Содержание к диссертации
Введение
2. Обзор литературы 14
2.1. Процессы управления 14
2.1.1. Анатомические и физиологические основы процессов управления 15
2.1.2. Роль базальных ганглиев в процессах управления 16
2.1.3.Физиология процессов управления. Теория программирования действий 17
2.1.4. Электрофизиологические исследования работы мозга человека при выполнении задания на внимание 19
2.2. Синдром нарушения внимания и гиперактивности в детском возрасте 22
2.2.1. Теории развития мозга при СНВГ 23
2.2.2. Нарушения функционирования мозга, лежащие в основе СНВГ 24
2.2.3.Электрофизиологические исследования детей с СНВГ 27
2.3. Метод ЭЭГ-биоуправления в коррекции СНВГ 35
2.3.1. Контроль эффективности ЭЭГ-биоуправления 38
3. Методы исследования 41
3.1. Испытуемые 41
3.2. Аппаратурно-программный комплекс 42
3.3. Процедура исследования 43
3.3.1. Психологический тест TOVA 43
3.3.2. Процедура БОС 44
3.3.3. Запись ЭЭГ 46
3.4. Анализ результатов 48
3.4.1. Удаление артефактов 48
3.4.2. Статистический анализ данных 50
4. Результаты 54
4.1. Психологическое тестирование 54
4.2. Топография изменений спектральной мощности ЭЭГ во время одного сеанса биоуправления, направленного на увеличение нормированной мощности сигнала ЭЭГ в диапазоне бета-ритма 57
4.2.1. Топография изменений нормированных спектров мощности ЭЭГ 57
4.2.2. Топография изменений спектров мощности ЭЭГ 58
4.3. Когерентность ЭЭГ во время сеанса БОС 58
4.4. Топография изменений спектральной мощности ЭЭГ после курса биоуправления, направленного на увеличение относительной мощности сигнала ЭЭГ в диапазоне бета-ритма 66
4.4.1. Топография изменений нормированных спектров мощности ЭЭГ при закрытых глазах 66
4.4.2. Топография изменений абсолютных значений спектров мощности ЭЭГ при закрытых глазах 67
4.4.3. Топография изменений нормированных спектров мощности ЭЭГ при открытых глазах 67
4.4.4. Топография изменений значений спектров мощности ЭЭГ при открытых глазах. 68
4.5. Когерентность ЭЭГ до и после курса БОС 68
5. Обсуждение результатов 75
5.1. Психологическое тестирование 75
5.2. Изменения количественной ЭЭГ входе курса БОС 77
5.2.1. Топография изменений спектров и когерентности ЭЭГ во время одного сеанса нейротерапии 80
5.2.2. Топография изменений спектров и когерентности ЭЭГ после курса нейротерапии 84
5.3.Теоретические основы метода нейротерапии 92
Заключение 96
Выводы 99
Список литературы 100
Приложение 1 124
- Электрофизиологические исследования работы мозга человека при выполнении задания на внимание
- Статистический анализ данных
- Когерентность ЭЭГ до и после курса БОС
- Топография изменений спектров и когерентности ЭЭГ во время одного сеанса нейротерапии
Введение к работе
Актуальность работы
Поиск объективных методов диагностики и оценки эффективности коррекции синдрома нарушения внимания и гиперактивности (СНВГ) является актуальной проблемой в нейробиологии и психоневрологии, поскольку это часто встречающееся расстройство поведения у детей и подростков. Заболевание характеризуется несоответствующей возрасту высокой двигательной активностью, импульсивностью, невнимательностью. Из-за неточностей в постановке диагноза распространенность синдрома, по данным разных авторов, колеблется от 3% до 10% среди детей школьного возраста [Бадалян и др., 1993; Sandler, 1996; Shaffer, Krug, 1993; Schneider, Tan, 1997]. Важность этой проблемы подкрепляется данными о том, что дети, страдающие СНВГ, входят в группу риска по формированию аддиктивных расстройств (алкоголизм, наркомания) и склонны к совершению преступлений [Gerra et al., 1994; Modigh et al., 1998].
