RU2007116C1

RU2007116C1 - Method of recording the shift of electric dc potential level of brain

Info

Publication number: RU2007116C1
Application number: SU914914435A
Authority: RU
Inventors: В.Ф. Фокин; В.М. Авиром; Н.В. Пономарева; В.Н. Киселев
Original assignee: Фокин Виталий Федорович; Авиром Владимир Моисеевич; Пономарева Наталья Васильевна; Киселев Виктор Николаевич
Priority date: 1991-02-26
Filing date: 1991-02-26
Publication date: 1994-02-15

Abstract

FIELD: experimental and clinic medicine. SUBSTANCE: method involves the steps of: placing a pair of electrodes on a patient's head over a predetermined portion of brain, connecting the electrodes to an electric voltage amplifier, reading out electric DC potential values at the beginning and the end of shift and comparing them between each other. The method is characterized in that at the beginning and the end of shift of DC potential level the amplifier input is substantially instantaneously shunted by an electric shunt of about 10⁴ Ohm. Comparing amplification reduction occurring at instantaneously shunting the amplifier input at the beginning and at the end of shift provides excluding measurement error resulting from instability of interelectrode skin potential detected from instability of skin resistance for at the shunted input of amplifier a shift depends on head skin resistance and at non-shunted input a shift doesn't depend on head skin resistance thus increasing recording accuracy. EFFECT: enhanced accuracy. 1 dwg

Description

Изобретение относится к экспериментальной и клинической медицине, точнее к неврологии, и может быть использовано в неврологической и психиатрической клинике при оценке стабильности функционального состояния головного мозга для диагностики нервных и психических заболеваний, а также при изучении функциональных взаимоотношений в центральной нервной системе. The invention relates to experimental and clinical medicine, more specifically to neurology, and can be used in a neurological and psychiatric clinic to assess the stability of the functional state of the brain for the diagnosis of nervous and mental diseases, as well as in the study of functional relationships in the central nervous system.

Известны способы регистрации сдвига уровня постоянного электрического потенциала головного мозга (УПП). Над заданным участком мозга на поверхности головы пациента фиксируется при помощи шлема пара электродов, соединенных с усилителем электрических напряжений, имеющим регистратор усиливаемых сигналов. Регистрация сдвигов УПП проводится путем считывания показаний с регистратора в начале и конце сдвига и их сравнения. Known methods for recording a shift in the level of constant electric potential of the brain (SCP). Above a given area of the brain, on the surface of the patient’s head, a pair of electrodes is connected with a helmet and connected to an electric voltage amplifier with an amplified signals recorder. Registration of SHP shifts is carried out by reading readings from the registrar at the beginning and end of the shift and comparing them.

Недостатком такого способа является то, что при измерении возникают ошибки, что снижает достоверность полученных данных. Это связано с тем, что сдвиг УПП, считываемый с регистратора, состоит из двух компонент: сдвига уровня постоянного электрического потенциала данного участка мозга, расположенного под электродами, свидетельствующего об изменении активности нижележащего мозгового субстрата, и сдвига потенциала кожного происхождения, зависящего от изменений биофизических характеристик кожи, а УПП фактически является суммой ЭДС мозга и ЭДС кожи. Сдвиг кожного компонента, суммируясь со сдвигом уровня постоянного электрического потенциала мозгового происхождения, вносит ошибку в измеряемую величину последнего. The disadvantage of this method is that errors occur during the measurement, which reduces the reliability of the data obtained. This is due to the fact that the SCP shift, read from the recorder, consists of two components: a shift in the level of constant electric potential of a given part of the brain located under the electrodes, indicating a change in the activity of the underlying cerebral substrate, and a shift in the potential of skin origin, depending on changes in biophysical characteristics skin, and SCP is actually the sum of the EMF of the brain and the EMF of the skin. A shift in the skin component, combined with a shift in the level of constant electric potential of brain origin, introduces an error into the measured value of the latter.

Наиболее близким является способ регистрации сдвига уровня постоянного электрического потенциала головного мозга. Способ состоит в том, что устанавливают пару электродов на голове испытуемого над заданным участком головного мозга, создают внешнее воздействие для предварительного измерения кожного сопротивления, осуществляют регистрацию электрического потенциала с помощью усилителя с входным сопротивлением, превышающим 10⁶ Ом, определяют моменты начала и конца сдвига уровня постоянного электрического потенциала и по его значениям в эти моменты проводят оценку сдвига уровня постоянного электрического потенциала головного мозга.The closest is a method of detecting a shift in the level of constant electric potential of the brain. The method consists in installing a pair of electrodes on the subject’s head over a given area of the brain, creating an external effect for preliminary measurement of skin resistance, registering the electric potential with an amplifier with an input resistance exceeding 10 ⁶ Ohms, determining the moments of the beginning and end of the level shift constant electric potential and its values at these moments assess the shift in the level of constant electric potential of the brain.

