Біофізика і біомеханіка - В. С. Антонюк - 2012

Розділ 5. БІОСФЕРА ТА ФІЗИЧНІ ПОЛЯ ЖИВОГО ОРГАНІЗМУ

5.2.Поняття про фізичні поля організму людини

5.2.5.Нейромагнітне поле

У процесі діяльності мозку, основи якої поки що багато в чому залишаються загадковими, виникають як електричні, так і магнітні поля. Найбільш сильні сигнали породжуються спонтанною ритмічною активністю мозку. За допомогою електроенцефалографії ці ритми класифіковано і встановлено відповідність між ними та функціональним станом мозку (неспанням, різними фазами сну) або патологічними проявами (наприклад, епілептичним нападом).

Дослідження показали, що ЕЕГ і МЕГ можуть відчутно розрізнятися. У кардіографії сигнали ЕКГ і МКГ дуже схожі. Тому застосування сквід-магнітометрів особливо перспективне для дослідження мозку.

Проте відмінність між ЕЕГ і МЕГ не суттєва. Так, в альфа-ритмі, тобто коливаннях з частотою 8...12 Гц, характерних для безсонної людини із закритими очима і спокійному стані, магнітні і електричні поля виникають синхронно, тобто суб’єкт з великим електричним сигналом

альфа-ритму виробляє і більший магнітний сигнал. Правда, подібний чіткий зв’язок не спостерігається у пацієнтів з порушеннями ритмічної активності.

Порівнюючи ЕЕГ і МЕГ, слід враховувати, що на відміну від інших органів мозок цілком оточений кістковою тканиною черепа, а її електропровідність набагато менша, ніж шкіри і самої речовини мозку. Крім того, природні отвори черепа ускладнюють шляхи проникнення електричного струму, внаслідок чого картина потенціалів на поверхні голови людини є складним накладенням просторових розподілів сигналів від досить віддалених джерел усередині мозку. Магнітний датчик реагує головним чином на сильніші струми в самій ділянці біоелектричної активності, що також дуже важливо, певним чином орієнтовані відносно приймальної котушки сквід-магнітометра. Це робить магнітографічні методи переважними, оскільки найбільший дослідницький і діагностичний інтерес становить вивчення сигналів від конкретного джерела всередині мозку без завад, що створюються іншими видами активності. Так, дослідження мозку осіб, які хворіюють епілептичними нападами, показали, що магнітографічним методом вдається точно виявити осередок патологічної активності, тоді як за допомогою ЕЕГ в окремих пацієнтів не реєструється спектр, характерний для епілепсії.

Але переваги магнітної реєстрації найбільше виявляються під час досліджень відгуків мозку на різні дії через органи чуття.

У ряді лабораторій світу досліджують магнітні сигнали, які супроводжують відгуки мозку на дотикове, звукове і зорове подразнення. Уже перші результати показали, що магнітні поля мозку мають порівняно просту структуру і за ними можна виявити розміщення джерела біоелектричної активності в корі головного мозку. Деякі джерела магнітних полів можна чітко зобразити у вигляді струмового диполя. У відповідь на зорове подразнення виникає струмовий диполь у потиличній частині голови, на слухове - у скроневій частині. У відповідь на подразнення мізинця правої руки виникає диполь, перпендикулярний до центральної борозни лівої півкулі. Цей диполь розміщений в проекційній зоні чутливих рецепторів різних частин тіла, і саме в тому місці, де, як показали нейрохірургічні дослідження, міститься «представництво» мізинця. За допомогою магнітографії стало можливим без хірургічного втручання дуже точно виявити те місце в корі мозку, куди надходить і де обробляється інформація від органів чуття. Так, точно встановлювати положення джерела біоелектричної активності мозку ЕЕГ не дозволяє.

Порівняльна простота магнітних полів дає змогу проводити з ними надійні нейрофізіологічні експерименти. Наприклад, досліджувалися магнітні поля мозку, викликані реакцією на сітки з темних і світлих смуг, що періодично з’являються на екрані осцилографа. Такий вид стимулювання в дослідженнях зорового сприйняття дуже поширений, і його застосування пов’язане із сучасними теоретичними уявленнями про сприйняття образів. Виявилось, що амплітуда магнітного сигналу в цьому разі більша, ніж, наприклад, простого спалаху. Періодично (від восьми до двадцяти разів за секунду) показуючи такі сітківки, можна за фазовим відставанням магнітного відгуку встановити час проходження сигналу нервовими шляхами від ока до певної ділянки кори головного мозку.

Як з’ясовано, проходження сигналу - не пасивний процес. При цьому послідовно обробляється інформація в різних відділах мозку, і за часом цього «активного» запізнювання можна так чи інакше судити про характер цього оброблення.

У більшості випробовуваних час запізнювання для обох півкуль мозку однаковий, але у деяких людей різниця в часі реакції правої і лівої півкуль досягала 0,1 с! Цей факт, мабуть, може мати клінічну цінність, наприклад для ранньої діагностики склерозу.

Точне вимірювання положення ділянки нервової активності, що супроводжується подразненням того або іншого органа чуття, дозволяє будувати карти активності кори головного мозку: «соматотопічну» для дотику, «тонотопічну» для слуху, «ретинотопічну» для зору.

Такі карти можуть стати основою для розуміння процесів оброблення інформації, яка надходить у головний мозок, і проведення складніших нейрофізіологічних експериментів на базі отриманих результатів. Причому дослідження можна проводити на цілком здорових людях без якого-небудь оперативного втручання та істотних незручностей для випробовуваного.

Магнітографія дозволяє досліджувати процеси не тільки в корі великих півкуль, але й у глибоких структурах мозку і не тільки відгуки на збудження органів чуття, але й складніші процеси.

Цілком реальним є створення набору, наприклад, із ста чутливих елементів, які одночасно реєструють магнітні поля в різних точках навколо голови людини. Оброблення цих даних на ЕОМ можна створити картину розподілу джерел поля за всім об’ємом мозку. Така система багато в чому подібна до вже існуючих систем комп’ютерної рентгенівської томографії, які здатні відтворити повну картину розподілу густини речовини в мозку на реновації даних про поглинання рентгенівських променів, а також картину розподілу певних хімічних речовин методом ЯМР. Магнітні методи дадуть змогу згодом побудувати тривимірне зображення електричної активності мозку.

Магнітні дослідження мозку проводять лише кілька років, але вже перші результати показали їх велику перспективність. Біомагнетизм виявився не тільки важливою частиною біологічної науки, але й забезпечив базу для розвитку інших застосувань надчутливої магнітометрії.