Результаты исследований в ряде лабораторий мира дали возможность предположить наличие биохимических [Бадалян и др., 1993; Заваденко, 1997; Sandberg, 1996] и анатомических нарушений [Lou, 1989; Zametkin, 1990, 1993; Hynd, 1993; Bradley, 2001;] кортикальных и субкортикальных отделов мозга у детей с СНВГ, в частности, затрагивающих лобные отделы коры и базальные ганглии. Согласно гипотезе о программировании действий [Кропотов, 1997], базальные ганглии и лобная кора являются составными частями петли обратной связи, регулирующей функционирование коры головного мозга, в частности, подготовку к выполнению действия и выполнение самого действия. Предполагается, что нарушение функционирования отдельных звеньев этой системы приводит к поломке механизмов селекции и подавления программ действий.
Анализ фоновой электроэнцефалограммы (ЭЭГ) широко применяется в клинической практике, а появившаяся в последнее десятилетие возможность
5 анализа количественных характеристик ЭЭГ существенно расширила возможности данного метода для диагностики и исследования состояния центральной нервной системы (ЦНС). В настоящее время идет поиск стандартизированных показателей ЭЭГ, позволяющих оценить функциональное состояние ЦНС. Анализ спектральных характеристик ЭЭГ позволяет оценить динамику работы больших нейронных популяций и их взаимодействия. Но, если анализ спектров мощности ЭЭГ распространен уже и в клинической практике, то межканальная когерентность используется довольно редко.
Когерентность ЭЭГ дает информацию о степени взаимодействия между двумя сигналами и, следовательно, о межрегиональной синхронизации. Поскольку считается, что сигнал ЭЭГ под каждым из электродов отражает активность нейронов в данной области, то когерентность, в таком случае, может являться мерой взаимодействия между двумя нейронными популяциями. Некоторые авторы полагают, что когерентность ЭЭГ в некоторых случаях является более чувствительным измерением высших когнитивных функций, чем, например, амплитуда ЭЭГ [von Stein et al., 1999].
ЭЭГ здоровых испытуемых отличается от ЭЭГ детей с нарушением внимания. За последние 20 лет было выяснено, что у детей с СНВГ уменьшена мощность волн в диапазоне 12-21 Гц и/или повышена мощность медленноволновой активности в диапазоне тета-волн, преимущественно, в лобных областях [Горбачевская и др., 1996; Mann et al.,1992; Janzen et al.,1995; Lubar et al., 1995; Suffin & Emory, 1995;Shabot & Serfontain, 1996]. У детей с СНВГ по сравнению с их здоровыми сверстниками отмечается уменьшение внутри- и межполушарной когерентности в альфа-диапазоне и ее увеличение в тета- и дельта-диапазонах [Barry, 2002].
Метод ЭЭГ-биологической обратной связи (ЭЭГ-БОС) является действенным способом коррекции внимания и когнитивной деятельности пациентов СНВГ и широко применяется во всем мире [Othmer et al.,1992; Lubar et al, 1995; Linden et al, 1996]. Например, только в США действует
более 700 лабораторий, практикующих нейротерапию. Этот метод является альтернативой лечения СНВГ психостимуляторами, которые имеют краткосрочное действие и многочисленные побочные эффекты. В России назначение психостимуляторов детям с СНВГ запрещено. К настоящему моменту показана эффективность ЭЭГ-БОС в коррекции СНВГ [Lubar 1984, 1992, 1997, Othmer 1992, Rossiter, LaVaque 1995]. ЭЭГ-биоуправление при СНВГ обычно направлено на увеличение быстрой активности в (Зі-диапазоне (13-21 Гц) и (или) подавление 0-активности (4-8 Гц) и электромиографической активности [Lubar, 1995, Кропотов, 2001].
