изменяется, увеличиваясь до 20 лет и постепенно снижаясь после. У некоторых людей есть теменной альфа-ритм, независимый от затылочного, но о его функции можно мало что сказать. Ещё альфа-ритмы возникают во время фазы парадоксального сна. По сравнению с бодрствованием, во сне этот ритм возникает в передне-центральных отделах мозга.

Мю-ритм, напоминающий греческую мю на ЭЭГ, называют также сенсомоторным, поскольку он возникает при “простаивании” моторики — когда мы не движемся. Его также называют роландическим: по месту возникновения, в роландовой, иначе — центральной, борозде, которая делит лобную и теменную доли. Диапазон мю-ритма: 9-13 Гц. Левополушарные и правополушарные мю-ритмы независимы друг от друга и производятся разными генераторами. То есть движение левой руки может сбить правополушарный мю-ритм в соответствующей сенсорной области, но не затронуть левополушарный. Мю-ритм также имеет несколько подтипов, например, для движений лица и ноги.

У мю-ритма очень сложная картина разрушения, то есть десинхронизации. То есть момента, когда он исчезает. Десинхронизация означает размытие и пропадание ритмической структуры, то есть фактически исчезновение. Затылочный альфа-ритм десинхронизируется, когда мы открываем глаза. Мю-ритмы исчезают при движении, и, как было сказано выше, одни подтипы исчезают при движении одних частей тела, а другие — при других. Помимо этого, мю-ритмы делятся по частоте: 9-10-герцовые менее специфичны для типа движения и десинхронизируются при различных его видах, скажем, и руки, и пальца на ней; 10-13-герцовые более специфичны и исчезают при каком-то одном.

Кроме того, мю-ритм подавляется не только реальными, но и воображаемыми движениями.

Аномальные альфа-ритмы легко спутать с индивидуально-особенными, что в целом характерно и для других ритмов ЭЭГ. Например, низкоамплитудные энцефалограммы, где альфа-ритм сильно редуцирован или отсутствует, могут быть у низкого процента здорового населения. Также они могут быть у наркоманов и алкоголиков. С возрастом может возникать височный альфа-ритм, но это тоже относимо к норме. Асимметрия альфа-ритмов, скажем, в правой и левой затылочных областях, может считаться патологической, если превышает 50%. Для решения проблем определения нормы учёные разработали нормативную базу данных ЭЭГ с привлечением нескольких тысяч субъектов и периодически обновляют и дополняют данные.

2.5. Сонные веретёна

Сонные веретёна альфа-подобны: они имеют частоту 10-14 Гц, но отличаются от альфа-ритмов тем, что возникают в виде коротких несколькосекундных вспышек и по виду напоминают веретено. По мозгу они распределены более широко и сильнее всего регистрируются в центральных областях, тогда как альфа-ритмы локальны.

Веретёна возникают на стадии лёгкого начального сна, знаменуя переход организма в другое состояние. Число их увеличивается, если до этого человек что-либо много учил или выполнял задания на память. Улучшение памяти коррелирует с ростом числа веретён во второй фазе сна. Согласно некоторым гипотезам, сонные веретёна отрезают мозг от внешних сенсорных раздражителей, помогая тем самым спать.

Ещё одна интересная гипотеза объясняет возникновение веретён сразу после дёргания мускулов тем, что молодой мозг узнаёт, какой нерв управляет каким мускулом именно во сне. В общем, они также связаны с довольно большим числом функций, а их аномалии — с такими болезнями, как шизофрения и аутизм.

2.6. Бета-ритмы

В народе бета-ритм связывают с мозговой работой. Чаще всего он встречается в лобных и центральных областях, работу которых связывают с высшими функциями обработки информации и контроля, но он обнаруживается почти везде. Его частотный диапазон: 13-30 Гц. Отчётливый бета-ритм виден далеко не у всех здоровых людей, возникая скорее в форме отдельных отрезков. Бета-ритм принято подразделять на роландический (регистрируемый там же, где и мю-ритм) и лобный.

Про роландический ритм можно сказать, что, вероятнее всего, он — след постактивности, возникающий после совершения движения, когда система начинает расслабляться. Лобные бета-ритмы появляются при решении когнитивных задач. Степень их увеличения зависит от трудности задач. Мощность бета-ритмов увеличивается барбитуратами, но бежать в аптеку не стоит! Считается, что в генерации бета-ритмов участвуют тормозные нейроны.

Как же так? Если мозг выполняет задачу — торможение с этим не очень-то вяжется? Подразумевается сложное взаимоотношение между торможением и активацией. Торможение необходимо, чтобы активация нейросети не плеснула через край, кумулятивно накапливаясь до нездоровых пределов. Баланс между торможением и активацией помогает нейросети работать правильно, и бета-ритм является следствием этого баланса. Можно сказать, что нейросеть — дирижёр собственного оркестра, хрустальная настройка которого требует работу каждой литавры согласно партитуре. А вовсе не сильнее и быстрее. Переизбыток силы и скорости, грубо говоря, результируется эпилепсией.

Некоторые учёные полагают, что бета-ритм — это процесс перезагрузки, стирающий результаты предыдущих состояний сети для подготовки её к новой работе. Бета-ритм соотносится с высокой метаболической активностью.

