Биомагнитные измерения - Кнеппо П.
ISBN 5-283-00557-7
Скачать (прямая ссылка):
иллюстрируются два варианта расположения элементарных генераторов в
сенсомоторной зоне коры, которые нельзя различить по измерениям
поверхностного магнитного поля.
10
г I I 1-г-1-г-г
(OHSf
I-I I I ! ( I I Г
(%е*з, г)°
135
Рнс. 2.40. Расположение гипотетических дипольных генераторов в
сагиттальном сечении левой сенсомоторной зоны при регистрации комплексов
P20-N30 и N20-P30 вызванных ответов в лобной и теменной частях скальпа
соответственно. Тангенциальные дипольные генераторы, расположенные в
соматосенсорной зоне 3 Ъ задней стенки центральной борозды (сплошные
стрелки), могут создавать на поверхности головы такое же электромагнитное
поле, как и радиальные диполи, расположенные в венечной части коры
спереди и сзади борозды - в соматосенсорной зоне 1 (пунктирные стрелки)
[73, с. 191]
Измерение магнитного поля нерва. Надежное измерение магнитного поля
изолированного нерва стало возможным и было осуществлено в 1980 г. Виксво
с соавторами благодаря созданию специального датчика с миниатюрной
индукционной катушкой [11, 56, 117, 166, 196, 198, 202]. При возбуждении
нервной клетки и распространении вдоль аксона импульса в мембране клетки
возникают биоэлектрические генераторы, как показано на рис. 2.41, а. Для
осесимметричной цилиндрической клетки эти первичные генераторы,
направленные внутри мембраны радиально, порождают мембранный,
внутриклеточный и внеклеточный токи и соответствующее электромагнитное
поле во всем рассматриваемом пространстве. Прохождение возбуждения по
нерву сопровождается специфическим однофазным импульсом трансмембранного
потенциала, или потенциалом действия, восходящий участок которого
характеризует процесс деполяризации нервной клетки, а нисходящий участок
- процесс ее реполяризации (в отличие от потенциала действия клеток
миокарда этот импульс не имеет фазы плато между участками деполяризации и
реполяризации). Например, гигантский аксон лангуста, исследованный
экспериментально [73, с. 78; 159, с. 512], имеет потенциал действия с
амплитудой около 100 мВ и длительностью около 1 мс, причем при его
распространении ширина области деполяризации в пространстве составляет
около 3 мм. Поскольку скорость распространения импульса возбуждения вдоль
оси клетки можно считать постоянной, в каждый зафиксированный момент
времени распределение трансмембранного потенциала вдоль осн клетки будет
подобно по форме импульсу потенциала действия во времени. При этом ток
внутри аксона, направленный вдоль его оси (осевой ток), пропорционален
производной трансмембранного потенциала по направлению оси, и его
распределение имеет двухфазную структуру. Магнитное поле клетки имеет
осесимметричную форму, его линии магнитной индукции представляют собой
концентрические окружности, ось которых совпа-136
Центральная борозаа
Рис. 2.41. Измерение магнитного поля нервного волокна индукционным
датчиком [160, с. 3; 166]:
а - продольное (осевое) сечение аксона, по которому распространяется
импульс возбуждения (направление электрических токов показано тонкими
линиями со стрелками, направление магнитной индукции - широкими
лентообразными стрелками, направление распространения импульса -
штриховой стрелкой); б - схема измерения {В, U, <ре - измеренные значения
магнитной индукции, трансмембранного потенциала и внеклеточного
потенциала соответственно, v - направление распространения возбуждения);
в - конструкция индукционного датчика (с = 1,05 мм, d =1,95 мм, е =1,25
мм, / = 0,75 мм, g =2,25 мм, h =1,90 мм)
дает с осью клетки. Строго говоря, это магнитное поле определяется
токами, протекающими во всем проводящем пространстве.
При рассмотрении внеклеточного поля целесообразно ввести эквивалентные
генераторы достаточно простой структуры, причем структура их может быть
тем проще, чем дальше от аксона осуществляется измерение. Если место
измерения находится на расстоянии от аксона, соизмеримом с
пространственной протяженностью потенциала действия, то эквивалентный
генератор можно представить в виде линейно распределенного вдоль оси
аксона генератора, интенсивность которого пропорциональна осевому току, а
для более отдаленной области измерения - в виде двух противоположно
направленных осевых диполей тока, характеризующих фазы деполяризации и
реполяризации потенциала действия.
При прохождении импульса возбуждения вдоль аксона магнитное поле в
тороидальной катушке, охватывающей аксон, пропорционально суммарному
току, протекающему через отверстие катушки; этот ток состоит из тока
внутри аксона и так называемого возвратного тока, растекающегося в
объемном проводнике (обычно физиологическом растворе) вокруг аксона и
частично проходящего через отверстие катушки (рис. 2.41, б). При
измерениях принимают меры к тому, чтобы свести возвратный ток через
тороид к минимуму; тогда магнитное поле в катушке можно считать
пропорциональным осевому внутриклеточному току, причем в обмотке катушки
наводится ток, пропорциональный производной этого поля по времени. Для