По данным литературы, во всех проводившихся ранее исследованиях эффективности БОС-терапии анализировались единичные записи, полученные во время тренинга с одного отведения, в случае монополярной записи, или с двух отведений - при биполярной. Тем не менее, интерес к динамике изменений количественных характеристик ЭЭГ в ходе сеанса нейротерапии является вполне естественным, поскольку позволяет объективно оценить изменение состояния различных отделов мозга. Не менее важным является и оценка изменения функционального состояния мозга в результате проведения всего курса нейротерапии. В литературе имеются сведения о динамике спектральной мощности ЭЭГ в результате нейротерапии, но анализ когерентности ЭЭГ не предпринимался. В связи с тем, что не существует единой общепринятой теории, объясняющей эффективность ЭЭГ-биоуправления. Анализ спектральных характеристик и функции когерентности ЭЭГ мог бы предоставить более полные данные об изменении функционирования ЦНС под воздействием ЭЭГ-БОС.
Изучения количественной ЭЭГ у детей с нарушениями внимания, а также изменения в ЭЭГ после курса коррекции внимания может дать новые сведения об организации функции внимания у человека.
Долгосрочные исследования показали, что дети с СНВГ гораздо хуже чем здоровые дети справляются с тестами непрерывной деятельности [Douglas, 1983]. Поэтому эти тесты часто используются как часть
7 диагностической процедуры [Monastra et al., 1999]. Тест непрерывной деятельности TOVA (the Test of Variables of Attention) является одним из широко применяемых при диагностике СНВГ тестов [Greenberg, Waldman, 1993]. Предыдущие исследования показали, что в случае успешного тренинга внимания по методу биологической обратной связи происходит улучшение значения шкал этого теста [Lubar et al, 1995; Rossiter and LaVaque, 1995; Othmeretal,2000].
Цель исследования
Изучить изменение спектральных характеристик и когерентности ЭЭГ как в процессе процедуры коррекции внимания методом ЭЭГ-биоуправления у детей с синдромом нарушения внимания с гиперактивностью, так и после 20 сеансов биоуправления.
Задачи исследования:
оценить изменение параметров внимания по результатам выполнения теста на внимание (TOVA) до и после курса ЭЭГ-биоуправления у детей, принявших участие в исследованиях;
провести сравнительный анализ спектральной мощности 19-канальной ЭЭГ, зарегистрированной у детей с синдромом нарушения внимания с гиперактивностью во время одного сеанса биологической
/ обратной связи по бетарритму, в двух состояниях (отдых, тренинг);
исследовать изменения когерентности 19-канальной ЭЭГ в двух состояниях (отдых, тренинг);
проанализировать спектры ЭЭГ, зарегистрированные у детей с синдромом нарушения внимания с гиперактивностью до и после курса биологической обратной связи по бетаї-ритму
исследовать изменения когерентности ЭЭГ у детей с нарушением внимания, вызванные 20 сеансами биологической обратной связи по бетаї -ритму.
8 Основные положения, выносимые на защиту.
Двадцать сеансов тренинга методом биологической обратной связи по относительной мощности сигнала ЭЭГ в диапазоне бетаї-ритма приводят к достоверному улучшению показателей концентрации внимания и скорости переработки информации у детей с нарушениями внимания и гиперактивностью.
Сеанс биоуправления, направленный на увеличение относительной мощности сигнала ЭЭГ в диапазоне бетаї-ритма в отведении Fz-C3, сопровождается широко распределенными изменениями спектров мощности ЭЭГ, а также изменениями когерентности ЭЭГ.
Курс биоуправления, включающий 20 сеансов, приводит к долговременным изменениям функционального состояния мозга, что отражается в изменении спектров мощности и когерентности ЭЭГ.
Научная новизна результатов
Полученные нами результаты вносят существенный вклад в понимание нейрофизиологических процессов, лежащих в основе коррекции внимания методом биологической обратной связи у детей с синдромом нарушения внимания с гиперактивностью.
