100 лет исследований мозга: от первого эксперимента до современных открытий

Электроэнцефалография (ЭЭГ) была изобретена 100 лет назад и за это время произвела революцию в изучении человеческого мозга. Этот метод записи и чтения мозговой активности стал ключевым инструментом для исследователей, позволяя значительно углубить понимание процессов восприятия, памяти и других когнитивных функций, а также оказать огромную помощь в диагностике и лечении различных мозговых расстройств, включая эпилепсию.

Открытие ЭЭГ

6 июля 1924 года психиатр Ганс Бергер впервые записал электрическую активность мозга человека, проводя эксперимент на 17-летнем пациенте, проходившем нейрохирургическую операцию. До этого времени подобные исследования проводились только на животных. Бергер стремился найти физическую основу психической энергии , или умственных усилий, у людей. Он измерял объем и температуру мозга, чтобы исследовать изменения в ментальных процессах, таких как интеллектуальная работа, внимание и желание.

Бергер начал записывать электрическую активность мозга и в 1924 году получил первые результаты, однако опубликовал их только в 1929 году. Эти пять лет стали периодом сомнений и доработок экспериментальной установки. Бергер провел сотни записей ЭЭГ на различных испытуемых, включая своих собственных детей, преодолевая как успехи, так и неудачи. В конце концов, он опубликовал серию статей в журнале Archiv für Psychiatrie и надеялся получить Нобелевскую премию. Однако научное сообщество долгое время сомневалось в его результатах, и только спустя годы другие исследователи начали использовать ЭЭГ в своих работах. В 1940 году Бергер был номинирован на Нобелевскую премию, но из-за Второй мировой войны награда не была присуждена .

Нейронные осцилляции

Когда многие нейроны активны одновременно, они создают электрический сигнал , который можно записать с помощью электродов, установленных на голове. С момента открытия ЭЭГ исследователи показали, что активность нейронов осциллирует с определенными частотами. В первых записях ЭЭГ Бергер отметил преобладание осцилляционной активности с частотой 8-12 Гц, названной альфа-ритмом . С тех пор было предпринято множество попыток понять механизмы и причины нейронных осцилляций.

Нейронные осцилляции играют важную роль в эффективной коммуникации между специализированными областями мозга. Например, тета-осцилляции с частотой 4-8 Гц важны для взаимодействия областей мозга, ответственных за кодирование и воспроизведение памяти . Исследователи изучили возможность изменения нейронных осцилляций для улучшения когнитивных функций. Различные поведенческие и неинвазивные методы могут изменять нейронные осцилляции, что приводит к изменениям в когнитивной производительности. Например, исследования показали, что практика медитации осознанности увеличивает тета-частоты и улучшает воспроизведение памяти.

Неинвазивные методы стимуляции мозга также могут быть нацелены на определенные частоты. Например, исследования показали, что стимуляция мозга на тета-частоте улучшает воспроизведение памяти. ЭЭГ также привела к значительным открытиям в понимании того, как мозг обрабатывает информацию в различных когнитивных областях, включая восприятие окружающего мира, концентрацию внимания, коммуникацию через язык и обработку эмоций.

Диагностика и лечение мозговых расстройств

ЭЭГ широко используется для диагностики нарушений сна и эпилепсии , а также для определения стратегии лечения мозговых расстройств . Ученые исследуют возможности улучшения памяти с помощью неинвазивной стимуляции мозга. Несмотря на то, что эти исследования находятся на начальной стадии, уже есть многообещающие результаты. Например, одно из исследований показало, что неинвазивная стимуляция мозга на гамма-частоте (25 Гц) улучшает память и передачу нейротрансмиттеров у пациентов с болезнью Альцгеймера.

Новый тип неинвазивной стимуляции мозга, называемый временной интерференцией , использует две высокие частоты для создания нейронной активности, равной разнице между частотами стимуляции. Высокие частоты могут лучше проникать в мозг и достигать целевой области. Недавно исследователи протестировали этот метод на людях, используя частоты 2000 Гц и 2005 Гц, чтобы отправить тета-частоту 5 Гц в ключевую область мозга для памяти — гиппокамп. Это привело к улучшению способности запоминать имена, ассоциированные с лицами.

Несмотря на обнадеживающие результаты, необходимо провести больше исследований, чтобы понять точную роль нейронных осцилляций в когниции и возможность их изменения для долгосрочного улучшения когнитивных функций.

Будущее ЭЭГ

100-летний юбилей ЭЭГ — это возможность задуматься о том, что было узнано о функции мозга и какие перспективы открывает эта техника в будущем. В опросе , проведенном журналом Nature Human Behaviour, более 500 исследователей, использующих ЭЭГ, сделали прогнозы о будущем этой методики. Что будет возможно в следующие 100 лет?

Некоторые исследователи прогнозируют, что ЭЭГ будет использоваться для диагностики и создания таргетированных методов лечения мозговых расстройств. Другие считают, что доступная, носимая ЭЭГ будет широко использоваться для улучшения когнитивных функций дома или будет интегрирована в приложения виртуальной реальности . Возможности поистине огромны.