Волны мозга пять ритмов, которые записывает ЭЭГ

Что такое волны мозга?

Волны мозга это ритмичная электрическая активность мозга в том виде, в каком её записывает ЭЭГ с кожи головы. Электроды улавливают колебания напряжения от нескольких до примерно ста миллионных долей вольта (микровольт, мкВ). Сигнал возникает в основном из синаптических токов больших групп нейронов коры, работающих согласованно, а не из отдельных клеток. Считается, что большую его часть создают пирамидные нейроны коры, потому что они расположены параллельно и активируются вместе; глубокие структуры, такие как таламус и ствол мозга, напрямую в него не вносят вклада.

ЭЭГ никогда не показывает одну волну отдельно. Медленные и быстрые ритмы идут одновременно, и медленные крупнее: в записи мозга мощность равномерно падает с ростом частоты, это так называемый наклон типа 1/f, а ритмичные пики, например альфа, выступают над ним (He, 2014). Изменения к тому же специфичны для каждого диапазона. В один и тот же момент один диапазон может ослабевать, а другой усиливаться, в одной точке головы или в разных (Pfurtscheller и Lopes da Silva, 1999).

Поэтому названия дельта, тета, альфа, бета и гамма описывают частотные диапазоны записи, а не психические режимы. Говорить, что человек «в альфе» или «в бете», значит смешивать одно с другим: в каждый момент присутствуют несколько диапазонов, и меняется их соотношение. Врач, читающий ЭЭГ, сначала описывает доминирующий ритм, а затем остальные текущие ритмы. Для исследований важен даже сам наклон: работа 2020 года в журнале Nature Neuroscience показала, что стандартный анализ мощности по диапазонам может путать ритмичные пики с неритмичным фоном под ними.

Виды волн мозга и их частоты

Существует пять основных видов волн мозга, названных по частоте: дельта, тета, альфа, бета и гамма. В таблице использованы диапазоны глоссария клинической ЭЭГ Международной федерации клинической нейрофизиологии (Kane и коллеги, 2017), на которые опирается и схема на этой странице. Формально дельта начинается с 0,1 Гц, но на практике обычная ЭЭГ считает её от 0,5 Гц, потому что очень медленные сдвиги она не записывает.

В том же порядке падает и амплитуда. Альфа-ритм взрослого в основном ниже 50 мкВ, у детей часто намного выше, а лобно-центральная бета в основном ниже 30 мкВ. Гамма самая слабая и хуже всего видна с кожи головы: напряжение мышц и мельчайшие движения глаз дают сигналы в том же диапазоне, и в одном исследовании паралич мышц изменил мощность на коже головы выше 20 Гц в 10–200 раз (Whitham и коллеги, 2007).

Волны мозга меняются и с возрастом. Основной ритм покоя в затылке у младенца впервые появляется в 3–4 месяца и в среднем составляет 5,3 Гц до года, 6,8 Гц в 2–3 года, 7,9 Гц в 4–5 лет и 8,7 Гц в 6–7 лет, против 9,9 Гц у взрослых 16–50 лет (Alcala-Zermeno и коллеги, 2025). В исследовании 1 498 здоровых людей в возрасте 6–86 лет частота альфы росла в детстве и снова снижалась в старости (Chiang и коллеги, 2011).

Интерактивная часть выше это схема, а не настоящая запись. В ней показана движущаяся кривая для каждого диапазона, замедленная в четыре раза и с относительной высотой, модельная ЭЭГ шести состояний от расслабленного бодрствования до фазы быстрого сна с долей каждого диапазона и гипнограмма типичной ночи. У каждого диапазона есть своя страница с подробным разбором исследований: дельта-волны, тета-волны, альфа-волны, бета-волны и гамма-волны.

Таблица волн мозга: почему частоты в источниках различаются

Таблицы волн мозга расходятся, потому что диапазоны это условные отрезки непрерывного спектра, и исследователи проводят границы в разных местах. Обзор 184 исследований ЭЭГ покоя (Newson и Thiagarajan, 2018) показал, что самое распространённое определение каждого диапазона использовали лишь 30–50 % исследований. Дельта начиналась где угодно от 0 до 2 Гц и заканчивалась между 3,5 и 6 Гц; бета начиналась между 12 и 15 Гц и заканчивалась между 20 и 50 Гц.