В указанном способе для повышения достоверности полученных результатов в процессе регистрации сдвига УПП проводится контроль за стабильностью кожного потенциала. Для этого измеряют сопротивление кожи головы испытуемого между электродами в начале и конце сдвига УПП, так как известно, что сдвиг кожного потенциала сопровождается сдвигом кожного сопротивления и, если произошел сдвиг кожного сопротивления, то произошел и сдвиг кожного потенциала. Для изменения кожного сопротивления используют мост Уитстона. При этом через кожу в момент измерения пропускают ток от постороннего источника. После пропускания тока возникают паразитные сдвиги кожного потенциала из-за поляризации кожи током, а также из-за воздействия тока на биологически активные точки кожи, что во многих случаях сопровождается появлением дополнительных кожно-гальванических реакций. Эти сдвиги длятся 10-15 и более минут, вследствие чего первое измерение кожного сопротивления приходится делать за 10-15 и более минут до начала стимуляции объекта, вызывающей сдвиг УПП, во избежании суммирования указанного паразитного сдвига с регистрируемым сдвигом УПП, что внесло бы дополнительные ошибки в измерение параметров регистрируемого сдвига УПП. Второе измерение сопротивления кожи, проводимое для сравнения с первым, чтобы убедиться в неизменности кожного сопротивления и, следовательно, в стабильности кожного потенциала во время сдвига УПП, делают по окончании сдвига УПП, и таким образом вся процедура измерения стабильности кожного потенциала во время сдвига УПП длится 15-20 мин при длительности самого сдвига УПП 1,5-2,0 мин. Это делает невозможным практически мгновенный контроль стабильности кожного потенциала непосредственно во время кратковременного сдвига УПП, что необходимо для точной регистрации параметров сдвига УПП, так как за 15-20 мин кожный потенциал может измениться сам по себе и в особенности под влиянием стимуляции пациента для целей диагностики. Тем самым вносится принципиально неустранимая ошибка в измерение параметров сдвига уровня постоянного электрического потенциала головного мозга из-за невозможности уверенно судить об отсутствии паразитного сдвига кожного потенциала непосредственно во время сдвига УПП, вносящего ошибку в измеренные параметры сдвига уровня постоянного электрического потенциала головного мозга, что имеет принципиальное значение для оценки достоверности информации о функциональном состоянии мозга и диагностики ряда нервных и психических заболеваний. In this method, to increase the reliability of the results obtained during the registration of the shift of the SCP, the stability of the skin potential is monitored. To do this, the resistance of the subject’s scalp between the electrodes at the beginning and end of the SCP shift is measured, since it is known that a shift in skin potential is accompanied by a shift in skin resistance and, if a shift in skin resistance occurs, then a shift in skin potential occurs. Wheatstone Bridge is used to change skin resistance. In this case, current is passed through the skin at the time of measurement from an external source. After passing the current, parasitic shifts of the skin potential occur due to the polarization of the skin by the current, as well as due to the effect of the current on the biologically active points of the skin, which in many cases is accompanied by the appearance of additional skin-galvanic reactions. These shifts last 10-15 or more minutes, as a result of which the first measurement of skin resistance has to be done 10-15 or more minutes before the stimulation of the object causing the SCP shift begins, in order to avoid summing the indicated parasitic shift with the detected shift of the SCP, which would introduce additional errors in measuring the parameters of the recorded shift of the soft starter. The second measurement of skin resistance, carried out for comparison with the first, to verify the invariance of skin resistance and, therefore, the stability of the skin potential during the shift of the SCP, is done at the end of the shift of the SCP, and thus the whole procedure for measuring the stability of the skin potential during the shift of the SCP lasts 15-20 min with the duration of the shift of the soft starter 1.5-2.0 minutes This makes it impossible to almost instantly monitor the stability of the skin potential directly during a short-term shift of the SCP, which is necessary for accurate registration of the parameters of the shift of the SCP, since the skin potential can change by itself in 15-20 minutes and especially under the influence of patient stimulation for diagnostic purposes. Thus, a fundamentally fatal error is introduced into the measurement of the parameters of the level shift of the constant electric potential of the brain due to the inability to confidently judge the absence of a parasitic shift of the skin potential directly during the shift of the SCP, which introduces an error into the measured parameters of the level shift of the constant electric potential of the brain, which has a fundamental importance for assessing the reliability of information on the functional state of the brain and the diagnosis of a number of nervous and mental diseases th.