2.7. Гамма-ритм

Гамма — очень интересный ритм. Его диапазон простирается от 30 до 100 Гц. При этом его амплитуда, то есть сила тока, мала. Именно этот ритм сложнее всего схватить: он пересекается с 50-герцовым шумом электросети и для убирания этих шумов, максимально неповреждая сами данные, должны применяться специальные режекторные фильтры. В имплементации они довольно сложны.

Это удивительный и важный ритм. Считается, что он возникает, когда отдалённые друг от друга нейроны синхронизируются на частоте 40 Гц, интегрируя информацию в законченный объект — например, зрительный образ. Соединяющиеся нейроны принадлежат к одной функциональной системе, кодируя различные свойства целостного образа или ментального объекта. За этим последовала вполне логичная гипотеза о том, что эта синхронизация связана с сознанием.

Логика такой гипотезы вполне изящна: с одной стороны, весьма известная интегративная информационная теория, с другой — высокая частота, указывающая на незаурядно интенсивную работу системы и сложность данного состояния. Плюс общая логика энцефалограммы говорит нам, что чем медленнее волна — тем меньше бодрствования. Сознание, получается, сверхбодрствование, сверхсложный процесс.

Был эксперимент, когда из набора беспорядочных форм испытуемые видели значащую что-то фигуру — возникал гамма-ритм. То же подтверждает исследование о значимом (новом и неожиданном) звуковом сигнале, связанном с появлением гаммы в первичной слуховой коре. Возможно, что гамма-ритм не совсем нейрокоррелят феноменального сознания: это может быть именно процесс формирования значимого образа, а феноменальное сознание формируется как-то ещё. Ещё были исследования, обнаруживающие усиление гамма-активности у буддийских монахов, и те, кому интересна энцефалография как метод изучения медитативных практик, должны обратить на этот ритм внимание.

Возможно, некоторые читатели заметили, что части про аномалии бета- и гамма-ритма куда-то пропали. Просто я не до конца разобрался, что там за аномалию, а что считается индивидуальной чертой. Насколько мне видится, в дифференциальной и просто диагностике психо- и соматических патологий ЭЭГ выступает не главным методом. Есть специальные индексы ЭЭГ вроде биспектрального, повсеместно применяемые, например, в анестезии, но и они крайне спорны. Особенно это касается именно биспектрального индекса.

3. ERP: Event related potentials / Когнитивно вызванные потенциалы

Кроме волн и их ритмов, в электроэнцефалографии выделяют так называемые event related potentials, часто неправильно переводимые на русский язык как “вызванные потенциалы” (evoked potentials), умножающие терминологическую неразбериху. Будем называть их ERP. В чём различие evoked potentials и ERP?

Можно дать короткий ответ: ERP — это когнитивно вызванные потенциалы. EP — термин более широкого порядка, охватывающий ответы ЦНС на стимул вообще на любой стадии обработки. ERP же связан с обработкой мозгом сенсорного стимула или решением умственной задачи.

Сразу после того, как сигнал, идя от органов чувств через ствол мозга и таламус, попадает в кору больших полушарий, возникает ERP — краткий и быстрый отрезок энцефалограммы, имеющий специфический узор. Узор рисуется амплитудами: так, на ERP характерны различные пики и спады, напоминающие ландшафты мультяшных гор. Эти пики и спады называют по буквенному и цифровому коду: N или P плюс цифры — N200, P300 и так далее. N — это negativity, момент отрицательного заряда, P — positivity, момент положительного. 200 и 300 — это через сколько миллисекунд после предъявления стимула возникли эти скачки. К сожалению, разные лаборатории располагают + и — по у-оси по-разному, и у одних N снизу, а у других — сверху.

Добавим немного сложности. Вторая волна исследований ERP-компонентов показала, что названия их не отражают реальную картину. Скажем, какой-нибудь Р100 может начинаться и чуть раньше, и чуть позже, чем через 100 мс, в зависимости от ситуации. А также иногда он может регистрироваться как позитивный, а иногда как негативный компонент. В общем и целом они вариативны и могут оказаться подразделимы на субкомпоненты (например, Р3b), посему к названиям лучше относиться просто как к именам.

Важная деталь: достаточно всего 80 мс, чтобы добраться от первичной зрительной коры до лобной. А это значит, что на компоненты, которые возникают за 100 мс и больше, вполне могут влиять лобные доли. Иначе говоря, зоны мозга взаимосвязаны и обработка информации не идёт строго по лестнице — от одного места к другому. Она идёт и в обратном направлении, и прямо, и “вбок”. И если какая-то зона мозга под каким-то электродом показывает сильный ERP X, это совершенно не означает, что именно она в одиночку внесла изолированный вклад в картинку, которую мы видим на экране.

Расчленять огромное литературное тело по ERP не представляется здесь возможным. Жаль. Р300, например, связывают с вниманием и когнитивной обработкой стимула. Чем отчётливее и сильнее этот пик, тем они лучше. У алкоголиков, например, Р300 слабее. Слабее он и тогда, когда стимул проходит незамеченным. И так далее. Всё охватить не удастся, придётся лишь перечислить случайные свойства некоторых компонентов:

С1 и Р1/Р100

С1 может быть позитивной и негативной, это первая компонента, прослеживающаяся после зрительного сигнала через 50-100 мс после предъявления стимула. Если стимул появляется в верхней половине поля зрения, то С1 негативен, и наоборот. Р1 появляется через 70-90 мс с пиком в районе 80-130 мс, также он наиболее различим в задних отделах мозга. В отличие от С1, Р1 модулируется вниманием.

