脳の脳波 - 動作原理と応用方法
精神的および肉体的に休息状態にある人が頭に電極を貼り、アンプを介して記録装置に接続すると、次のようなことが起こります。 電気振動… これらの振動は大脳皮質で発生し、特別な神経活動に関連しています。これらは、手術中に頭蓋骨が開かれるときに脳から直接記録されることもあります。
脳内にリズミカルで自発的に発生する電気振動が存在することは、1875 年にロシアの生理学者 V. Ya. Danilevsky と英国の科学者 Richard Cato によって、互いに独立して、頭蓋骨が開いた動物で実験を行って確立されました。
その後、無傷の頭蓋骨の皮膚と骨を介して脳の電流を記録することが可能であることが示されました。これは、人間におけるこれらの現象の研究への移行の基礎として機能しました。
人間の脳の電気振動の最も興味深い特徴は、周波数が約 10 Hz のほぼ規則的なリズムである、いわゆるアルファ波です。その背景には、より頻繁な振動、つまり 13 ～ 30 Hz のベータ波と 60 ～ 150 Hz 以上のガンマ波が見られます。より遅い振動も観察されます - 1 - 3 - 7 Hzの波。
脳の電気波形は脳波と呼ばれ、脳内の電気活動のパターンを研究する電気生理学の一部門は脳波検査 (EEG) と呼ばれます。脳波はフーリエ数学的分析に役立ちます。
脳波検査は、脳活動の理論的研究だけでなく、脳疾患を診断する実際の目的にとっても非常に重要です。
外部電磁場から物体を保護するために、物体はシールドされた部屋に置かれます。脳波取得におけるエラーの原因: 皮膚および筋電位、心電図、動脈拍動、電極の動き、まぶたおよび目の動き、アンプのノイズ。
最良の脳波は、完全に安静にしている人から得られます。人は、遮蔽された防音の暗い部屋で、快適な姿勢で、外部刺激から隔離され、完全に安静にしている状態で、座ったり横になったりしています（ただし、眠っているわけではありません）。
この状況は非常に重要です。初めて研究室に来る人は、いつもと違う環境に対する警戒心や恐怖心から脳波の記録が難しいことがよくあります。
人々は、固有の脳波特性が互いに異なります。アルファ波の正確なリズムを検出するのが非常に簡単な場合もありますが、まったく記録されない場合もあります。
脳波は、アルファ波の形状、振幅、持続時間、規則性、また他の波（ベータ波、デルタ波、ガンマ波）の位置、数、強度も異なります。
興味深いのは、何ヶ月にもわたる繰り返しの研究によって確立された、人間の脳波の基本的な特徴の驚くべき不変性です。
通常、よく研究された被験者においてどれくらい早く規則的な脳波が確立されるか、またその被験者の特徴が何であるかを事前に知ることが可能です。しかし、健康な人の個々の脳波の特有の特徴は非常に一定であると同時に、たとえ同じ日であっても、その脳波には生理学的に大きな変動性もあります。
人の定期的な脳波を取得するために不可欠な条件は、覚醒中の脳の例外的な休息です。脳の活動をオフにして、エネルギーに満ちた状態でこれを達成することがいかに難しいかは理解できます。
人間の大脳皮質で発生する電気振動を毎日何時間も観察すると、脳がその瞬間に何をしているかを反映する鏡のようなものであることがわかります。
場合によっては、脳の規則的なリズムが突然自然に消えたり、高周波振動が現れたり、特殊な筋電流が現れたりすることがあります。それは、人が何かについて考え、何らかの動きをし、何かを想像したことを意味します。脳波の変動は、中枢神経系の興奮性の変動を反映しています。
たとえば、困難な状況を表す問題を解決するなど、精神的な作業を行うように人に依頼すると、アルファ波の規則的なリズムが消失し、高周波振動が現れるのを観察できます。集中的な精神作業中、アルファ波は 500 ～ 1000 Hz の高周波放電に置き換えられ、精神活動の継続時間全体にわたって持続し、終了後にアルファ波は回復します。
精神活動に伴う高周波振動は長期間続くことがあります。通常、正常な脳リズムを確立している生徒では、EEG を記録することが困難になり、高周波振動のみが観察されます。彼は実験のない日は試験の準備で忙しかったことが判明した。
驚くほど簡単に通常通りの脳波図が得られた別の被験者では、高周波振動が一度だけ観察されました。彼は実験前に2時間も絵を描いていたことが判明した。
一般に、アルファ波の正常なリズムは穏やかな状態の人間の脳の特徴であり、高周波振動であるベータ波とガンマ波はその活動に関連しています。
運動野に加えて脳のリズミカルな活動は、人は生後わずか1か月で始まります。それは明らかに、子供が物体を認識し把握し始めるときの皮質活動と同時に発達します。
この年齢では成人の脳波とは異なるため、脳波は徐々に変化し、11〜12歳になって初めて成人の標準に近づきます。脳のリズミカルな活動は睡眠中も継続しますが、変化し、より単純化され、滑らかになり、ゆっくりとした振動が現れます。
興味深いことに、寝ている人の脳のリズムは、隣の部屋からの車の騒音や通りからのクラクションの音などによっては妨げられませんが、部屋の中で音が聞こえた場合、たとえば、紙のカサカサ音は、部屋に誰かがいるという事実に関連して、寝ている人の脳に変化をもたらします。これは、人が眠っている間に覚醒している《脳の観察点》の存在によるものです。
脳波検査法の助けを借りて、特定の主観的な感覚に関連する脳活動の複雑な変化を客観的に観察し、記録することが可能です。
脳の病気では、特殊な形状と持続時間の波が現れます。脳腫瘍では、周波数が 1 ～ 3 Hz の遅い波が現れ、彼はこれをデルタ波と呼んでいます。デルタ波は、腫瘍の真上の頭蓋骨上の点から収集された場合に記録され、一方、腫瘍によって収集されていない脳の他の領域から収集された場合には、正常波が記録される。腫瘍の影響を受けた脳の部分でのデルタ波の出現は、この場所の皮質の変性によって決まります。
このように、脳波は腫瘍の存在とその正確な位置を認識するのに役立ちます。脳波のデルタ波は、脳の他の病理学的状態でも見られます。
一部の外傷では、頭部外傷後何年も経ってから脳波に病的なデルタ波が観察されます。
人間の脳のリズムは、さまざまな理由で意識を失うと変化したり完全に消失したり、酸素が不足すると変化します。意識を失うと、脳が何らかのブレーキを失ったかのように、異常な電圧のスパイク状の波が群として記録されます。
頭部外傷直後の脳震盪で意識を失った人々でも、同様の発作性徐波が記録されています。一部の脳疾患では、高周波電位が記録されたり（たとえば、統合失調症の場合）、または徐波と波の交互の記録（てんかんの場合）が発生します。
脳波検査の方法は、脳疾患の診断と研究に不可欠です。理論的な重要性に関しては、大脳皮質の興奮状態を記録できる脳波検査により、人間の脳における興奮と抑制のプロセスを直接研究することが可能になり、その比率が神経活動の主なメカニズムと考えられています。 。