Существенным недостатком прототипа является, таким образом, недостаточная точность регистрации сдвига уровня постоянного электрического потенциала головного мозга из-за принципиально неустранимой ошибки измерения параметров сдвига, возникшей за счет сдвига кожного потенциала в момент сдвига уровня постоянного электрического потенциала головного мозга, и невозможность вследствие этого, получения достаточно достоверной информации о функциональных перестройках нервных процессов в головном мозге, а также ошибочная диагностика ряда нервных и психических заболеваний. A significant disadvantage of the prototype is, therefore, the lack of accuracy in registering a shift in the level of the constant electric potential of the brain due to a fundamentally fatal error in measuring the parameters of the shift that arose due to a shift in the skin potential at the time of the shift in the level of the constant electric potential of the brain, and the impossibility of obtaining reliable information on the functional changes in the nervous processes in the brain, as well as erroneous diagnosis of a number nervous and mental illness.

Целью изобретения является повышение точности регистрации сдвига уровня постоянного электрического потенциала головного мозга. The aim of the invention is to improve the accuracy of registration of the shift in the level of constant electric potential of the brain.

Поставленная цель достигается тем, что с целью повышения точности регистрации за счет уменьшения влияния нестабильности кожного потенциала, в моменты начала и конца сдвига уровня постоянного электрического потенциала производят кратковременное шунтирование входа усилителя сопротивлением величиной порядка 10⁴ Ом, фиксируют при этом значения постоянного электрического потенциала, проводят сравнение коэффициентов сдвига уровня постоянного электрического потенциала в начале и конце сдвига, равных частному от деления значения уровня постоянного электрического потенциала при незашунтированном входе усилителя на значение уровня постоянного электрического потенциала при зашунтированном входе усилителя, после чего при их равенстве проводят регистрацию сдвига уровня постоянного электрического потенциала головного мозга, принимаемое за истинное.This goal is achieved by the fact that in order to improve the accuracy of registration by reducing the influence of instability of the skin potential, at the beginning and end of the shift of the level of constant electric potential, a short-time shunting of the amplifier input with a resistance of the order of 10 ⁴ Ohms is made, the values of constant electric potential are fixed, comparison of the shear coefficients of the level of constant electric potential at the beginning and end of the shift, equal to the quotient of dividing the level value n constant electric potential with an unshunted input of the amplifier to the value of the constant electric potential level with a shunted input of the amplifier, after which, when they are equal, a shift in the level of the constant electric potential of the brain is taken as true.

В виду того, что при незашунтированном входе усилителя изменения УПП не зависят от изменения величины межэлектродного сопротивления кожи головы испытуемого, а при зашунтированном входе усилителя резистором, величина которого соизмерима с поперечной составляющей межэлектродного сопротивления кожи, т. е. имеет порядок 10⁴ Ом, амплитуда УПП уменьшается приблизительно в два раза и изменения УПП становятся зависимыми от изменений межэлектродного сопротивления кожи головы испытуемого, равенство между собой коэффициентов сдвига УПП в начале и конце сдвига означает, что сдвига кожного потенциала в процессе сдвига УПП не было.In view of the fact that with an unshunted input of the amplifier, changes in the SCP are not dependent on the change in the interelectrode resistance of the skin of the head of the subject, but with a shunted input of the amplifier with a resistor, the value of which is comparable with the transverse component of the interelectrode resistance of the skin, i.e., it is of the order of 10 ⁴ Ohms, the amplitude SCP decreases approximately twofold and changes in SCP become dependent on changes in the interelectrode resistance of the subject's scalp, the equality of the shift coefficients of SCP in the beginning and shift end means that the shear capacity of the skin in the process of shifting SCP was not.

Принципиальное отличие предлагаемых операций заключается в том, что оценка стабильности кожного потенциала, определяемая по оценке сдвига межэлектродного кожного сопротивления производится непосредственно в момент сдвига УПП. The fundamental difference between the proposed operations is that the assessment of the stability of the skin potential, determined by assessing the shear of the interelectrode skin resistance, is performed immediately at the time of the shift of the SCP.

Точность регистрации сдвига уровня постоянного электрического потенциала головного мозга тем самым повышается, так как регистрируется только сдвиг мозгового потенциала. The accuracy of registering a shift in the level of the constant electric potential of the brain is thereby increased, since only a shift in the brain potential is recorded.

На чертеже проиллюстрирован предлагаемый способ. The drawing illustrates the proposed method.