N100 и Р200

Возникает в районе 80-120 мс после сигнала, в основном в передне-центральных отделах головы. Если испытуемый не выполняет никаких заданий, она усиливается во время непредсказуемых сигналов и ослабляется при повторяющихся. Любопытно, что она также коррелирует с высоким интеллектом. Исследования относительно Р200 разнообразны, но пока ещё теряются в теоретических догадках из-за связи этого компонента со многими психическими процессами.

N170

Интересная компонента, усиливается при зрительном предъявлении лица.

MMN, или mismatch negativity

Свойственная всем сенсорным системам, но особенно заметна в слуховой модальности, когда появляется новый неожиданный звуковой сигнал. Слуховая MMN появляется при изменении высоты сигнала, интенсивности или длительности на расстоянии 150-250 мс после сигнала. Генераторы этой компоненты находятся в слуховой коре: первичной и остальных, а также, может быть, в нижнелобной извилине. В особых случаях может перекрывать N100. Зрительная MMN тоже появляется через 150-250 мс.

N200 / VAN — Visual Awareness Negativity

Исследовательская группа, к которой я принадлежу, считает N200 нейрокоррелятом сознания как минимум в зрительной модальности, полагая, что то возникает на ранних этапах обработки и уже в сенсорной коре. Она оппонирует другой влиятельной группе, придерживающейся более традиционного взгляда, в котором сознание возникает на поздних этапах обработки и соотносится с лобными областями мозга.

Классический “умственный” ERP. Показывает реакцию испытуемого на стимул и усиливается, когда стимул маловероятен. Имеет подкомпоненты: P3a и P3b. Последний — это сам переименованный Р300. Р3а реагирует на новизну стимула и направление внимания.

В случае с Р3b, или Р300, маловероятный стимул всё-таки должен относиться к задаче, быть наименее ожидаемым и т. д.

Надеюсь, общее представление о компонентах и как их понимают сформировать получилось. Желающие могут также посмотреть P600, N400 и остальные, всего их около 11-ти штук. ERP ищут в когнитивных исследованиях, то есть направленных на изучение высших психических функций, и по отличиям в их структуре делают гипотезы. Кроме того, их применяют в клинических исследованиях, например, шизофрении. Пафос ERP заключается в том, что они связаны с сигналом, поступающим в мозг, и показывают стадии его обработки. Сравнивая ERP наличия сигнала с отсутствием или одни типы сигналов с другими — замеченными сознанием с незамеченными и т. д., — можно предполагать и выделять особенности этих компонент, связанных с конкретными ситуациями. Затем на основании смежных данных из нейронаук можно строить гипотезы о более конкретных принципах работы мозга.

4. Монтаж электродов. Фильтрация шумов. Анализ

Электроэнцефалограф бытовой и особенно лабораторный должен иметь чувствительные электроды, о чём было сказано в начале этой статьи. Два дополнительных требования: металл должен быть одинаков, поскольку разные металлы производят разные собственные токи, и импеданс, или сопротивление, должен быть максимально низким. Для науки это значение ниже 5кОм, в бытовых приборах, естественно, будет выше. Но чем ниже, тем правильнее. Самыми хорошими считаются электроды из хлорида серебра.

Располагают электроды на специальных шапочках или иных удобных креплениях, соответствующих системе расположения 10-20. 10-20 — международно утверждённый стандарт, означающий следующее: если разделить голову условно накрест, с линиями от переносицы до затылка и от уха к уху, то расстояние между электродами на этих линиях составляет 10 или 20% от общей длины линии. Довольно удобно. Сейчас количество электродов может доходить до сотни.
Далее, дифференциальный усилитель. Как справиться с тем, что помимо токов мозга есть ещё токи кожи головы и каждого электрода? Дифференциальный усилитель делает такой трюк: показания с двух электродов, один из которых референтный, сравниваются между собой и регистрируется только разница. Ведь если ток головы одинаков по всему скальпу — то же верно и про токи электродов одного металла, хотя они слегка — но незначительно — различны. Стало быть, дифференциальным усилителем это срезается и остаётся только полезная часть сигнала.

Какой электрод использовать в качестве референтного? Что ж, ответ снова будет несколько составным.

Во-первых, существует понятие монтажа. Во-вторых, таких монтажей несколько. Монтаж — это выбор, какой из электродов будет референтом или кого с кем дифференциально усиливать. Стандартный референтный монтаж — это когда каждый электрод сравнивается с референтном, например, на мочке уха, на носу или где-то на условно нейтральном месте. Проблема референтного монтажа в том, что место, куда прикреплён референт, электрически не нейтральное. Альтернативный монтаж — биполярный. Здесь референта как такового нет, каждый электрод сравнивается с соседом. Увы, биполярный монтаж тоже не идеален. Во-первых, он смазывает низкоамплитудную активность, а значит, ни для диагностики смерти мозга, ни для низковолновых исследований он не годится. Во-вторых, он пропускает так называемые “базальные события”, то есть такие, которые произошли на глубине мозга и отразились на большой площади поверхности головы. Ведь одинаковые токи он срезает, а электроды сравниваются рядом стоящие. Есть ещё локальный средний монтаж, где референтами служат несколько ближайших к электроду соседних, и несколько математических моделей, например для общего среднего монтажа, идеально работавших бы, если бы головы имели идеальную форму. Шара, то есть. Каждый монтаж даёт немного разный рисунок энцефалограммы, что в целом задачу не облегчает.

