2 курс / Нормальная физиология / Высокочастотная_электрическая_активность_мозга_и_восприятие_времени
.pdfВысокочастотная электрическая активность мозга |
41 |
Так, у больных шизофренией по сравнению со здоровыми людьми отмечается уменьшение мощности гамма-активности в ответной ЭЭГ-реакции на слуховые стимулы [136]. Значимые различия при шизофрении по сравнению с нормой отмечали в амплитуде позднего вызванного потенциала в диапазоне гамма-ритма (уменьшение в лобных областях и левом полушарии и возрастание в теменнозатылочных областях правого полушария). При этом отмечалось общее снижение вызванной активности гамма-ритма [137].
Однако в ряде случаев фиксируется и повышение гамма-актив- ности. Выраженные галлюцинации связаны с повышением спектральной мощности гамма-диапазона в ЭЭГ по сравнению с нормой [138]. Синдром дереализации также связан с повышением гаммаактивности, тогда как психомоторное торможение связано с уменьшением мощности гамма-ритма [139]. Все это указывает на то, что при шизофрении негативные симптомы связаны с уменьшением активности в гамма-диапазоне, а позитивные симптомы – с ее возрастанием. Так, К. Ли (Lee) с соавт. показали, что различные клинические синдромы по-разному связаны с гамма-ритмом [140]. Психомоторное торможение обусловлено понижением показателей гаммаактивности мозга по сравнению с нормой. Дереализация связана с возрастанием синхронности гамма-активности в правом полушарии, а синдром дезорганизации мышления сопровождается генерализацией (распространяющейся на правое полушарие и задние области коры) высокой гамма-синхронности с латентной задержкой во фронтальной области.
Д. Шир (Sheer) подчеркивает роль холинергических влияний (через активацию восходящей ретикулярной формации) в поддержании гамма-синхронности, что подтверждается фармакологическими исследованиями [141]. Участие холинергической медиации в патологических процессах при шизофрении рассматривается посредством мускариновых рецепторов. Так, введение скополамина (антагониста мускариновых рецепторов) вызывало нарушение памяти и снижение гамма-активности [142]. Кроме того, клозапин с частичным эффектом агониста мускариновых рецепторов, применяемый при шизофрении, влияет у больных шизофренией именно на негативные симптомы (повышение психомоторной скорости и подвижности речи [143]), что, видимо, связано с повышением показателей гаммаактивности до границ нормы у этих пациентов. Авторы делают вывод о том, что клозапин больше повышает спектральную мощность
42 |
Глава 1 |
гамма-активности у больных с негативными симптомами, чем уменьшает мощность гамма-активности у больных с позитивными симптомами.
Психофармакологические исследования показали, что введение галоперидола (блокатора NМDА-рецепторов) значимо подавляет гамма-активность в задачах на внимание [144]. Предполагают также, что снижение функциональной активности NМDА-рецепторов и повышение дофаминергической медиации участвуют в модулировании гамма-активности. Так, для позитивных симптомов при шизофрении возможно подавление NМDА-рецепторов, которое ведет к избыточной глутаматергической медиации, повышающей гамма-активность
упациентов с синдромами дереализации и дезорганизации мышления. Препараты, блокаторы D-рецепторов, напротив, тормозят гам- ма-активность, что также нужно учитывать у больных, находящихся под влиянием медикаментозной терапии [144].
Висследовании В.Б. Стрелец с соавт. у испытуемых перед выполнением когнитивного задания регистрировались фокусы максимальной активности спектральной мощности гамма-ритма [145]. При выполнении задания отмечалось нарастание внутри- и межполушарных связей (возрастание синхронизации), что не наблюдалось
убольных шизофренией (особенно межполушарных связей). Отсутствие взаимодействий корковых областей (особенно межполушарных) указывает на «расщепление» полушарий и нарушение передачи информации через мозолистое тело у больных шизофренией.
