Ровно сто лет назад, в июле 1924 года, немецкий физиолог и психиатр Ганс Бергер записал первую электроэнцефалограмму человека. Это изменило существующую медицинскую науку, впервые позволив увидеть работу мозга в процессе. Сегодня поговорим о том, каким странным путем сложилась судьба изобретения и его создателя, как ЭЭГ повлияла на очень многие вещи и какие интересные новейшие изобретения с ней сегодня связаны.
Что такое ЭЭГ
Электроэнцефалография означает сразу три вещи: во-первых, раздел электрофизиологии, который изучает закономерности суммарной электрической активности мозга с поверхности кожи головы, во-вторых, метод записи таких потенциалов и, в третьих, саму процедуру регистрации биоэлектрической активности мозга.
Многие, наверное, хоть раз подвергались процедуре с надеванием «шапочки» из электродов. Этот медицинский тест, который длится не очень долго, около тридцати минут (если речь не идет о диагностике или лечении серьезных случаев), сегодня проводится в поликлиниках и больницах всего мира.
ЭЭГ дает возможность «напрямую заглянуть» в живой человеческий мозг и увидеть динамическую картину электрической активности. В зависимости от анализа этой картины врач может предположить наличие неврологических расстройств или аномальных активностей, которые искажают типичные паттерны ЭЭГ-рисунка.
Специалист различает несколько разных ритмов электрической активности мозга, обозначаемых буквами греческого алфавита.
При помощи специальных датчиков, размещаемых на волосистой части головы пациента, электроэнцефалография измеряет колебания напряжения в результате ионного тока в нейронах.
Показаниями к проведению ЭЭГ могут служить частые головные боли, проблемы со сном, обмороки, а также быстрая утомляемость и хроническая усталость. Процедура обязательна для пациентов, страдающих эпилепсией или перенесших нейрохирургические оперативные вмешательства и травмы головы.
Перед проведением ЭЭГ не рекомендуется в течение трех суток принимать транквилизаторы, седативные и противосудорожные препараты, а за сутки — не пить алкоголь, кофе и энергетики, чтобы не исказить картину мозговой активности.
В процессе снятия показаний ЭЭГ врач проводит функциональные пробы: пациента просят поморгать, посмотреть на вспышки света, изменить ритм дыхания и тому подобное.
Как ЭЭГ была открыта
Само собой, у Ганса Бергера были предшественники. Это, в первую очередь, английский врач Ричард Катон, который еще в 1875 году сделал доклад на заседании Британской медицинской ассоциации о регистрации слабых токов от мозга кроликов и обезьян. Русские физиологи Василий Данилевский и Иван Сеченов продолжили исследования в этой области.
Непосредственным предшественником Бергера считается также русский ученый Владимир Правдич-Неминский, который опубликовал в 1913 году первую в мире электроэнцефалограмму — мозга собаки — при помощи струнного гальванометра.
И все же именно Бергер считается отцом дисциплины, и он первым снял ЭЭГ человека. Путь к этому был тернист и весьма фантастичен. Дело в том, что одно из самых «рациональных» достижений физико-медицинской науки XX века, вероятно, обязано своему появлению… попытке ученого доказать себе наличие сверхъестественной телепатической связи между людьми!
Эта история относится к 1892 году. Отучившись один семестр на математическом факультете Йенского университета имени Фридриха Шиллера, Бергер по неизвестной причине отчислился и записался в армию, подписав на год контракт как кавалерист. Во время учений его лошадь внезапно встала на дыбы, и он приземлился на пути конной пушки. Водитель артиллерийской батареи вовремя остановил лошадей, в результате чего Бергер не пострадал, но пережил состояние шока.
В тот самый день (и, возможно, момент) его сестра, находившаяся дома за много километров от него, по ее словам, почувствовала, что брат в опасности, и настояла на том, чтобы отец отправил ему телеграмму. Когда Бергер узнал об обстоятельствах отправки телеграммы, это произвело на него такое впечатление, что даже спустя полвека, в 1940 году, он писал: «Это был случай спонтанной телепатии, при которой во время смертельной опасности, когда я был уверен, что погибну, я передал свои мысли вовне, и их приняла моя сестра, как особенно близкий мне человек».
Травматический опыт и идея телепатии между близкими людьми стала импульсом к тому, чтобы переменить все жизненные планы юноши. До службы в армии Бергер не вполне представлял себе, чем хочет заниматься, в частности, фантазировал о том, чтобы стать астрономом.
Теперь же не могло быть иного пути: Бергер должен был изучать медицину, чтобы понять, какова физиологическая основа этой загадочной «психической энергии», какие импульсы излучает мозг и как их можно зарегистрировать. Так он пустился в долгий «поиск соотношения между объективной деятельностью мозга и субъективными психическими явлениями», который занял всю жизнь.
Доказательств существования телепатии Бергер не нашел, но зато через 30 лет своих исследований он разработал процедуру ЭЭГ и снял первый ее образец у человека.