Впервые представлен анализ когерентности и спектров мощности ЭЭГ, зарегистрированной с 19 скальповых отведений непосредственно во время сеанса биоуправления. Это позволило сделать вывод о широко распространенных изменениях показателей функционирования системы контроля внимания и управления действиями.
Анализ когерентности и спектров мощности ЭЭГ выявил долгосрочные изменения когерентности и спектров мощности ЭЭГ у участников, успешно завершивших курс ЭЭГ - БОС. В работе впервые представлен анализ когерентности ЭЭГ в ходе курса коррекции внимания методом ЭЭГ-биоуправления.
9 Научно-практическая ценность работы
Полученные данные вносят существенный вклад в понимание процессов управления контроля действий у человека.
Исследования показали, что во время сеанса БОС происходит достоверное увеличение мощности в полосе бетар и тета-ритма и снижение мощности в альфа-диапазоне, что может быть использовано для выработки стратегии наиболее эффективных методов коррекции, конкретнее, для создания новых, более эффективных, протоколов для тренировки внимания у детей с синдромом нарушения внимания.
После прохождения 20 сеансов нейротерапии происходят следующие изменения спектров мощности ЭЭГ: показано увеличение мощности в бетар диапазоне, больше выраженное в проекции лобных отделов, и снижение в альфа-диапазоне, выраженное в проекции затылочных отделов. Полученные данные могут использоваться в клинической практике при оценке успешности курса биоуправления.
Апробация диссертационной работы.
Апробация диссертации состоялась на научном семинаре лаборатории нейробиологии программирования действий, лабораторий нейрофизиологии электромагнитных воздействий, группы нейрофизиологии мышления, сознания и творчества "27й декабря 2004 года. Основные результаты были представлены: на Четвертой конференции нейрофизиологов Чехии (Forth Conference of the Czech Neuroscience Society, Prague, October, 26-30 , 2001), на XII Всероссийской конференции «Нейроиммунология»(СПб, 2003), XIII Всероссийской конференции «Нейроиммунология»(СПб, 2004), на XIX съезде физиологического общества имени И.П. Павлова (Екатеринбург, 20-24 сентября 2004 г), на круглом столе «Samsung Technical Forum «Psychophysiology for Human-Computer Interaction» (Москва, Май 27, 2004). Данная работа была поддержана грантами №00-15-97893 РФФИ «Научная школа Н.П.Бехтеревой» и Научная школа НШ-1921.2003.4, грантом РГНФ 01-06-00160и, грантами Конкурсного Центра Фундаментального
10 Естествознания Министерства Образования РФ для молодых ученых и аспирантов в категории «Кандидатский проект» по направлению «Биология» за 2002, 2003 и 2004 гг. Публикации
Nikishena I., Kropotov Ju., Grin-Yatsenko V., Chutko L., Ponomarev V. Quantitative EEG in ADHD children during neurofeedback II Forth Conference of the Czech Neuroscience Society, Prague, October, 26-30,2001. P. 142
Клинико-психофизиологические основы лечения синдрома нарушения внимания с гиперактивностью у детей и подростков/ Методическое пособие/ Под ред. Т.А. Лазебник, Л.С. Чутко, Ю.Д. Кропотова. СПб., 2001, 36с.
Никишена И.С. Динамика спектров ЭЭГ во время сеанса ЭЭГ-биообратной связи у детей с нарушениями внимания// Седьмая Санкт-Петербургская ассамблея молодых ученых и специалистов. СПб. 2002. с. 55.
Современные аспекты диагностики и лечения синдрома нарушения внимания с гиперактивностью у детей/ Методическое пособие/ Под ред. Т.А. Лазебник, Л.С. Чутко, Ю.Д. Кропотова, А.С. Иова. СПб., 2002. 48с.