Нарушение гамма-активности наблюдали также при различных других психоневрологических заболеваниях. Значимые изменения в гамма-ритме обнаружены у пациентов с болезнью Альцгеймера. По сравнению с контрольной группой здоровых (в которой отмечали относительное возрастание гамма-активности в левом полушарии по сравнению с правым полушарием в процессе решения вербальных и арифметических задач) у больных было выявлено как снижение такой асимметрии гамма-активности, так и полная редукция гаммаактивности [129]. Снижение ответной реакции на предъявление зрительных и слуховых стимулов наблюдали в диапазоне гаммаактивности (а также альфа- и бета-активности) у больных с болезнью Альцгеймера [145, 146]. Локализация источников активности в МЭГ-исследовании показала почти полное отсутствие источников гамма-активности, причем в большей мере в коре, чем в таламусе. Эти результаты свидетельствуют об утрате части нейронов и синап-
Высокочастотная электрическая активность мозга |
43 |
сов в коре при болезни Альцгеймера [146]. При болезни Альцгеймера реактивность гамма-ритма значительно снижена по сравнению с нормой при ритмической фотостимуляции на частотах 40–50 Гц [145].
Снижение мощности гамма-ритма выявляли и при других дегенеративных заболеваниях и при старении [147]. Получены данные о снижении спонтанной активности в ЭЭГ после инсульта в результате черепно-мозговой травмы [148].
Исследования диффузных поражений мозга, в том числе воспалительных заболеваний мозговой оболочки, токсических поражений и энцефалопатии, выявляют не только традиционные диффузные медленноволновые и эпилептиформные патологические колебания, но и усиление высокочастотной активности: высокочастотного бета- (выше 25 Гц) и гамма-ритма (при повышенной реакции усвоения ритма на высокой частоте). При легких и умеренных проявлениях высокочастотные ритмы выражены асинхронной активностью. Грубые ирритационные очаги дают более регулярную по частоте компоненту [149].
Так, возможное объяснение латерализованных нарушений гам- ма-активности, которые наблюдались у детей при синдроме дефицита внимания с гиперактивностью (ADHD) (без лечения), может быть следующее. При предъявлении слуховых стимулов в правое ухо наблюдали избыточную активацию гамма-ритма на новый стимул (рост спектральной мощности и синхронности) именно в левом полушарии и возрастание фазической реакции гамма-активности без формирования реакции адаптации (у здоровых детей), что свидетельствует о нарушении тормозных нейротрансмиттерных систем при ADHD [150].
Гамма-активность исследовалась также при эпилепсии. ЭЭГисследования с внутрикорковым погружением электродов выявили у пациентов с галлюцинациями и нарушениями речи устойчивые эпилептические разряды в левой височно-затылочной области [151]. Одновременное возрастание гамма-активности также наблюдалось в этих областях при предъявлении релевантных задач, связанных с работой этой области, по сравнению с нерелевантной задачей. Высказано предположение, что когнитивные задачи, вызывающие повышение гамма-активности, также индуцируют эпилептическую активность у больных. Более того, Ф. Аоки (Aoki) с соавт. показали, что гамма-синхронность выше у больных с более тяжелыми и частыми эпилептическими припадками, генерализация гамма-синхронности –
44 |
Глава 1 |
следствие непрерывного облегчения синаптических связей возобновляющейся эпилептической активности [152].
Ряд исследователей подчеркивают роль высокочастотной корковой гамма-активности в развитии фебрильных судорог и гипсарит-
мии у детей [152, 153, 154].
В исследовании у пациентов с симптоматической эпилепсией с первично-генерализованными и парциальными эпилептическими припадками записывали ЭЭГ во время решения различных задач (чтение, арифметические, пространственные и др.). Возрастание спектральной мощности гамма-ритма, индуцированного когнитивными задачами, отмечали при эпилепсии с парциальными припадками в большей степени, чем с первично-генерализованными. Это может свидетельствовать о снижении доли высокочастотной активности в реализации когнитивной деятельности, участвующей также в генерализации повторяющихся первично-генерализованных припадков. В этом же исследовании авторы рассматривают участие гамма-активности в механизмах эпилепсии, индуцированной чтением или счетом [155].
