Сущность метода синхронного накопления и усреднения

Название этот метод получил из-за того, что при регистрации ВП происходит син­хронизация накопления (усреднения) ответов с подаваемым стимулом. Выделение ВП происходит за счет многократной подачи стимулов и суммации каждого последующего ответа с предыдущими. Опорным моментом для такой суммации является момент по­дачи стимулов. В результате такого накопления сигнал ВП, закономерно связанный со стимулом, растет значительно быстрее, чем шум спонтанной ритмики, не связанный со стимулом и попадающий при суммации в случайную фазу друг с другом. В результате, чем больше число накоплений, тем лучше выделение сигнала из шума.

На рис. 15.1 приведен пример процесса выделения ВП из шума методом синхронного (когерентного) накопления. На верхней кривой I показаны отметки стимулов (вспыш­ка света). На кривой 2 сигнал ВП в ЭЭГ при подаче стимула практически не виден. На кривой 3 показан ВП в процессе синхронного накопления, по мере увеличения чис­ла суммируемых ответов. Уже после 15 таких накоплений ответ начинает выделяться из спонтанной ритмики, и на нижней кривой показано, что на нем уже могут быть изме­рены основные параметры ответа.

Обычно вместо синхронного накопления используют методику синхронного или когерентного усреднения, когда происходит не только сложение ответов, но и деление на число суммаций.

Рис. 15.1. Иллюстрация принципа выделения ВП методом синхронного когерентного накопления:

1. Отметка стимула (вспышка света).

2. Запись ЭЭГ затылочной области.

3. Сигнал ВП в процессе синхронного накопления (каждая последующая реакция складывает­ся с предыдущими).

4. Маркер запуска, триггер.

5. Выделенный сигнал ВП с его параметрами

На рисунке 15.2 показано, как изменяется сигнал ВП и его соотношение с шумами ЭЭГ. В процессе синхронного усреднения (рис. 15.2а). После первых 4 усреднений сигнал ВП еще не виден и скрыт в шумах спонтанной ритмики. После 9 и 16 усреднений мы начинаем его уже обнаруживать, но еще не очень четко. Только после 36 усреднений соотно­шение сигнала ВП к шуму спонтанной ритмики ЭЭГ достаточно, чтобы надежно отде­лить сигнал ВП от шума. Дальнейшее число усреднений улучшает соотношение сигна­ла к шуму, но уже в меньшей степени. На рис. 15.2б показан пример спонтанной ритмики при синхронном усреднении без подачи стимула. После четырех усреднений уровень шума достигает 20 мкВ, при увеличении числа усреднений шум постепенно уменьшается («зануляется»). После 36 усреднений он составляет уже 8 мкВ, а после 100 равен 4 мкВ. При методике когерентного усреднения сигнал остается постоянным и как бы постепенно, по мере увеличения числа усреднений очищается от шума. Исходный шум спонтанной ритмики составлял 40 мкВ, сигнал ВП после его выделения из шума, после 100-200 усреднений, составляет 8 мкВ. Таким образом, при единичном усреднении в данном случае отношение сигнала ВП к шуму было меньше 1/5. Возникает вопрос, на сколько мы можем повысить исходное отношение сигнал/шум при увеличении числа суммаций (усреднений)? Теоретически в раз, то есть при 100 синхронных накопле­ниях исходное отношение сигнал/шум улучшится в 10 раз. Для выделения зрительных ВП такого числа накоплений достаточно, чтобы выявить ответ.

Действительно, выше мы видели, что для ЗВП отношение сигнал/шум без суммаций составляет 1/5. После 100 накоплений это отношение уже будет 1/5 х 10 = 2/1, то есть ответ ВП будет вдвое превышать шум. Однако этого числа накоплений недостаточно для выделения ССВП и стволовых ВП.

Рис. 15.2. Иллюстрация принципа выделения ВП методом синхронного когерентного усреднения.

А. Улучшение отношения сигнала ВП к шуму в процессе его выделения методом синхронного усреднения: показано при 4, 9, 16, 36, 100 и 200 усреднениях. Ответ при 4 усреднениях еще не ви­ден, он начинает выделяться при 9, надежно выделяется при 36, отчетливо виден при 100 и 200 ус­реднениях.

Б. То же при усреднении шума (спонтанная ЭЭГ и нсмозговая активность, не связанные со стимулом) без подачи стимула. При увеличении числа усреднений происходит постепенное умень­шение шума от 30 до 4 мкВ. Метод биологической калибровки нейроусреднителей.

В общем случае формула зависимости от числа накоплений выглядит так:

После N суммаций отношение (С/Ш) будет равно исходному отношению (с/ш), умноженному на . Отсюда число N, необходимое для выделения сигнала, будет определяться исходным отношением (с/ш) и тем соотношением, которым мы удовлетворимся после его выделения.