Способы измерять активность мозга: ЭЭГ

Хочется начать с того, как вообще получают данные об активности мозга и в чём особенности разных подходов. Важно понимать, что нет единого метода, измеряющего «истинную активность мозга». Вместо этого существует много прокси биологических величин, которые тем или иным образом отражают активность нервной системы. Каждая из них имеет свои преимущества, недостатки и типичные сценарии применения. Ниже — ключевые и наиболее популярные модальности нейровизуализации.

Электроэнцефалография (ЭЭГ) — наверное, самый распространённый и известный метод измерения активности мозга. Синхронная активность больших групп нейронов (в основном коры) создаёт очень слабые электрические потенциалы, которые ЭЭГ регистрирует с поверхности головы. Выглядит это так: человеку на голову надевают специальную шапочку с электродами, и каждый электрод является пассивным приёмником этой электрической активности.

Ключевые преимущества ЭЭГ:
— Скорость: ЭЭГ нередко записывают с частотой дискретизации 1+ кГц, то есть мы получаем около 1000 измерений с каждого электрода каждую секунду.
— Простота применения: купить аппарат для ЭЭГ и пользоваться им можно даже в домашних условиях. Из-за этого ЭЭГ один из самых распространённых методов: он используется в клинике, в домашних устройствах, в специальных повязках на голову. Apple несколько лет назад даже запатентовала AirPods для измерения внутриушной ЭЭГ.
— Плотность датчиков: ЭЭГ-шапочки и усилители бывают разные, а число электродов может доходить до 128 и даже 1024 в специализированных системах. Это покрывает голову довольно плотно, и для большого класса задач этого реально хватает.

Основные недостатки:
— Относительно низкое пространственное разрешение. Электрическая активность зарождается в самих нейронах внутри мозга и начинает распространяться. Пока она дойдет до поверхности головы, сигнал ослабевает (у ЭЭГ довольно низкое соотношение сигнал-шум). Вдобавок активность от разных источников перемешивается во время распространения, так что восстановление, где именно были источники активности — это сложная и неоднозначная обратная задача.
— «Мокрые электроды». Поскольку сигнал слабый, даже небольшое количество воздуха (плохой проводник) между кожей головы и электродом сильно ухудшает запись. Поэтому часто используют проводящие гели, которыми заполняют это пространство. Минус для не клинических применений очевидный: после снятия шапочки обычно надо мыть волосы.