Способ осуществляется следующим образом. На голове испытуемого 1 устанавливают пару регистрирующих электродов 2, 3. Электроды соединяют с усилителем 4 электрических напряжений (имеющим регистратор) с высоким входным сопротивлением величиной больше, чем 10⁶ Ом. Левый конец электрического шунта 5, выполненного в виде резистора величиной 10⁴ Ом, соединяют с левым входом усилителя электрических напряжений 4. Правый конец электрического шунта 5 соединяют с правым входом усилителя электрических напряжений 4 через разомкнутый выключатель 6. Затем проводят стимуляцию испытуемого, вызывающую сдвиг УПП. В начале сдвига уровня постоянного электрического потенциала проводят фиксацию его величины (в этом случае, т. е. при неподключенном параллельно входу усилителя электрических напряжений 4 электрическом шунте 5 изменения УПП не зависят от величины межэлектродного сопротивления кожи головы. Далее замыкают выключатель 6. Проводят повторную фиксацию УПП (при подключенном параллельно входу усилителя 4 электрическом шунте 5 УПП уменьшается приблизительно в два раза и становится зависимым от изменений межэлектродного сопротивления кожи головы испытуемого.The method is as follows. A pair of recording electrodes 2, 3 is mounted on the head of test subject 1. The electrodes are connected to an electric voltage amplifier 4 (having a recorder) with a high input resistance of greater than 10 ⁶ Ohms. The left end of the electric shunt 5, made in the form of a resistor of 10 ⁴ Ohms, is connected to the left input of the voltage amplifier 4. The right end of the electric shunt 5 is connected to the right input of the voltage amplifier 4 through an open switch 6. Then, the test is stimulated, causing a soft-starter shift . At the beginning of the shift in the level of constant electric potential, it is fixed (in this case, that is, when the voltage amplifier 4 is not connected in parallel with the electric shunt 5, the changes in the soft starter do not depend on the interelectrode resistance of the scalp. Next, close the switch 6. Re-fix Soft starter (when the electric shunt 5 is connected in parallel with the input of amplifier 4, the soft starter is approximately halved and becomes dependent on changes in the interelectrode resistance of the scalp s of the subject.

После указанной кратковременной процедуры отключают электрический шунт 5 от усилителя 4. После чего процесс измерения УПП продолжают вплоть до его окончания. По окончании сдвига УПП шунтирование входа усилителя повторяют. По окончании измерений вычисляют коэффициенты сдвига УПП К1 и К2, равные частным от деления значений УПП при незашунтированном входе на значение УПП при зашунтированном входе усилителя электрических напряжений 4 соответственно в начале и конце сдвига УПП. При равенстве обоих коэффициентов сдвига УПП между собой (К1= К2), сдвига кожного сопротивления и, тем самым, и сдвига кожного потенциала не произошло в момент сдвига УПП. Тем самым, нужные параметры сдвига УПП определялись только сдвигом постоянного потенциала мозгового происхождения, т. е. ошибки за счет сдвига кожного потенциала не было. After this short-term procedure, disconnect the electric shunt 5 from the amplifier 4. After that, the process of measuring the soft starter is continued until its end. At the end of the shift of the soft starter, shunting of the amplifier input is repeated. At the end of the measurements, the shift coefficients of the soft starter K1 and K2 are calculated, which are equal to the quotient of dividing the soft starter values at an unshunted input by the soft starter value when the input of the voltage amplifier 4 is shunted, respectively, at the beginning and end of the soft starter shift. If both SHP shift coefficients are equal (K1 = K2), a shift in skin resistance and, therefore, a shift in skin potential did not occur at the time of the shift of the SCP. Thus, the necessary parameters of the SCP shift were determined only by the shift of the constant potential of brain origin, i.e., there was no error due to the shift of the skin potential.

При неравенстве К1≠ К2 в момент сдвига УПП наряду со сдвигом постоянного потенциала мозгового происхождения произошел также и сдвиг кожного потенциала. В этом случае для получения истинных параметров сдвига мозгового потенциала измерения повторяют после устранения влияний, изменяющих биофизические характеристики кожи. With the inequality K1 ≠ K2 at the time of the shift of the SCP, along with the shift of the constant potential of brain origin, a shift of the skin potential also occurred. In this case, to obtain the true parameters of the shift of the brain potential, the measurements are repeated after eliminating the effects that change the biophysical characteristics of the skin.