Финал биографии Бергера был довольно печален: в 1938 году пришедшие к власти нацисты насильно отправили его на пенсию и запретили дальнейшие исследования ЭЭГ. Началась Вторая Мировая война, и в 1941 году уже пожилой ученый, страдавший от различных проблем со здоровьем, покончил с собой. В 2005 году появились новые биографические свидетельства о том, что Бергер все же, вероятно, сотрудничал с нацистами в последние годы своей жизни — это могло стать дополнительным камнем на его совести.
Развитие метода
С момента снятия первой ЭЭГ у человека — 6 июля 1924 года — понадобилось еще пять лет, чтобы Бергер смог собрать и опубликовать результаты своих многолетних исследований по регистрации с поверхности кожи суммарной биоэлектрической активности головного мозга человека. Он сам сразу предложил и термин «электроэнцефалография», и аббревиатуру «ЭЭГ», а также описал и назвал два вида активности: частоту около 10 Гц, которую он обозначил как альфа-ритм, и более высокую частоту, обозначенную как бета-ритм.
Таким образом, наука сразу получила готовый метод и дисциплину. Прибор для регистрации электрических сигналов мозга Бергер изготовил самостоятельно. В первых версиях электроактивность мозга регистрировалась между затылочным и лобным игольчатыми электродами, которые вводились под кожу головы. Затем Бергер стал использовать свинцовые, цинковые и платиновые электроды, а в рот пациента помещалась маленькая серебряная ложечка.
Всего Бергер опубликовал 23 работы по ЭЭГ. В своей книге «Душа» (Psyche. Jena, 1940) он признавал, что поставленная им когда-то цель — найти физическое основание для феномена телепатии — не была достигнута, и указал на «недостаточность электроволновой модели в решении психофизической проблемы».
Хотя самому Бергеру его открытия успеха не принесли, его метод подхватили и начали развивать последователи.
Еще при жизни Бергера, в 1934 году другие исследователи открыли, как сильно и характерно отличается рисунок ЭЭГ у пациентов, страдающих эпилепсией. Это позволило впервые корректно определить природу этой болезни, известной с древних времен.
Во второй половине 1930-х началось широкое внедрение ЭЭГ в клиническую практику, что позволило заложить фундаментальные основы классической нейрофизиологии.
В 1937 году за океаном, в Массачусетской городской больнице, была открыта первая в мире клиническая ЭЭГ-лаборатория.
Все основные понятия и проблемы ЭЭГ были сформулированы к середине 50-х годов, когда ученые выдвинули основные гипотезы того, как создается суммарная биоэлектрическая активность мозга.
«Золотым веком» в истории дисциплины стал период 1950–1970-х годов, когда ЭЭГ использовалась практически во всех разделах нейробиологии. Однако дальнейших прорывов, аналогичных тем, что были сделаны еще при жизни Бергера, не произошло. К середине 1980-х годов стало очевидно, что залезть в более тонкие закономерности функционирования мозга с помощью метода ЭЭГ возможным не представляется: тем более, что на подъеме были рентгенология, магнитно-резонансная и компьютерная томография.
Несмотря на то, что современная ЭЭГ также «цифровизировалась», и вместо бумажной ленты рисунок мозговых волн теперь выводится на монитор — каких-то радикальных новшеств это не привнесло.
Вместе с тем, регистрация электрической активности мозга по-прежнему остается единственным способом прямой оценки функционального состояния нервной системы. ЭЭГ очень проста и дешева в исполнении, что также является значительным преимуществом и гарантией, что эта техника еще долго сохранится в практической медицине.
«Диалектически оценивая перспективы электрофизиологических методов, следует, вероятно, рассмотреть два возможных сценария. Либо возникнет новый технологический подход, который обеспечит очередной революционный шаг в нейрофизиологии. Либо надо ждать, пока количество накопленной фактологии и наших представлений о механизмах генерации биоэлектрической активности переведет нейрофизиологический метод в новое качество».
Александров М.В. — Истоки электроэнцефалографии (к 90-летию первой публикации работ Ганса Бергера).
Современные разработки
Ученые из Университета Флориды, где тоже сейчас отмечают столетие ЭЭГ, напоминают: хотя мы научились распознавать паттерны ЭЭГ и связывать их с определенными патологическими состояниями, мы, собственно, до сих пор не знаем, как они возникают в мозгу. Как миллиарды нейронов и их триллионы локальных токов колеблются в правильном направлении, создавая глобально упорядоченную структуру?
Проведенные ими исследования подтвердили, что активность мозга по природе своей повторяющаяся, то есть колебательная, что связано со способом соединения нейронов и с тем фактом, что они взаимодействуют посредством возбуждения и торможения, создавая двухтактные эффекты.
В университете Флориды рассматривают локальные колебания как фундаментальные строительные блоки, еще интереснее то, что разные частоты можно объединить или синхронизировать в общий ритм и связать с припадками определенных нейроболезней.
В XXI веке ЭЭГ по-прежнему остается актуальной. Кто-то пытается идти по стопам Бергера и регистрировать (и даже провоцировать) с ее помощью телепатию. Кто-то сочетает метод с машинным обучением, чтобы точнее определять патологические паттерны.
Здесь же Хабре писали, как ученые научились предсказывать по ЭЭГ, какие люди нравятся испытуемому. В общем, есть куда расти, даже если кажется, что расти некуда.