Артефакты/шумы и фильтры

Поговорим о шумах. Артефакты или шумы — зло на энцефалограмме, которого быть не должно, но мир несовершенен. Самый распространённый — от движений глаз. Бывает ещё, что простреливает кардиограмма, например, у человека с большим сердцем и… маленькой шеей. Кардиобаллистический: от движения электрода, расположенного близко к сосуду. Справиться с ненужными артефактами несколько помогают фильтры, которых множество, но ключевых — три. Низкочастотный — пропускающий частоты ниже указанной, высокочастотный — наоборот, и режекторный, который удаляет ненужный диапазон частот от х до у.

Ещё один интересный фильтр использует запись окулограммы и “вычитает” её из ЭЭГ.

Анализ данных

Эта часть лишь опишет некоторые методы анализа, минуя их аппарат. В каждом из этих подходов используется дикий матан — результат трудов многих математиков, физиков и инженеров. Для желающих понять, как на самом деле работают эти вычисления и как надо обрабатывать сигналы, книга “Analyzing Neural Time Series Data: Theory and Practice” Майка Коэна будет важной и интересной.

Перед тем, как идти дальше, стоит упомянуть частоту дискретизации. В сущности, это всего лишь интервал, с которым мы записываем наши данные. Поскольку носитель всегда цифровой, данные с сигнала записываются дискретно: каждые n моментов времени, выражаемом в тех же герцах. В случае с ЭЭГ это миллисекундные интервалы, и чем они меньше, тем точнее. Мы также можем записать данные с одной частотой дискретизации, а обработать — с другой, если та ниже исходной. Крутые советские и постсоветские инженеры называют её частотой квантования.

Первым делом остановимся на спектральном анализе. В энцефалограмме присутствует не одна, а несколько частот сразу. Спектр мощности частот отражает энергию — или мощность — каждой из этих частот. Чем выше частота дискретизации, взятая для данного анализа, тем лучше, но не переборщите: слишком высокая частота даст слишком заковыристый нестабильный спектр со множеством пиков. Нужно будет подбирать оптимальные параметры.

Что же показывает спектр? Спектр показывает, какая частота (вспомним ритмы) самая мощная на данном электроде в данный отрезок времени. Бывает ещё усреднённый спектр: какая частота самая-самая мощная в среднем по всем электродам в данный отрезок времени. Кстати, небольшие отрезки времени — в несколько сот миллисекунд — называют эпохами.

Что такое самая мощная частота/ритм? Это такая, которую генерирует наибольшее число тех пирамидных нейронов в данный период времени. Тех пирамидных нейронов, о которых шла речь в разделе 1. А поскольку на ЭЭГ нередко присутствуют несколько независимых частот, спектральный анализ может показать два пика. Например, один повыше и один пониже. Это будет значить, что частота/ритм, соответствующая пику повыше, в этом отрезке времени самая мощная, но была ещё одна, менее мощная, вон та. В общем, с первого раза это не должно быть понятно.

Спектры мощности можно затем представить в виде топограммы, то есть 2d графика. Вариантов применения спектрального анализа множество. Например, как изменилась мощность бета-ритма до и после пятерной инъекции барбитурата.

Далее, когерентность. Это довольно простая вещь: раз в нашем мозге много парных структур, почему бы им — в правом и левом полушариях — не производить синхронные по фазе ритмы. Когерентность — это всего лишь степень синхронности. Однако стоит иметь в виду, что норма по отклонениям для разных ритмов очень различна, а с индивидуальными особенностями людей может доходить до 50%.

Тем не менее показатель важный и много говорящий. Так, при каллозотомии когерентность значительно снижатеся, чем до неё, что само по себе немудрено, но говорит о важности периодически смотреть на этот показатель. В ряде когнитивных исследований обращают внимание и на вызванную десинхронизацию, то есть рассогласование ритма.

Следующий тип анализа: ICA, анализ независимых компонент, и PCA, анализ главных. Для понимания этого анализа необходимо вспомнить, что в мозге одновременно разными генераторами, расположенными в разных местах, генерируются разные ритмы. В тех областях поверхности головы, где эти ритмы накладываются друг на друга, электрод регистрирует их сумму. Чтобы найти эти генераторы, опуская дикий матан, существуют эти два анализа.

Последнее, но не самое последнее. Учёные захотели пойти дальше и попробовать определить местонахождение диполей, то есть генераторов ЭЭГ-сигналов. Эту задачу назвали обратной, а прямая — наоборот, определить распределение ЭЭГ-сигналов, если знаешь месторасположение диполя, его ориентацию и точную проводимость мозговых оболочек. Обратная задача: когда известен ЭЭГ-сигнал, проводимость мозговых оболочек и ищешь диполь. Для решения обеих задач нужна хорошая математическая модель головы. В Институте мозга человека, например, используют сферическую (хотя бы не в вакууме, хе-хе).

Это приближает нас к последнему описываемому здесь анализу: LORETA или sLORETA, отличным, скажем, тем, что второй — улучшенная версия первого. LORETA — дерзкая идея томографии низкого разрешения, что и означает аббревиатура. Вообще, она базируется на допущении, что соседние области мозга производят похожие электрические потенциалы. Кора мозга здесь моделируется как плотная сетка вокселей (трёхмерных пикселей), каждому из которых присваивается определённый заряд. В силу крайней сложности такой задачи с таким инструментом LORETA остаётся приблизительным, вероятностным и базирующимся на допущениях анализом, однако её данные подтверждает практика. В частности, другие нейрофизиологические методы.

