3.2. Обратная задача ЭЭГ
3.2. Обратная задача ЭЭГ и проблема локализации источников.
С проблемой локализации источников электрической активности головного мозга
сталкиваются в различных областях клинической и теоретической нейрофизиологии.
Так, Грей Уолтер в статье, посвященной принципам и методам локализации в ЭЭГ
(1951), указывал, что основная цель электроэнцефалографиста — найти, вывести по-
ложение источника потенциала, находящегося внутри мозга, на основании анализа
распределения потенциалов на поверхности головы (Уолтер, 1966- Walter, 1951). Это,
по сути, формулировка обратной задачи электроэнцефалографии: определение ин-
формации об источниках по потенциалам, записываемым с поверхности головы (Гут-
ман, 1980). Но способ этого «выведения» оставался в большей степени в рамках искус-
ства и добросовестности того или иного электроэнцефалографиста, и в каждом кон-
кретном случае не было какого-либо достаточно определенного правила или алгорит-
ма — как связать потенциалы со структурой мозга, их генерирующей. Кроме того, точ-
ность локализации при таком субъективном подходе была довольно низкой.
Так, Джаспер в разделе «точность локализации» в известной монографии (Пен-
фильд, Джаспер, 1958) указывает, что, так как электроды удалены от находящейся не-
посредственно под ними корковой поверхности не менее чем на 10–16 мм, нельзя
ожидать достаточно точной локализации небольших корковых поражений и достичь
общей точности в локализации лучше чем 3 см. В тех случаях, когда поражение лока-
лизуется в подкорково-стволовых или базальных образованиях, величина и выражен-
ность двусторонности изменений может указывать просто на глубинность поражения,
но о какой-либо точности локализации в этом случае говорить не приходится.
В то же время задача локализации и выяснение генеза ЭЭГ и ВП широко реша-
ется экспериментально на животных созданием искусственных очагов, с использо-
ванием классических методов перерезки и разрушений (Burns, 1950), при одновре-
менной регистрации потенциалов внутри и на поверхности мозга (Hosek et al., 1978-
Petsche et al., 1987). На человеке такие исследования, как правило, невозможны
и ограничены случаями стереотаксических вмешательств на ограниченном числе
структур, производимых с лечебными целями с записью глубинной ЭЭГ, кортико-
и субкортикограммы (Майорчик с соавт., 1973- Cooper et al., 1965). Альтернативой
этих методов является поиск неинвазивного метода локализации источников путем
решения обратной задачи электроэнцефалографии на основе детального анализа
электрического поля данной активности. Обычно при любой регистрации электри-
ческих потенциалов с поверхности возникают две основные задачи, основывающи-
еся на теории электрического поля.
1. Определение потенциала в точках измерения по заданным источникам (эле-
ктрическим характеристикам нейронов и их связям в мозге) — прямая задача
электроэнцефалографии. Она широко разрабатывается в электрофизиологии
некоторыми авторами с привлечением различных моделей (Гутман, 1980- Жа-
дин, 1984- Шимолюнас, 1992- Nunez, 1981, 1985 и другие).
2. Определение характеристик электрического генератора (источника), когда
потенциалы в некоторых точках измерения известны, — обратная задача эле-
ктроэнцефалографии (Гутман, 1980).
Решение ОЗЭЭГ для практического применения имеет неоспоримое значение.
Интерпретация ЭЭГ и повышение ее информативности тесно связаны с выявлени-
ем расположения источников различных потенциалов, регистрируемых ЭЭГ (Иса-
ев, Супин, 1985- Гнездицкий с соавт., 1981, 1990- Scherg, 1985- Ricci et al., 1985-
Romani, 1987). Более конкретно ОЗЭЭГ сводится к следующему: пусть имеется на-
бор мгновенных значений электрических потенциалов, измеренных одновременно
в нескольких точках с известными координатами. Требуется по этому распределе-
нию потенциалов установить наличие источника, его мощность, ориентацию и, что
наиболее важно для нейрофизиолога, его месторасположение, то есть установить
определенную морфологическую привязку регистрируемых конкретных потенциа-
лов со структурами мозга. Один из показателей правильности решения задачи лока-
лизации состоит в том, что параметры источника должны быть такими, чтобы они
создавали такое же распределение потенциалов на поверхности, какое получают при
непосредственном их измерении (Гутман, 1980- Фролов, Пономарев, 1988- Fender,
1987 и другие). Таким образом, решение обратной задачи и старая существующая
проблема локализации источников ЭЭГ и ВП оказываются тесно связанными.
Обратные задачи относятся к классу так называемых некорректных задач (Арсе-
нин, Тихонов, 1979- Гласко, 1984- Исаев, Супин, 1985). Некорректность их, как уже
говорилось, состоит в том, что они не имеют однозначного решения, и различные ис-
точники могут давать в принципе одно и то же распределение потенциалов на по-
верхности. К некорректным задачам относится, в частности, компьютерная томогра-
фия — восстановление изображений срезов по распределению плотностей в различ-
ных точках — реконструктивная вычислительная томография (Бейтс с соавт., 1983).
Для ограничения количества решений должны быть использованы некоторые анато-
мические и физиологические данные (Гутман, Шимолюнас, 1979, 1980- Kavanagh et
al., 1978- Fender, 1987). Параметризацией источников можно поставить задачу ОЗЭЭГ
математически более корректно. Однако и в этих случаях введение определенных ог-
раничений вызывает опасения относительно физиологической адекватности таких
модельных ограничений и находимых решений, поэтому понадобилась длительная
разработка методов и выявление круга тех явлений, при которых эта задача получила
удовлетворительное решение (Fender, 1987). Так, еще в ранних работах по электроэн-
цефалографии указывалось, что анализ распределения потенциалов, его градиента
и характера инверсий потенциалов в разных отведениях может помочь установлению
источников — генераторов этих потенциалов (Geisler, Gerstein, 1961 и другие).
см.далее