Возрастание спектральной мощности в диапазоне 30–60 Гц отмечали в первичной зрительной коре человека при предъявлении зрительных полосок, вызывающихпаттерн-сенситивную эпилепсию [155].
Особенности гамма-активности в процессе решения когнитивных задач исследуются у больных эпилепсией перед нейрохирургической операцией, что дает возможность регистрировать ЭКоГ с помощью внутрикорковых электродов [156]. Применяя ЭкоГ, исследователи сравнивали событийно-связанные потенциалы ЭКоГ и собы- тийно-связанную ЭЭГ, активность гамма-диапазона в процессе решения визуальных задач у больных с некурабельной височной эпилепсией. В целом корковая активность в гамма-диапазоне у больных была выше, чем у здоровых. Позитивную волну P300 событийносвязанного потенциала регистрировали в височных областях во время решения различных задач. Известно, что Р300 связана с несколькими когнитивными операциями: оценкой значимости стимула, степенью уверенности принятого решения, операцией обращения к памяти. Таким образом, событийно-связанный потенциал в гаммадиапазоне (40 Гц) с Р300 рассматривается как отражение когнитивных процессов в нормальном и эпилептогенном мозге.
Р. Фишер (Fisher) с соавт. и Р. Трауб (Traub) с соавт. и другие рассматривают повышение мощности спонтанного или вызванного
Высокочастотная электрическая активность мозга |
45 |
гамма-ритма перед началом эпилептического припадка и считают высокочастотную активность (Р. Фишер – 20–120 Гц, Р. Трауб – 70– 90 Гц) триггером эпилептической активности [157, 158].
В обзоре современной литературы С. Герман с соавт. проанализировали исследования изменений гамма-активности (спонтанной, вызванной под влиянием фотостимуляции и др.) по сравнению с нормой при ряде нейропсихиатрических заболеваний: эпилепсия, шизофрения, болезнь Альцгеймера, ADHD, инсульт, физиологическое старение [105]. Представлена гипотетическая модель взаимоотношений между гамма-ритмом, мозговыми структурами и заболеваниями. Эта схема слишком обобщенна, так как источниками активности названы корковые и лимбико-ретикулярные структуры. На наш взгляд, можно было бы детализировать структуры, усиливающие гамма-активность. Так, по крайней мере при эпилептических абсансах источник эпилептической активности выявляется в таламокортикальной петле: глутаматергические (неспецифические) пирамидные нейроны задействованы петлей обратной связи с ГАМКергическими нейронами ретикулярных ядер зрительного бугра [158]. При этом гамма-активность возрастает, когда метаботропные глутаматные рецепторы активируют ГАМК-ергические интернейроны с частотой около 40 Гц [102]. Или, например, при идиопатической генерализованной эпилепсии эпилептический очаг определяется в медиобазальных отделах больших полушарий головного мозга, а гам- ма-активность при этом – результат функционального взаимодействия различных церебральных структур.
Р. Линас (Liinas) с соавт. исследовали пациентов с гетерогенными неврологическими и психическими расстройствами с помощью МЭГ [127]. Получено, что позитивные (т.е. появление патологических признаков) клинические симптомы коррелируют с повышением гамма-активности (по сравнению с нормой). Предполагается, что источник нарушения находится в таламокортикальных связях, генерирующих постоянно и стереотипно гамма-активность у этих пациентов. Таким образом, эти наблюдения могут отражать механизм формирования снижения когнитивных и моторных функций при патологически функционирующем мозге.
Итак, можно заключить, что спектрально-корреляционные характеристики гамма-ритма определяют его функциональную роль в обеспечении психической деятельности у здорового человека, а также:
46 |
Глава 1 |
1)состояние готовности и внимания (ожидания) когнитивных или моторных задач (межполушарная синхронизация и увеличение мощности в зонах, соответствующих ожидаемой задаче);
2)обеспечение сенсорного опознания, восприятия и процесса запоминания стимулов различной модальности;
3)управление моторной реакцией на этапе принятия решения;
4)семантическую обработку информации и в процессе присвоения стимулуэмоционального (позитивного или негативного) значения.
