4.2. Методы
4.2. Методы, связанные с томографией электрических и магнитных
процессов головного мозга.
Идея томографии электрической активности неоднократно поднималась в лите-
ратуре в разных аспектах. Обзор методов для решения ОЗЭЭГ для множественных
источников представлен в работе Pascual-Marqui (1999). Рассмотрим некоторые из
подходов и основные принципы, заложенные в их основу.
LORETA (Low Resolution Electomagnetic Tomography) — система с электромагнитной
томографией низкого разрешения была разработана Паскуале-Марги в 1993 г. и опи-
сана в двух его основных статьях (Pascual-Marqui et al., 1993-1995). В этом методе не-
посредственно вычисляется плотность токовых источников во всем объеме мозга.
Среди бесконечного числа источников (решений) выбираются те, которые удовлетво-
ряют условиям гладкого распределения по пространству, что необходимо для решения
проблемы неединственности, свойственной обратным задачам ЭЭГ (рис. 4.29).При этом методе жертвуют пространственным разрешением, приводя тем са-
мым к некоторой неточности в определении зоны локализации и к дисперсии сре-
ди всех решений. Другими словами, система LORETA дает смазанное изображение
распределения источников независимо от того, источник распределенный или ло-
кализованный (рис. 4.30), зато метод исходно не требует необходимости знания
структуры и месторасположения источников.
В программе LORETA используется сферическая модель головы с компенсаци-
ей на неоднородности в проводимости слоев: мозга, черепа и скальпа. В силу нео-
бычности предложенного метода рассмотрим подробнее его основные положения.
Суть метода — в нахождении прямого трехмерного решения для распределения
электрической активности в мозге. Отмечается, что только такое решение может
быть названо истинной «томографией» в том смысле, как это понимается в извест-
ных радиологических обследованиях, таких как КТ, МРТ, ПЭТ.
Способ получения осмысленных трехмерных решений обоснован, несмотря на
наличие неединственности и малого пространственного разрешения. Вместо вы-
числения точечных диполей вычисляется распределение активности во всем объе-
ме мозга, который представляется как трехмерная решетка, в каждой узловой точ-
ке которой расположены электрические источники. Мощность и направление ак-
тивности в каждой из этих точек решетки определяют электрические (магнитные)
поля, которые регистрируются на поверхности скальпа. Ключевым вопросом оста-
ется нахождение общего осмысленного решения среди бесконечного множества
других решений, которые дают то же самое распределение на поверхности головы.
Необходимо принимать в расчет, что соседние нейроны более вероятно синхро-
низируются одновременно, и такая синхронизация демонстрируется в большинст-
ве экспериментальных и клинических исследований ЭЭГ и ВП. Таким образом,
с функциональной точки зрения предположение о синхронизации нейрональных
популяций может служить в модели базисом, ограничивающим бесконечное число
решений. Предполагается, что расположенные рядом точки в решетке, сходные по
мощности и ориентации, более вероятно должны быть синхронизированы, чем
точки (узлы) решетки, более удаленные друг от друга (рис. 4.29). С математической
точки зрения находится решение, удовлетворяющее условиям гладкости для всех
возможных решений. Максимизация гладкости является одной из общих процедур
при обработке сложных сигналов и, по мнению автора, может быть использована
для нахождения единственного, оптимального и физиологически осмысленного
решения трехмерного распределения электрической активности в мозге. Процеду-
ра вычисления заключается в определении мощности и ориентации в фиксирован-
ных узлах решетки, минимизации к измеренным величинам и выделении только
тех решений, которые удовлетворяют условиям «гладкости» — плавного перехода
от одного узла к другому (см. рис. 4.29, 4.30). Характерным признаком для находи-
мого решения является его достаточно низкое пространственное разрешение, кото-
рое напрямую связано с требованием «гладкости» решения. Говоря упрощенно, ре-
шение дает «смазанный» по локализации образ точечных источников, сохраняя
максимум активности, но внося определенную степень дисперсии.
С практической точки зрения этот способ дает томографию низкого разрешения
для активности в любой момент времени и не требует некоторых пространственно-
временных ограничений на сами источники. Результаты топографического анали-
за представляются не в виде проекции головы различных видов, а в виде изображе-
ний плотности источников на идеализированной сферической томографии на раз-
личном уровне срезов (сечений) (см. рис. 4.30).
При исследовании на модельных картах и измерениях от двух дипольных источ-
ников показано, что при расстоянии источников друг от друга в 1,5 см система
LORETA не различает этих источников. Если расстояние больше чем 3 см между
диполями, на томограммах имеются уже две отдельные зоны, соответствующие
уровню разнесенных двух дипольных источников.
Метод прошел испытания на локализации источников зрительных ВП с засве-
том разных полей зрения, слуховых длиннолатентных ВП, волн CNV и Р300
(Pascual-Marqui et al., 1994). Показано, что там, где имеется взвешенный дипольный
источник, программа LORETA дает отдельные зоны активности в симметричных
областях полушарий, а также, что интересно, и в вертексной области (см. рис. 5
в статье Pascual-Marqui et al., 1994).
см. далее