Никишена И.С., Пономарев В.А., Кропотов Ю.Д. Топография изменений спектральной мощности ЭЭГ в ходе сеанса биологической обратной связи по БЕТА-ритму// Нейроиммунология, 2003, Т. 1, № 2, С. 107
Никишена И.С. Динамика показателей ЭЭГ в ходе курса ЭЭГ-биообратной связи у детей с нарушениями внимания// Восьмая Санкт-Петербургская Ассамблея молодых ученых и специалистов. СПб, 2003, с.50
Никишена И.С., Пономарев В.А., Гринь-Яценко В.А., Кропотов Ю.Д. Топография изменений спектральной мощности ЭЭГ в ходе сеанса биологической обратной связи по БЕТА-ритму. Физиология человека, 2004, Т. 30, №3, С. 13-18.
Чутко Л.С, Кропотов Ю.Д., Сурушкина С.Ю., Яковенко Е.А., Анисимова Т.И., Никишена И.С. Клиническая систематизация и дифференцированная терапия синдрома нарушения внимания с гиперактивностью// Нейроиммунология, Том II, №2, 2004. С. 114-115.
Никишена И.С., Пономарев В.А., Кропотов Ю.Д. Бета 1-биоуправление при лечении синдрома нарушения внимания с гиперактивностью: динамика изменений в количественной ЭЭГ после курса лечения// Нейроиммунология, Том II, №2, 2004. Р. 77.
Сурушкина С.Ю., Чутко Л.С., Кропотов Ю.Д., Анисимова Т.И., Никишена И.С., Яковенко Е.А. Использование электроэнцефалографической обратной связи в лечении оловных болей напряжения у детей и подростков // Нейроиммунология, Том II, №2, 2004. С. 101-102.
Inna Nikishena, Dr. Juri Kropotov Brain mechanisms of attention dysfunction and of neurofeedback in ADHD// Samsung Technical Forum "Psychophysiology for Human-Computer Interaction", May 27, 2004. P.8.
Никишена И.С., Кропотов Ю.Д., Пономарев B.A., Гринь-Яценко B.A., Яковенко Е.А., Белякова Е.Н. Динамика спектров мощности и когерентности ЭЭГ в ходе курса бета!-тренинга у детей с нарушением внимания. // Бюллетень СО РАМН, 2004, Т. 113, № 3, С.74-80.
Кропотов Ю.Д., Пономарев В.А., Гринь-Яценко В.А., Никешина И.С., Чутко Л.С., Сурушкина С.Ю., Яковенко Е.А. Динамика характеристик потенциалов связанных с событиями при биоуправлении по бета-ритму. // В сборнике статей: XIX съезд физиологического общества им. И.П.Павлова. Материалы съезда, Екатеринбург, Изд. СО РАМН, 2004, С.6-18.
Никишена И.С., Кропотов Ю.Д., Пономарев В.А., Чутко Л.С., Гринь-Яценко В.А., Яковенко Е.А. Спектры мощности и когерентность ЭЭГ как показатель изменения функционального состояния мозга в ходе курса бета-тренинга у детей с нарушениями внимания// Физ. Ж. Им. Сеченова, 2004, т.1 с. 26-27. XIX съезд физиологического общества им. И.П.Павлова.
Kropotov J.D., Grin-Yatsenko V.A., Ponomarev V.A., Chutko L.S.,Yakovenko E.A., Nikishina I. ERPs correlates of EEG relative Beta training in ADHD children II Int. J. Psychophysiology. 2005. № 55.P. 23-34
12 Структура и объем диссертации
Диссертация изложена на 127 страницах и состоит из четырех основных глав (обзора литературы, методов исследований, результатов исследований, обсуждения результатов), введения, заключения, выводов и списка использованной литературы и приложения. Работа иллюстрирована 18 рисунками и одной таблицей. Список цитированной литературы включает 223 источника.
Электрофизиологические исследования работы мозга человека при выполнении задания на внимание
В исследованиях, посвященных свойствам и значению ЭЭГ, были получены данные о том, «что текущая ЭЭГ может служить важным инструментом для изучения когнитивных функций мозга», в частности, об отражении реализации функции внимания в изменениях характеристик ЭЭГ [Наатанен, 1998, с. 103].