5. Нейрообратная связь

Принцип нейрообратной связи восхитителен. Само по себе это одно из тех мозговых чудес, продолжающих радовать и удивлять (хотя всё, связанное с мозгом, прекрасно). Суть в том, что можно научиться изменять ритмы своей ЭЭГ — как словно учишься игре на пианино или сложным гимнастическим движениям. Но ведь там нет мышц!

И в этом состоит чудо: мы, привычно не обладая никаким контролем над своим мозгом, получая индикатор — лампочку, загорающуюся в нужный момент, — начинаем вдруг этот контроль испытывать. Потом можно без лампочки, помогавшей сверить своё текущее состояние с желаемым. Мозг запомнит настройку. Повторю мысль предыдущей статьи: в любом месте, в любой среде, получив индикатор/сенсор, психика получает контроль над тем, с чем этот сенсор связан. Если немного пофилософствовать, то и ЭЭГ, и вся меддиагностика — такой же сенсор, позволяющий нам при случае применить таблетку: контроль внешний и косвенный. К тому же психика тяготеет к контролю внутреннему и прямому, подобно газу, стремящемуся занять все доступные объёмы. Тяга к разработке летательных аппаратов, таблеток, написанию компьютерных программ как необходимость возделывать хаос. В общем, на неком базовом уровне можно постулировать кибернетические пристрастия психики.

Вероятно, это проявляется так: там, где в природе не существует обратной связи, мы изготавливаем и используем внешние средства вроде пилюль. А там, где есть, организм работает напрямую. Видимо, там, где её раньше не было, а потом возникла, прямой контроль возможен. Вот оказалось, что мозгом тоже можно в некотором смысле “двигать”. Ну не круто ли?!

Конечно, не все параметры можно контролировать, даже с наличием обратной связи. И не все из тех, которые можно, дают бесконечную степень свободы. Легче всего привести пример: в первом случае нельзя переключить передачу на мануальной коробке без педали сцепления. Во втором — сколько ни нажимать на газ, выше скорости на спидометре не поехать. Кроме того, есть третья ситуация: принципиальная невозможность контроля без механизма обратной связи. Датчик температуры за бортом машины не даст возможность эту температуру менять.

В случае с нейрообратной связью такие пределы есть, например, в регуляции гемодинамики. Хотя само по себе удивительно, что даже гемодинамику — то есть уровень крови (гемоглобина) в участке мозга — можно сознательно регулировать, разные исследования нащупывают предел. В целом же человек может потерпеть неудачу с контролем любого параметра НОС либо из-за ошибки экспериментатора с выбором этого параметра, либо из-за неспособности самого человека связать с ним своё внутреннее состояние. Либо из-за ошибки в расчётах.

В чём, если коротко, суть нейрообратной связи?

Суть нейрообратной связи в том, чтобы, используя определённые показатели ЭЭГ как индикатор, создать в организме обратную связь и научиться контролировать нужные параметры. Контролируя их, можно менять своё психофизиологическое состояние.

Начало этой ветви исследований было положено около 50-70 лет назад. Все протоколы НОС можно разделить на активирующие и расслабляющие: по принципу того, как их результат влияет на метаболизм. Активирующие нацелены на увеличение высоких частот, таких как бета; релаксирующие — на усиление низких частот, таких как альфа.

Цели НОС можно разделить на исследовательские, клинические и бытовые. В случае с бытовыми допустимо ограниченное число протоколов, зарекомендовавших себя как медитативные, расслабляющие и усиливающие концентрацию. Протоколы из двух других групп могут иметь и имеют противопоказания, побочные эффекты и строгие условия, при которых они полезны. Так, с помощью НОС пробуют лечить депрессию и СНВГ, довольно успешно справляются с резистентной к фармпрепаратам эпилепсией. Однако применение анти-СНВГ протокола, скажем, активирующего бета-диапазон, на нормальном человеке может спровоцировать раздражительность и гневливость.

Один из, если не самый главный вопрос клинической и научной НОС:

— Какой параметр ЭЭГ изменять, чтобы достичь эффекта?

Для его решения есть два принципа. Во-первых, принцип нормализации: данные ЭЭГ испытуемого или пациента по различным показателям сравнивают с большим числом данных здоровых людей и находят отклонения. Различие становится мишенью, его пытаются “сгладить”. Во-вторых, параметр подбирают по эффективности работы с ним и результатам сторонних исследований по связи этого параметра с искомым эффектом. Параметрами могут быть ERP, амплитуды, количество определённых ритмов или когерентность.

Процедура состоит из нескольких шагов:

Запись энцефалограммы того, кому будет проводиться. Для достаточной детализации нужно как минимум 19 электродов. Для самой НОС, к счастью, может хватить и трёх (с референтом).
Выбор параметра и подбор/создание протокола.
Сама сессия. Обычно по 10-30 минут, около 10-50 раз для закрепления навыка.
Проверка: психологическая, целевого состояния, например изменения процента эпилептических припадков, и ЭЭГ.