Авторы прямо называют следствие: то, что одна публикация называет дельтой или бетой, не обязательно совпадает с тем, что называет так другая. Сравнивая две статьи или два приложения, сначала проверьте границы их диапазонов, а уже потом сравнивайте цифры.

Диапазоны различаются и от человека к человеку. У взрослых пик альфы в среднем около 10 Гц (10,3 Гц в исследовании 51 человека, Haegens и коллеги, 2014), но у разных людей он разный и немного ускоряется при умственном усилии. Поэтому некоторые исследователи привязывают диапазоны не к фиксированным числам, а к индивидуальной частоте альфы каждого человека (Klimesch, 1999).

Что такое ЭЭГ и что она измеряет?

Электроэнцефалограмма (ЭЭГ) это запись электрической активности мозга, сделанная электродами на поверхности головы. В клиниках и исследованиях электроды обычно размещают по международной системе 10–20: голову измеряют между четырьмя ориентирами, а электроды ставят с шагом 10 % или 20 % этих расстояний. Более плотная схема называется системой 10–10.

Каждый электрод видит суммарную активность огромного числа нейронов под ним. Основной вклад дают синаптические токи, а форму сигнала определяют также потенциалы действия, токи ионных каналов и собственные колебания мембран клеток (Buzsáki, Anastassiou и Koch, 2012). Исследователи честно признают ограничения: обзор 2017 года в журнале Trends in Neurosciences утверждал, что «мы знаем шокирующе мало» о том, откуда именно берутся сигналы ЭЭГ и что они означают, и что надёжнее всего связывать их с нейронными цепями через осцилляции.

Около 40 лет, с 1930 по 1970 год, ЭЭГ была главным инструментом для определения места поражения мозга, пока не появилась компьютерная томография. Сегодня невролог использует её, чтобы описать фоновый ритм, найти эпилептическую активность и патологическое замедление и оценить сон. Замедление важный признак: генерализованная дельта-активность вне глубокого сна или тета вне дремоты и поверхностного сна считается патологией на ЭЭГ взрослого, чаще всего при энцефалопатии, причины которой включают травму мозга, нейродегенеративные заболевания, обменные или токсические нарушения, инфекции и седативные препараты (Alcala-Zermeno и коллеги, 2025).

Кто открыл волны мозга? Ханс Бергер и первая ЭЭГ

Немецкий психиатр Ханс Бергер записал первую ЭЭГ человека 6 июля 1924 года в Йене, во время операции у 17-летнего юноши; строго говоря, это была запись с поверхности мозга, электрокортикограмма. До него Ричард Кейтон записывал электрические токи с открытого мозга животных. Бергер сообщил о своих результатах в 1929 году, назвав два увиденных ритма альфа- и бета-волнами.

Публикацию встретили скептически. Серьёзная работа началась только после того, как Эдгар Дуглас Эдриан публично продемонстрировал этот ритм в 1934 году (Borck, 2006). Все 1930-е годы альфа-ритм широко называли «ритмом Бергера», как показывают названия статей того времени, например статья 1936 года в журнале Science о температурных характеристиках ритма Бергера у человека. Дельту, тету и гамму назвали позже, когда исследования ЭЭГ распространились в 1930-х и 1940-х годах.

Биография Бергера мрачнее старой истории. Долго говорили, что нацисты вынудили его оставить должность. Историческое исследование 2014 года (Zeidman, Stone и Kondziella) показывает, что он помог выбрать своего преемника-нациста, давал деньги СС и заседал в нацистских судах по наследственному здоровью, которые рассматривали дела о принудительной стерилизации.

Волны мозга во сне: как выглядит каждая стадия

Каждая стадия сна определяется по волнам мозга. Сомнологическая лаборатория делит ночь на 30-секундные эпохи и относит каждую к бодрствованию, N1, N2, N3 или фазе быстрого сна по правилам Американской академии медицины сна. В более старой системе 1968 года было четыре стадии медленного сна; её стадии 3 и 4 объединили в N3, которую также называют медленноволновым сном.

