Электрофизиологические методы изучения мозга

История электрофизиологии

«Животное электричество»

В 1780 Гальвани обнаружил, что мыщцы препарированной лягушки сокращаются под влиянием электрического тока.

Гальвани «Мыщца может сокращаться при одновременном прикосновении к ней двух разных металлов»

Алессандро Вольта выступил резко против, он считал, что лапка дергается, потому что подводит внешнее электричество. Лягушка касается медных перил балкона - лапки тоже дергаются. В 1800 году Вольта изобретает «вольтов столб» (гальваничесий элемент).

Лечение элеткричеством

Джованни Альдини в 1803 в Лондоне провел публичную демонстрацию по воздействию электричества на тело человека.

 

Возникновение электрофизиологии ГМ

1849 - первая публикация о наличии токов в ЦНС (Дюбуа-Реймон)

Дюбуа-Реймон считается отцом электрофизиологии. Он открыл потенциал покоя, электрические явления в коре гм, разработал новые методы электрофизиологического исследования.

Благодаря электрофизиологии стало возможным исследовать нервные реакции напрямую, а не косвенно.

 

Методы прямой регистрации нервных реакций:

Методы регистрации активности отдельных нейронов

Можно регистрировать импульсивную активность нейронов у животных в свободном поведении и, таким образом, сопоставлять эту активность с различными поведенческими показателями.

 

Регистрация активности отдельных нейронов

Регистрация отдельных единиц, регистрация отдельных нейронов — техника измерения электрофизиологической реакции отдельного нейрона с использованием микроэлектрода. Микроэлектрод закрепляется в микропозиционере, который располагается на голове испытуемого животного. Чаще всего микроэлектроды вживляются и закрепляются, что делает невозможным их дальнейшее перемещение. Также используется техника перемещаемых электродов. Тогда электроды закрепляются на микродвигателе, который позволяет позиционировать электроды вертикально и горизонтально. В рамках данной техники сложностью является обеспечение измерения микроэлектродами активности только одного нейрона. Поскольку результаты регистрации нескольких единиц (клеток) сложнее интерпретировать поскольку группы клеток могут быть физиологически гетерогенными.

 Матрица макроэлектродов

Кроме отдельных электродов, можно писать с матрицы макроэлектродов (несколько электродов вживляются, регистрация нескольких нервных клеток)

 

Стереотаксис

Виктор Горслей

Электрод фиксируется в микроманипуляторе, укрепленном на черепе. Затем через отверстие в черепе его пошагово вводят в мозг. Длина шага - несколько микрон, что позволяет подвести регистрирующий кончик электрода очень близко к нейрону, не повреждая его (экстраклеточная регистрация) или войти в него (интраклеточная регистрация)

 

Регистрация одиночных нейронов в гиппокампе человека при восприятии, а затем воображении различных стимулов (Rees et al,2002)

 

Достоинства:

  • ·    Максимально высокое пространственное разрешение
  • ·    Максимально высокое временное разрешение
  • ·    Возможно исследовать активность в свободном поведении

 

Недостатки:

1.  Инвазивность

2.  Испытуемые почти всегда животные или (в очень редких случаях) люди с поражениями мозга (Паркинсон, эпилепсия)

3.  Ограниченная область регистрации, можем говорить лишь о работе тех нейронов, в которых стоят электроды.

 

Методы регистрации суммарной электрической активности нейронов ЦНС

Электроретинография

Электрокортигография

Электроэнцефалография

Магнитоэнцефалография

 

Электроретинография

ЭРГ - запись биоэлектрических потенциалов сетчатки глаза, возникающих при действии на нее света (Э.Дюбуа-Реймон)

Производится при помощи осциллографов монополярным отведением: один электрод помещается на наружный край роговицы, второй - на ухо или на щеку.

 

Достоинства:

Объективность, неинвазивность и возможность количественного анализа

 

Электрокортигорафия

ЭКоГ - метод регистрации суммарной активности нервных клеток, при котором электроды располагаются на поверхности ГМ и регистрируют активность мозга

В 1875 независимо друг от другу электрическую активность коры гм описали английский врач Р.Катон (кролики и обезьяны) и русский физиолог В.Я.Данилевский (собаки)

На людях впервые метод ЭКоГ применили канадские нейрохирурги У.Пенфилд и Г.Джаспер в 1950- годах