В случае бытовой нейрообратной связи пункт 1 принципиально, а 4 — практически невозможны. Пункт 2 сводится к выбору из уже опробованных в науке протоколов. Вот, кстати, и они:

Альфа-релаксация

Есть несколько версий подобного протокола, общая цель которого — усилить альфа-активность. Как мы помним, альфа-ритм лучше всего заметен в зрительной системе и сильнее нарушается от зрительных стимулов, поэтому процедуру любят проводить с закрытыми глазами, используя звук в качестве индикатора.

От релаксации до творческого подъёма, настроения и самочувствия — этим протоколом даже пробовали лечить алкоголизм. Электрод устанавливается на Сz, заземляющий электрод на одной мочке уха, а референтный — на другой. В качестве параметра можно брать отношение амплитуды альфа-ритма к усреднённой общей амплитуде ЭЭГ.

Другой вариант: записывать лобные электроды F3 и F4 по отношению к Cz и вычислять асимметрию по формуле: (П — Л)/(П + Л), где П и Л — амплитуда альфа-сигнала на правом и левом электродах. Когда значение превышает 0, включаем, например, Шуберта, а с ростом этого значения усиливаем громкость от тихой к нормальной. Шуберта можно поменять на звуки птичьего лета.

Протокол Пенистона-Кулоски

Джедайская версия для продвинутых ковбоев. Использует соотношение альфа- и тета-ритмов. По некоторым свидетельствам, приводит человека в гипнагогическое состояние. Обрела высокую популярность в 70-х, применяясь на ветеранах войны во Вьетнаме с посттравматическими стрессовыми расстройствами и на обычных людях без патологий. Авторский вариант включает 5 подготовительных сессий с аутогенными дыхательными тренировками и биообратной связью по температуре: небольшие термометры крепятся к пальцу и голове и биообратная связь срабатывает с небольшим повышением температуры тела. Человек расслабляется сильнее.

Затем начинается сама процедура. Электрод устанавливается на Pz (или Cz, или даже Oz в различных версиях), заземляющий электрод на одной мочке уха, а референтный — на другой. В классическом варианте с градусниковой подготовкой электрод ставился на Oz, его референт на левую мочку уха, а заземление — на правую.

В классическом протоколе субъектов заставляли визуализировать сцены отказа от спиртного и параллельно расслабляться. Вам это делать не надо. Вместо этого можно воспользоваться техниками самогипноза и представить глубокое озеро, куда вы ныряете, погружаясь всё глубже… и дальше…

Высокие вспышки альфы можно озвучивать высоким звучанием тайского гонга, а тету — низким. Относительный рост альфа-активности можно ассоциировать со звуком моря, а тету — с шелестом листьев. Либо наоборот.

Так в общих чертах выглядят протоколы. Успешность отдельной сессии и всей процедуры надо как-то оценивать. Например, для сессии можно статистически сравнить показатель параметра во время сессии и в покое, и если различие есть — хорошо. То же и для всей процедуры целиком. Кроме того, стоит подойти к вопросу выбора индикатора с долей здравого смысла и творчества. Например, звук лучше подойдёт для альфа-тренировки. А вот в Институте мозга тебе покажут любимый фильм — и когда ты будешь входить в нужное состояние, изображение будет чётче. Тонко, да.

Надо сказать, что в широкой клинической практике НОС не применяют… пока. Отчасти ситуация сложилась исторически, когда эти исследования отошли на второй план из-за большого фармакологического прорыва. Почитать про НОС на английском можно здесь: https://www.isnr.org/ . Или если книгу, то, например, эту: “Neurofeedback: Transforming Your Life with Brain Biofeedback” за авторством Клэр Олбрайт. Более ориентированная на профессионалов книга: Джон Демос, “Getting started with Neurofeedback”.

6. Границы метода

Энцефалография, несмотря на явные ограничения, продолжает давать нам многое. Во-первых, это единственный одновременно быстрый, дешёвый и неинвазивный, то есть безболезненный и безвредный, метод сканирования мозга человека. В отличие от томографий, он быстрый — значит, подходит для многих когнитивных экспериментов, где важно узнать, в какой момент времени, как и примерно где происходит обработка сигнала в мозге.

Проблема, конечно, в “примерно где”. В отличие от МРТ и несмотря на изощрённую LORETA, сказать точно не получается. Да, гипотезы от ЭЭГ надо дополнительно проверять, но в целом они вполне надёжны в рамках текущей парадигмы. Ещё ЭЭГ оказывается неизменным чемпионом в некоторых клинических областях, например, эпилептологии.

Развившийся в последние десятилетия математический аппарат позволил усовершенствовать обработку и локализацию сигнала, что подстегнуло интерес к этому методу в когнитивной нейронауке. То же можно сказать про обновлённое железо. Да и стоимость энцефалографов вполне приемлема для подавляющего большинства университетов первого и второго мира. Границы и область применения уже более-менее описаны, поэтому остановимся на специальном ограничении, связанном со временем. Не энцефалографа, а временем созревания науки.

Мир всё чаще смотрит на мозг как на парламент нейронов, где каждая нервная клетка из 80 с чем-то миллиардов имеет значение и, видимо, способна выполнять целостную функцию. Как человек в обществе. Мы имеем десятки тысяч типов клеток, и они все различны. А ЭЭГ замечает лишь малую толику этих разных агентов, упуская немаловажное. Если раньше носителями функций считались нейронные ансамбли, колонки и другие формы организации, сейчас многие видят ими отдельные клетки. Так или иначе, когнитивные нейронауки уже давно ждут и мечтают о новом инструменте.