Взрослые спят циклами примерно по 90–100 минут, обычно четыре-пять за ночь. Больше всего глубокого сна приходится на первый период медленного сна; первый период быстрого сна наступает примерно через 90 минут, он короткий, а к утру периоды быстрого сна становятся длиннее (Steiger и Pawlowski, 2019). Доли меняются с возрастом: метаанализ 65 исследований с участием 3 577 человек в возрасте 5–102 лет показал, что доля медленноволнового сна неуклонно снижается начиная с детства (Ohayon и коллеги, 2004).

Глубокий сон зависит и от того, сколько вы бодрствовали. После 40,5 часа без сна мощность дельты в первую восстановительную ночь была заметно выше обычного (Borbély и коллеги, 1981, 8 молодых взрослых). Это гомеостатическое давление сна, процесс S, работает вместе с циркадными часами, процессом C. Глубокий сон подробно разобран на странице о дельта-волнах, а дремота и фаза быстрого сна на странице о тета-волнах.

Что такое сонные веретёна?

Сонные веретёна это вспышки волн 11–16 Гц, чаще всего 12–14 Гц, длительностью не менее полсекунды; вместе с K-комплексами они определяют стадию сна N2. На записи волны нарастают и затем затухают, отчего вспышка похожа на веретено. Врачи различают быстрые веретёна 12–15 Гц над центром головы и медленные веретёна 9–12 Гц ближе ко лбу. K-комплекс это крупная двухфазная дельта-волна над центром головы, часто с веретеном на ней.

Веретёна генерирует ретикулярное ядро таламуса, а синхронизируют петли между таламусом и корой. Обзор 2020 года в журнале Physiological Reviews называет их одним из самых наследуемых признаков ЭЭГ сна (Fernandez и Lüthi). В более чем 11 000 записей сна людей в возрасте 4–97 лет плотность веретён росла в детстве, достигала пика примерно в подростковом возрасте и снижалась на протяжении взрослой жизни (Purcell и коллеги, 2017).

Веретёна связаны с обучением. После вечера интенсивного заучивания пар слов у людей было больше веретён, чем после столь же трудной задачи без заучивания, больше всего в первые 90 минут сна, и те, у кого веретён было больше, запоминали больше (r = 0,56; Gais и коллеги, 2002). В небольшом исследовании 2007 года с 18 пациентами, принимавшими лекарства, веретёна при шизофрении были заметно слабее, чем у здоровых людей или у людей с депрессией в анамнезе (Ferrarelli и коллеги).

Что такое мю-ритм?

Мю-ритм это ритм аркообразных волн 7–11 Гц над центральной, моторной полосой головы у бодрствующего человека. По частоте он перекрывается с альфа-диапазоном, но отличается местом и тем, что его подавляет: мю-ритм исчезает, когда вы двигаете противоположной стороной тела, думаете о движении, готовитесь двигаться или когда к вам прикасаются, а альфа в затылке реагирует в основном на открывание глаз и внимание.

Мю-ритм ослабевает и тогда, когда вы смотрите, как двигается кто-то другой. Метаанализ 85 исследований с 1 707 участниками (Fox и коллеги, 2016) показал, что мощность мю снижалась при выполнении действия (d = 0,46) и, слабее, при наблюдении за ним (d = 0,31). Поэтому мю-ритм стал обычным инструментом для изучения «зеркальной» активности мозга. У младенцев центральный ритм 6–9 Гц является предшественником взрослого мю-ритма (Marshall и коллеги, 2002).

Бета над моторной корой ведёт себя похоже: она снижается во время движения и в течение примерно секунды после его окончания поднимается выше уровня покоя, это так называемый бета-рикошет (Pfurtscheller и коллеги, 1996). Оба ритма показывают, что один и тот же диапазон может значить совсем разное в зависимости от того, в каком месте головы он записан.

Синхронизация волн мозга: может ли звук или свет изменить ритмы мозга?

Мозг действительно следует за ритмичным звуком или мерцанием, пока оно длится, и эта часть хорошо измерена. Включите звук, пульсирующий около 40 раз в секунду, и слуховая система мозга ответит устойчивым ритмом той же частоты; такие слуховые стационарные ответы можно записать на частотах от 1 до 200 Гц, а у бодрствующих людей они особенно выражены около 40 Гц (Picton и коллеги, 2003). Мерцающий свет заставляет зрительную кору отвечать с частотой мерцания от 1 Гц примерно до 90 Гц, сильнее всего около 10, 20, 40 и 80 Гц (Herrmann, 2001).