Значимыми параметрами для ЭЭГ-диагностики является снижение вызванного гамма-ритма (по сравнению с нормой) на предъявление зрительных и слуховых стимулов, а также индуцированного в процессе решения различных когнитивных задач у пациентов с болезнью Альцгеймера. Аналогичные реакции наблюдаются и при других видах корковой атрофии, а также при снижении функциональной активности мозга, вызванной различными заболеваниями ЦНС. Повышение вызванного, спонтанного или индуцированного когнитивной задачей гамма-ритма по сравнению с нормой имеет диагностическое значение при эпилепсии с различными типами припадков. Появлению эпилептической активности мозга (пикмедленная волна, острая волна, генерализованные билатеральносинхронные пик-волновые вспышки и другие традиционно регистрируемые признаки в ЭЭГ) предшествует генерализация активности гамма-ритма, а эпилептическому припадку (парциальному или генерализованному), регистрируемому одновременно с традиционными эпилептическими знаками в ЭЭГ, также соответствует повышение спектральной мощности гамма-ритма. К механизмам, обеспечивающим повышение гамма-активности, относят, во-первых, усиление активности «модулирующей системы мозга» (стволово-таламокор- тикальной) [127]. Во-вторых, возрастание корковой фокальной и генерализованной синхронной гамма-активности, участвующей в генерации эпилептогенной активности мозга, происходит при одновременном разряде в обширной нейронной сети нейронов, так как, согласно М. Виттингтон (Whittington) с соавт., корковые интернейроны могут самостоятельно продуцировать синхронную гаммаактивность при усиленной активации метаботропных глутаматных рецепторов [159].
У больных шизофренией диагностически значимым является отсутствие взаимодействий корковых областей (особенно межполушарной синхронности) в диапазоне гамма-ритма в процессе решения
Высокочастотная электрическая активность мозга |
47 |
когнитивных задач, что указывает на функциональное «расщепление» полушарий и нарушение передачи информации через мозолистое тело. Позитивные симптомы при шизофрении в большей степени связаны с усилением, а негативные – с уменьшением гаммаактивности.
Рассмотренные данные свидетельствуют о высокой функциональной значимости гамма-ритма в функционировании как патологического, так и здорового мозга.
Глава 2
МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ ГАММА-РИТМА В ПРОЦЕССАХ ВОСПРИЯТИЯ ВРЕМЕНИ
2.1. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для решения поставленных задач исследовали биоэлектрическую активность мозга (ЭЭГ) у практически здоровых юношей (27 человек) и девушек (29 человек), правшей в возрасте от 18 до 22 лет, учащихся томских вузов.
Регистрация ЭЭГ проводилась в состоянии спокойного бодрствования (фоновая запись с закрытыми и открытыми глазами) и при восприятии времени (отмеривание и воспроизведение коротких интервалов времени).
Эксперимент проходил в два этапа. Длительность каждого этапа составляла около двух часов.
На первом этапе проводилось предварительное психологическое обследование испытуемых, на втором этапе исследовали восприятие времени с регистрацией ЭЭГ и других показателей.
Общая схема обследования лиц, прошедших предварительное психологическое тестирование:
1.Опрос о самочувствии испытуемого. Наложение электродов и датчиков для регистрации ЭЭГ и электроокулограммы (ЭОГ).
2.Исследование функционального состояния испытуемого с помощью анкеты самооценки функционального состояния (АСФС) и теста М. Люшера.
3.Фоновая запись ЭЭГ в состоянии спокойного бодрствования с открытыми и затем с закрытыми глазами.
4.Исследование восприятия времени при разных способах шкалирования длительности. Во время выполнения заданий взор испытуемого фиксируется в центре монитора.