Использование новых операций, в ходе которых кратковременно шунтируют вход усилителя электрических напряжений электрическим шунтом с величиной электрического сопротивления, соизмеримого с поперечной составляющей межэлектродного сопротивления кожи головы испытуемого, т. е. порядка 10⁴ Ом, в начале и конце сдвига уровня постоянного электрического потенциала головного мозга и считывают значения уровней постоянного электрического потенциала с регистратора при незащутированном и зашунтированном входе усилителя электрических напряжений, а по окончании регистрации производят сравнение между собой коэффициентов сдвига уровня постоянного электрического потенциала в начале и конце сдвига, равных частному от деления значения уровня постоянного электрического потенциала при незашунтированном входе усилителя на значение уровня постоянного электрического потенциала при зашунтированном входе усилителя дает возможность, используя биотоки объекта измерения, оценить стабильность межэлектродного кожного потенциала непосредственно в момент сдвига уровня постоянного электрического потенциала головного мозга, существенно повышая тем самым точность регистрации сдвигов уровня постоянного электрического потенциала головного мозга. Увеличение точности регистрации сдвигов уровня постоянного электрического потенциала головного мозга создает положительный эффект, который состоит в увеличении достоверности получаемой информации о функциональных перестройках нервных центров в головном мозге, например, при изучении процессов утомления, подвижности нервных процессов и проч. , а также в увеличении достоверности функциональной диагностики нервных и психических заболеваний, таких как сосудистые поражения головного мозга, эпилепсия и др.The use of new operations, during which the input of the voltage amplifier is shunted for a short time by an electric shunt with a value of electrical resistance commensurate with the transverse component of the interelectrode resistance of the subject’s scalp, i.e., about 10 ⁴ Ohms, at the beginning and end of the shift in the level of the constant electric potential of the brain and read the values of the levels of constant electric potential from the registrar with an unshielded and shunted input of an electric amplifier d, and at the end of registration, a comparison is made between the shear coefficients of the constant electric potential level at the beginning and end of the shift, equal to the quotient of dividing the constant electric potential level with an unshunted input of the amplifier by the value of the constant electric potential level with a shunted input of the amplifier makes it possible using biocurrents of the measurement object, evaluate the stability of the interelectrode skin potential immediately at the moment of the shift of the level of the constant ele an insulating brain potential, thereby significantly increasing the accuracy of registration shifts of DC level of the electric potential of the brain. An increase in the accuracy of recording shifts in the level of the constant electric potential of the brain creates a positive effect, which consists in increasing the reliability of the information received on the functional changes in the nerve centers in the brain, for example, when studying the processes of fatigue, mobility of nervous processes, etc. as well as increasing the reliability of the functional diagnosis of nervous and mental diseases, such as vascular lesions of the brain, epilepsy, etc.

Увеличивается достоверность контроля эффективности применяемой терапии при этих заболеваниях. Увеличивается достоверность определения профессиональной пригодности к ряду профессий, связанных с операторской деятельностью. Увеличивается достоверность оценки пригодности к различным видам спортивной деятельности. (56) Аладжанова И. А. Медленные электрические процессы в головном мозге. Издательство АН СССР. М. : 1962, с. 25-218. The reliability of monitoring the effectiveness of the therapy used in these diseases is increasing. The reliability of determining professional suitability for a number of professions related to operator activities is increasing. The reliability of the assessment of suitability for various types of sports activities is increasing. (56) Aladzhanova I.A. Slow electrical processes in the brain. Publishing House of the USSR Academy of Sciences. M.: 1962, p. 25-218.

Физиологический журнал СССР. 1971, т. 57, N 7, с. 956-961. Physiological Journal of the USSR. 1971, v. 57, N 7, p. 956-961.

Claims

METHOD OF REGISTRATION level shift CONSTANT ELECTRIC POTENTIAL BRAIN consisting in that the set naru electrodes on the head of the test over a given brain section, create an external impact for the pre-measurement of skin resistance, carried out the registration of the electric potential by an amplifier with an input impedance of greater than ¹⁰ June Ohm, the moments of the beginning and end of the shear of the level of the constant electric potential are determined and, based on its values, at these moments, an estimate of s Whig of the level of constant electric potential of the brain, characterized in that, in order to increase the accuracy of registration by reducing the influence of instability of the skin potential, at the beginning and end of the shift in the level of constant electric potential, a short-time shunt of the amplifier input with a resistance of the order of 10 ⁴ Ohms is performed, this value of constant electric potential, a comparison of the shear coefficients of the level of constant electric potential at the beginning and end driving, equal to the quotient of the values of the level of the constant electric potential at nezashuntirovannom amplifier input level value to the constant electric potential at the input of the amplifier are shunted, and then when they are equal conduct registration shift constant level electric potential of the brain, to be taken as true.