Меняет ли это настроение, сон или мышление, отдельный вопрос. По бинауральным ритмам систематический обзор 2023 года нашёл 14 ЭЭГ-исследований: пять обнаружили, что мозг следовал за ритмом, восемь не обнаружили, одно дало смешанный результат (Ingendoh и коллеги). Метаанализ 22 исследований 2019 года нашёл эффект средней величины на память, внимание, тревогу и боль (g = 0,45; Garcia-Argibay и коллеги); это показывает, что люди реагируют на ритмы, но не то, что изменилась волна мозга. Исследования и генератор есть на страницах о бинауральных ритмах для сна, для медитации, от тревоги, для концентрации и 40 Гц.

Музыка действует похожим, ограниченным образом. Медленные ритмы мозга подстраиваются под долю такта и частоту нот музыки, примерно 1–8 Гц, которую задаёт темп (Doelling и Poeppel, 2015; Nozaradan и коллеги, 2011). Ни одно исследование не показало, что трек с пометкой «альфа» или «дельта» переводит ваш мозг в этот диапазон. Спокойная музыка вполне может вас расслабить; название диапазона на ней это маркетинг.

Мерцающий свет несёт реальный риск. Он может вызвать приступ у людей с фоточувствительной эпилепсией: сильнее всего провоцируют вспышки 15–25 Гц, но это может сделать любая частота от 1 до 65 Гц, и в группе риска примерно 1 из 4 000 человек в возрасте 5–24 лет (Fisher и коллеги, 2005). Не используйте мерцающие устройства, если у вас или у кого-то из семьи есть эпилепсия или были приступы.

Резонанс Шумана и волны мозга: есть ли связь?

Резонанс Шумана это реальное физическое явление: молнии по всему миру заставляют пространство между землёй и ионосферой звучать на частоте около 7,8 Гц с обертонами около 14, 20 и 26 Гц (Price, 2016). Немецкий физик Винфрид Отто Шуман предсказал эти резонансы в 1952 году, а Балсер и Вагнер впервые измерили их в 1960 году. Частота колеблется; популярное число 7,83 Гц это часто цитируемое среднее значение первой моды.

По клиническому глоссарию 7,83 Гц попадает в тета-диапазон, чуть ниже начала альфы на 8 Гц, и это числовое совпадение породило множество утверждений, будто Земля настраивает человеческий мозг. Данные ограничены корреляционными работами, в основном из одной канадской лаборатории: в 238 записях ЭЭГ от 184 человек пики около первых трёх частот Шумана были различимы в усреднённой ЭЭГ «у некоторых, но не у всех участников» (Saroka, Vares и Persinger, 2016). Контролируемые исследования не показали, что резонанс формирует активность мозга. Ежедневная страница сайта о резонансе Шумана сегодня показывает текущие данные.

Может ли бытовой ЭЭГ-ободок измерить ваши волны мозга?

Бытовой ободок записывает настоящую ЭЭГ, но с гораздо меньшего числа точек и с бо́льшими помехами, чем медицинская система. Например, ободок Muse имеет четыре датчика на лбу и за ушами, в точках, близких к AF7, AF8, TP9 и TP10. Исследователи с его помощью записали у 60 студентов стандартные ответы мозга, такие как P300 (Krigolson и коллеги, 2017), но отметили, что у него нет электрода сзади на средней линии, где этот ответ обычно сильнее всего.

При прямом сравнении двух медицинских и двух бытовых систем у 5 человек за два визита Muse показал широкополосное увеличение мощности и наибольший разброс между визитами, а бытовые устройства сильнее страдали от артефактов моргания и движений мышц. Авторы заключили, что медицинские системы дают «явные преимущества в качестве данных, надёжности и глубине анализа» (Ratti и коллеги, 2017). Бытовая ЭЭГ всё же широко используется в науке: обзорное исследование 2024 года насчитало 916 работ, большинство из них об интерфейсах мозг-компьютер (Sabio и коллеги).

Ободок может показать крупные изменения, например больше альфы при закрытых глазах. Он не может читать мысли, ничего диагностировать или точно измерить «спокойствие», а к показанию с пометкой «гамма» стоит относиться осторожнее всего, потому что напряжение мышц и движения глаз попадают в тот же частотный диапазон.