Методы изучения функционального значения гамма-ритма |
49 |
5.Повторное исследование функционального состояния испытуемого с помощью АСФС и теста М. Люшера.
6.Снятие электродов и датчиков.
7.Опрос о самочувствии испытуемого.
Первой частью эксперимента являлось психологическое тестирование, включающее тесты Г. Айзенка для определения коэффициента интеллекта. Данными тестами определялся уровень невербального (графический тест) и вербального (математический и лингвистический тесты) интеллекта. Также в первой части эксперимента измеряли уровень тревожности и темперамент обследуемого, выполняли ряд тестов по определению доминирующего полушария (определение рукости, функциональной асимметрии).
В ходе второй части эксперимента регистрировали ЭЭГ у испытуемых монополярно в следующих отведениях: Cz, Fz, Pz, F3, F4, C3, C4, P3, P4, T3, T4, T5, T6, O1, O2 по международной системе Г. Джаспера «10–20%».
Земляной электрод устанавливался на запястье левой руки, референтный – на мочки ушей.
Запись ЭЭГ производилась на энцефалографе-анализаторе ЭЭГА 21/26 «Энцефалан 131 – 03» модификация 09, фирмы НКПФ «Медиком МТД», Россия. Частота дискретизации составляла 250 Гц, полоса пропускания – 1,5–70 Гц, режекторный фильтр – 50 Гц.
Для исключения артефактов, связанных с движением глаз, регистрировали ЭОГ.
При регистрации ЭЭГ и ЭОГ использовалась стандартная электродная паста.
Фоновая запись осуществлялась при закрытых и открытых глазах (не менее 20 с в каждом состоянии) перед началом и концом эксперимента и при восприятии времени в режимах воспроизведения и отмеривания интервалов времени (без обратной связи и с обратной связью о результатах деятельности).
Последовательность реализации режимов была следующей:
1.Воспроизведение интервалов времени без обратной связи о результатах деятельности.
2.Отмеривание интервалов времени без обратной связи о результатах деятельности.
3.Воспроизведение интервалов времени с обратной связью о результатах деятельности.
50 |
Глава 2 |
4. Отмеривание интервалов времени с обратной связью о результатах деятельности.
В ходе эксперимента испытуемым предъявлялись зрительные стимулы. При реализации режима воспроизведения длительности это был белый квадрат со стороной 2 см, появляющийся на 200 и 800 мс в центре затемненного экрана монитора. Предъявление стимулов осуществлялось в случайном порядке, не менее 50 раз каждой длительности. Длительность стимула испытуемый должен был воспроизвести с помощью двукратного нажатия клавиши «Пробел».
При реализации режима воспроизведения с обратной связью о результатах деятельности спустя одну секунду после репродукции временного интервала предъявлялась на одну секунду относительная ошибка, характеризующая разницу между предъявляемым и воспроизведенным интервалами в процентах. При этом отрицательное значение ошибки показывало, что воспроизведенный интервал времени короче предъявляемого, положительное – о том, что воспроизведенный интервал длиннее предъявляемого. Размер цифр соответствовал шрифту «16» текстового редактора «Word».
При реализации режима отмеривания интервалы времени 200 и 800 мс задавались цифрами, размер цифр был таким же, как и при предъявлении сигнала ошибки. Задача испытуемого заключалась в отмеривании заданного интервала времени с помощью двукратного нажатия клавиши «Пробел».
Режим отмеривания с обратной связью о результатах деятельности осуществлялся аналогично режиму воспроизведения.
2.2. МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
При обработке полученных данных применялись следующие математические методы. Статистическая обработка данных выполнялась в приложении Statistica 6.0 и в свободно распространяемом пакете статистической обработки R v2.7.0. Математические преобразования и формирование массива данных, а также фильтрация проводились в математическом приложении MatLab v6.5.R13.
Статистические методы обработки результатов:
1.Корреляционный анализ.
2.Кросс-корреляционный анализ.