Одно из свойств альфа-ритма, описанное первым исследователем ЭЭГ Гансом Бергером, заключалось в угнетении альфа-ритма при предъявлении зрительного стимула [Berger, 1930]. В своем обзоре Гусельников и Изнак (1983) на основе анализа собственных и литературных данных утверждают, что основным фактором, вызывающим блокаду альфа-ритма, является перемещение любых зрительных образов по сетчатке. Слежение за перемещающимся по сетчатке зрительным стимулом говорит об активации процессов внимания.
Напряженная умственная деятельность вызывает подавление альфа-ритма [Berger, 1930]. Снижение уровня альфа-активности в таких случаях регистрируется локально, в определенных участках коры больших полушарий. Впоследствии исследователи установили, что выполнение задания как на внимание, направленного на выделение сигнала из окружающей среды, так и на исключение сигнала из окружающей среды из фокуса внимания, по сравнению с состоянием отдыха, может сопровождаться увеличением асимметрии альфа-ритма, более того, с увеличением мощности, например, в правом полушарии с максимальным эффектом в височных отведениях [Valentino, Dufresne, 1991]. Большинство исследователей придерживается точки зрения, что на изменения в альфа-диапазоне оказывают влияние неспецифические факторы, к которым относят внимание, уровень бодрствования, эмоции. Так, в работе [Pollen, Trachtenberg, 1972] альфа-активность зависела от уровня внимания. В ситуации увеличения внимания происходит подавление альфа-ритма в тех участках коры, которые должны участвовать в осуществлении определенной деятельности.
Современные теории предполагают, что альфа ритм является результатом внутрикортикальных взаимодействий, опосредованных таламическим водителем ритма, и продолжая эту мысль, некоторые исследователи утверждают, что тета-ритм является результатом замедления альфа-ритма или влияния гипокампального-септального пейсмейкера [Steriade et al., 1990].
Таким образом, альфа-активность является результатом нескольких процессов: уровень бодрствования, уровень внимания и эмоциональные процессы. Однако до сих пор нет единого мнения о значении альфа-ритма.
Бета-активность. Рей и Кол [Ray, Cole, 1985] показали связь бета-активности с когнитивными и эмоциональными процессами, а так же факт, что как альфа, так и бета-ритмы, особенно в теменной области, чувствительны к состоянию внимания [Ray, Cole, 1985]. В опытах на кошках лобно-теменной бета-ритм рассматривается как отражение процессов внимания. В этих исследованиях было показано, что этот ритм относится к конечной станции таламо-кортикальных путей, контролируемых дофаминовой системой, которая расположена в вентральном мезэнцефалическом тегментуме. Авторы проводят аналогию между регистрируемым бета-ритмом у кошек и фронтальным бета-ритмом у человека [Bouyer, Montaron, Rougeul, 1983]
Полагают, что бета-ритм является результатом корковых взаимодействий и таламо-кортикальных взаимодействий [Steriade et. al., 1990]. Тета-активность. В клинической практике регистрация тета-ритма служит маркером патологического процесса и до последнего времени эту активность связывают со снижением функционального состояния коры [Поворинский, Заболотных, 2000; Зенков, 2001; Steriarde et al., 1990]. Однако, данные отечественных ученых указывают на функциональную роль тета-ритма как фильтра в выделении и регистрации информации [Кичигина, 2004]. В последнее десятилетие появился ряд работ, в которых регистрируется отчетливое увеличение активности в диапазоне 4-8 Гц в лобно-центральных отведениях по средней линии у здоровых испытуемых при выполнении заданий, связанных с детекцией стимулов, концентрацией внимания и функционированием рабочей памяти, а так же со снижением тревожности. Этот ритм, называемый лобный тета-ритм средней линии (frontal middle tetha rhythm или Fm theta), по данным ряда авторов, имеет гиппокампальное происхождение [Klimesch, 1998; Burgess, Gruzelier, 2000]. Величина изменения этой активности коррелирует со сложностью задания. По данным других исследователей, его генератор находится в передней части цингулярной коры, а функциональное значение заключается в функции регуляции, осуществляемой фронтальной корой через вегетативную нервную систему в процессе фокусирования внимания [Kubota et al., 2001, Ishii R, 1999]. Эти данные свидетельствуют в пользу того, что увеличение тета активности может говорить об активации соответствующих зон мозга. При анализе количественнной ЭЭГ необходимо учитывать оба взгляда на значение тета-ритма, принимая во внимание наличие и вид функциональных нагрузок и локализацию регистрируемой активности.