А бытовые нейроизыскания ждут именно ЭЭГ для того, чтобы начаться. Описанная ситуация значит лишь то, что ЭЭГ намного более абстрагированный показатель, чем кажется. Одновременно абстрагированный и рабочий. Никакой драмы здесь нет: это просто стоит учитывать.

7. Очерки о бытовом энцефалографе

Один друг изучал робототехнику в Шотландии, и его дипломной работой была сборка домашней ЭЭГ-машины. Машина формально работала, но сигнал был слишком зашумлён. И я когда-то делал нейрооргáн на основе OpenEEG-схемы с тем же результатом в конце. В первой в моей жизни нейрокогнитивной лаборатории стоял громоздкий и сверхдорогой ЭЭГ-девайс от NexStim. Компьютер определял уровень качества сигнала на каждом электроде по трёхцветной схеме. Даже после часа подготовки головы испытуемого редко когда большинство из них были зелёными.

Коммерческие приборы уже сейчас представлены на любой вкус и цвет: от Emotiv до NecoMimi. Причины, по которым они не сертифицированы как медицинские/исследовательские, понятны: готовность продукта, с одной стороны, и цена экспертной проверки и сертификации, с другой. Плюс есть ограничения на распространение медтехники. И если даже движение глаз создаёт серьёзные артефакты на приборах посолиднее, можем ли мы гарантировать, что коммерческие и переносные пригодны для вменяемой регистрации энцефалограммы? Нет. Хотя они показывают какие-то данные. Хотя какие-то факультеты каких-то университетов даже используют их. Хотя компании улучшают свои игрушки до состояния вменяемых средств.

Сейчас о таких технологиях можно говорить лишь как о вспомогательных. Но они выйдут на порог клинических испытаний. Рано или поздно, но они выйдут.

Если кто-то из читателей этого очерка строит свой энцефалограф, все эти факты ему знакомы. Выбирая себе домой, я бы предъявил к такому девайсу следующие требования. Прибор должен решать проблему 50-герцового шума от электросети или предлагать вменяемые варианты решения. Сигналы нужно пропускать через компьютерные фильтры: низкочастотный и высокочастотный, 1 Гц и 50+ Гц. Не одновременно, а по очереди. Для этого нужен либо софт, либо интеграция с имеющимся софтом (Matlab, EEGLAB, FieldTrip), либо делать это как-либо аппаратно. Последнее — заведомо плохой вариант. Хорошо бы иметь возможность одновременного подключения от 8+ электродов. Обязательно иметь референтный электрод и идеально — возможность менять монтаж.

Самое логичное применение бытового девайса: нейротерапия, рекреация и нейрообратная связь. Расслабиться, снять боль и стресс, сделать хорошо, помедитировать. Самая логичная процедура: сидя в удобном кресле, по минимуму двигая глазами и всем остальным. Если всё-таки пытаться повторить дома когнитивные эксперименты с обнаружением ERP: процедура примерно та же.

Это будущее, которое ещё не наступило, но наступит вот-вот. Социальный запрос на нейродевайсы будет расти. ЭЭГ достигнет нужной степени совершенства.

Возможно, к прочтению этой заметки некоторые положения в ней уже устареют. В целом же, подводя какой-нибудь итог, пусть будет мысль, что ЭЭГ — это инструмент, который мы заслужили.

Дорогой читатель! Если ты обнаружил в тексте ошибку – то помоги нам её осознать и исправить, выделив её и нажав Ctrl+Enter .

Мозг является сложной системой с резонансно-динамическим реагированием. За счет внешних условий он может изменять ритм своей работы. Его структура наделена естественной электрополяризацией, в зависимости от функционирования которой меняется потенциал энергетической системы.

Сегодня выделяются четыре основных ритма мозга, в число которых входит альфа-ритм. Рассмотрим, что он собой представляет и почему так важно уметь находиться в этом ритме.

Основные ритмы мозга

Сегодня выделяют 4 основных вида электроколебаний человеческого мозга. Им свойственен свой и состояние сознания.

Альфа-ритм появляется во время отдыха в состоянии бодрствования.
Бета-ритм — обычный при бодрствовании.
Дельта-ритм возникает в состоянии глубокого сна.
Тета-ритм характерен для неглубокого сна либо глубокой медитации.

Альфа-ритм мозга: открытие

Альфа-волны открыты несколько десятилетий назад немецким психиатром Гансом Бергером, когда он заметил колебания, частота которых была порядка 10 в секунду. Их амплитуда очень маленькая, всего до тридцати миллионных долей вольта.

Интересно, что альфа-ритм наблюдается только у человека. Неудивительно, что спустя четверть века появился целый раздел науки под названием электронцефалография, или ЭЭГ.

Исследования альфа-ритма и резонансов Земли-ионосферы

В 1968 году Д. Коэн бесконтактным способом выявил магнитные колебания вокруг головы, которые появлялись вместе с электрическими биопотенциальными колебаниями мозга. По частоте они совпадали с теми, которые признано называть "альфа-ритмы Он назвал эти колебания магнитоэнцефалограммой.

Другой ученый, Грей Уолтер, до него, еще в 1953 году, выдвинул предположение, что способность мозга воспринимать электрическое воздействие дает возможности связи с пронизывающей энергией всего сущего. Известно, что электромагнитного характера, которой соответствует частота альфа-ритма, близка к длине и резонансу «Земли-ионосферы».