Обобщая вышесказанное, еще раз повторим, что работа систем управления, включающих функции внимания и контроля поведения, отражается в изменении количественной ЭЭГ, а именно, в изменении соотношения альфа и бета-ритмов в проекции ассоциативных зон коры больших полушарий и появлении фронтального тета-ритма.
Синдром нарушения внимания и гиперактивности (СНВГ) является наиболее часто встречающимся хроническим расстройством поведения у детей и подростков. Распространенность синдрома, по данным разных авторов, колеблется от 3% до 10% среди детей школьного возраста [Бадалян и др., 1993; Shaffer, Krug, 1993; Sandberg, 1996; Schneider, Tan, 1997,]. Столь широкое варьирование данных часто объясняется разными диагностическими подходами в Европе и США. У мальчиков синдром выявляется чаще, чем у девочек: 9:1 в клинических исследованиях и 4:1 в эпидемиологических наблюдениях [Zudas, 2000].
Как правило, синдром выявляется уже в начальной школе. Дети не могут сосредоточить внимание на деталях, не могут долго выполнять какую-либо деятельность, не слушают, когда к ним обращаются, не следуют инструкциям, у них есть трудности в организации выполнения заданий, избегают выполнения сложных интелектуальных заданий, отвлекаются на посторонние стимулы, теряют необходимые вещи; беспокойны, неугомонны, суетливы, не могут усидеть на месте во время урока, удержаться от движения [Международная классификация болезней (МКБ-10), DSM-IV]. Дети с СНВГ отличаются от своих здоровых сверстников сниженной способностью следовать заранее намеченному поведению, что подтверждается психометрическими исследованиями [Kerns, Price, 2001]. Дефекты концентрации внимания обусловливают низкую успеваемость детей с СНВГ, несмотря на достаточно высокий интеллект [Hellgren et.al.1994, Erhardt, Hinshow, 1994]. Подробнее диагностические критерии СНВГ (DSM-IV и МКБ-10) изложены в Приложении 1.
Статистический анализ данных
Спектры ЭЭГ вычислялись следующим образом. Весь интервал записи ЭЭГ разбивается на отрезки равной длины. Длина отрезка, представляющего собой длительность эпохи анализа, равнялась 4-м секундам. Было установлено 50-ти процентное перекрывание, каждая следующая эпоха (начиная со второй) выделяет отрезок записи ЭЭГ, сдвинутый относительно предыдущей эпохи на половину ее длины. После разделения интервала записи ЭЭГ на отрезки (эпохи анализа), вычисления для каждого канала выполняются отдельно. Прежде всего, для каждого отрезка записи ЭЭГ вычислялись параметры полиномиального тренда, и этот тренд компенсировался. Порядок полиномиального тренда был выбран равным двум.