О чем идет речь, становится понятным после изучения работ Шумана, который в 1952 году предсказал, а после этого и доказал экспериментальным путем существование резонансов Земли-ионосферы. Эти частоты назвали стоячими волнами в сферическом волноводе «Земля-ионосфера». Длина электромагнитной волны основного резонанса близка к длине окружности Земли. Шуман вместе с Кенингом зафиксировали, что днем активизировались так называемые «цуги», амплитуда которых достигала 100 мкВ/м, с частотой 9 Гц, которая длилась в основном от трех десятых до трех секунд, но иногда и тридцать секунд. Наиболее интенсивные спектральные линии были в пределах от 7 до 11 Гц. Чаще всего в течение суток разброс частот наблюдается в пределах от +/- 0,1 — 0,2 Гц.

Днем фиксируются самые сильные резонансные колебания Земли-ионосферы. В спокойные дни на частоте 8 Гц спектральная плотность колебаний — 0,1 мВ/м Гц, а во время магнитных бурь показания увеличиваются на 15%.

Большинство специалистов сходятся во мнении, что возбуждения колебаний электромагнитного характера связаны с разрядами Речь идет о молниях, возникающих на поверхности всего земного шара.

Сущность альфа-ритмов

В проявления мозговой деятельности, а также альфа-ритмы отображают довольно сложные психофизиологические процессы. Экспериментальные и статистические данные говорят о том, что альфа-ритм может иметь врожденный и даже наследственный характер.

Учеными Уорреном МакКаллоком и Греем Уолтером была выдвинута гипотеза о том, что при альфа-ритме происходит внутреннее сканирование мыслеобразов при сосредоточении внимания на какой-то проблеме. Было выявлено интересное совпадение между периодом инерции зрительного восприятия и частотой альфа-волн.

Биоритмы во время сна и бодрствования

Когда человек закрывает глаза, его альфа-ритмы головного мозга становятся сильнее. А когда глаза открываются, у большей части людей эти волны исчезают. На основании этого Грей Уолтер предположил, что альфа-ритм — это сканирующие поиски решений, исчезающие при их нахождении.

Альфа-волны начинают постепенно замещаться тета-ритмом при появлении сонливости. А у спокойно спящего человека преобладают дельта-волны, которые, тем не менее, могут дополняться во время сна другими ритмами, например сигма-ритмом.

Грей Уолтер уверен, что сон является наследием прошлых времен человека, когда ему было необходимо устраниться от активной деятельности. Дельта-волны при этом как бы охраняют мозг.

и скорость реакции

Альфа-ритмы головного мозга являются очень индивидуальными у людей. Исследования показали, что у основного числа людей, у которых они были выражены, наблюдалась способность к абстрактному мышлению.

В числе испытуемых, хоть и не часто, но попадались люди, у которых альфа-ритмы отсутствовали полностью даже тогда, когда они закрывали глаза. Для таких людей было характерно мыслить при помощи зрительных образов, но решать абстрактные вопросы для них было проблематично.

Индекс альфа-ритма, по мнению ученого, влияет на скорость психических и сенсорных реакций. При более быстром ритме оперативность принятия решений и деятельности возрастает.

Из сказанного становится понятным, что альфа-ритм связан с мышлением, возникающим в мозгу. Способность воображения, предвидения и расчетов была присуща человеку еще на ранних этапах истории. А вот механизмы контроля и абстрактного мышления были приобретены несколько позже. Мы называем такие качества волей человека.

Отличие человека от всех других существ

Альфа-ритм — норма для человека. Это то, что нас выделяет из животного мира. В мозгу животных регистрировались лишь отдельные и нерегулярные отдельные элементы таких процессов.

Именно Кенинг со своими помощниками впервые обнаружил связь альфа-ритма человеческого мозга и основной резонансной частоты Земли в 1960 году. В результате проведенных массовых исследований в течение длительного времени было установлено, что при усилении напряженности поля наблюдалось уменьшение реакции в среднем на 20 мс. Когда же имелись нерегулярные колебания от 2 до 6 Гц, то время увеличивалось на 15 мс.

Особое значение альфа-ритмов

Альфа-ритм у детей формируется к 2-4 годам. У взрослого человека он наблюдается тогда, когда он закрывает глаза и ни о чем не думает. В это время замедляются его биоэлектрические колебания, а волны, имеющие колебания от 8 до 13 Гц, увеличиваются.

Согласно проведенным исследованиям, чтобы усвоить новую информацию, нужно стимулировать в своем мозгу альфа-ритмы. При расслаблении, без фокусировки на чем-либо, наступает состояние умиротворенности, которое получило название "альфа-состояние". В практике восточных единоборств его еще называют состоянием мастера. Именно в такие моменты мышечная реакция увеличивается в десять и более раз, в отличие от обычных бета-ритмов.

У здорового человека в состоянии бодрствования преобладают альфа- и бета-ритмы. Причем чем больше первых, тем меньше организм подвержен стрессу, тем больше у человека имеется способность учиться и полноценно отдыхать. В такие моменты организм вырабатывает энкефалины и бета-эндорфины. Это своего рода природные «наркотики», то есть вещества, которые отвечают за отдых и радость.

Алкоголики и наркоманы не способны без дополнительных стимуляторов входить в альфа-ритм. Но в состоянии опьянения мощность альфа-диапазона у них сильно возрастает. Этим и объясняется их пагубное пристрастие.