Для подавления просачивания энергии через боковые максимумы каждый отрезок сглаживался временным окном, мы использовали временное окно Ханна. С помощью "быстрого преобразования Фурье" вычислялся спектр мощности (периодограмма). Если мощность сигнала хотя бы в одном из обрабатываемых каналов в интервале 0.5-1.25 Гц, была больше 200 мкВ , данный отрезок ЭЭГ считался артефактным и так же удалялся. Наконец, для каждого канала в отдельности по всем безартефактным отрезкам записи ЭЭГ одного интервала для обработки вычислялся средний спектр. Если в ходе усреднения из записи ЭЭГ исключалось более чем 80% данных, ЭЭГ такого испытуемого исключалась из дальнейшей обработки. Нормированная мощность ЭЭГ рассчитывалась как отношение мощности рассматриваемого диапазона частот к мощности во всем спектре от 0 Гц до 32 Гц. Спектры ЭЭГ были рассчитаны: І.для записей «Глаза закрыты», «Глаза открыты» до и после курса биоуправления. Значения мощности ЭЭГ и нормированной мощности ЭЭГ в диапазонах тета-ритма (4-7.5 Гц), альфа-ритма (8-12 Гц), сенсомоторного ритма (СМР) (12-15 Гц), бетагритма (15-18 Гц), бета2-ритма (18-25 Гц), и отношение мощности бетагритма к мощности альфа-ритма и мощности бетаї-ритма к мощности тета-ритма сравнивались до и после курса биоуправления с помощью двухфакторного дисперсионного анализа для повторных измерений. Одним фактором была локализация пары электродов (19 пар), вторым - условие записи ЭЭГ (до-после курса биоуправления). 2. отдельно для трех последовательных временных интервалов бетаї-тренинга и трех периодов отдыха (один фоновый фрагмент до тренинга и два интервала между тренингами). Значения мощности ЭЭГ и нормированной мощности ЭЭГ в диапазонах тета-ритма (4-7.5 Гц), альфа-ритма (8-12 Гц), сенсомоторного ритма (СМР) (12-15 Гц), бетагритма (15-18 Гц), бета2-ритма (18-25 Гц), и отношение мощности бета!-ритма к мощности альфа-ритма и тета-ритма сравнивались с помощью двухфакторного дисперсионного анализа для повторных измерений. Одним фактором была локализация пары электродов (19 пар), вторым - условие записи ЭЭГ (отдых-тренинг). Общий способ описания взаимодействий: в общем случае взаимодействие между факторами описывается в виде изменения одного эффекта под воздействием другого [Хьюстон, 1971]. При анализе ЭЭГ двухфакторное взаимодействие можно описать как изменение главного эффекта фактора, характеризующего условие записи, под воздействием фактора расположения электрода. Статистический анализ данных проводился при помощи статистического пакета программы Statistica 5.0 Верхняя граница частот (25 Гц) при анализе ЭЭГ была выбрана исходя из соображения, что во время реального тренинга трудно избежать мышечных артефактов, а большая их часть приходится на быстроволновую часть спектра, с частотой выше 25 Гц [van de Velde et al., 1998, Bonnet, Arand, 2001]. Анализ когерентности. Когерентность рассчитывалась по формуле С xy(f)=(Sxy(f)) /(8хх(і)8уу(і)), где Sxy(f) значение кросс-спектра, Sxx(f), Sy f) - значения автоспектра биопотенциалов сравниваемых точек X и У на частоте f [Thachet 1986, Ливанов, 1989, Ливанов, 1972, стр.23] На основе визуального анализа записей ЭЭГ из статистического анализа были исключены значения когерентности, полученные для электродов Fpi и Fp2 с остальными электродами, поскольку записи по этим двум каналам содержали большое количество артефактов, связанных с движениями глаз и напряжением мышц лба. Функции когерентности рассчитывались для каждой пары электродов и усреднялись по частоте в 5 диапазонах: тета-ритм (4-7.5 Гц), альфа-ритм (8-12 Гц), сенсомоторный ритм (СМР) (12-15 Гц), бетагритм (15-18 Гц), бета2-ритм (18-25 Гц) и сравнивались с помощью двухфакторного дисперсионного анализа для повторных измерений. Одним фактором была локализация пары электродов (136 пар), вторым - условие записи ЭЭГ (2 варианта). Условиями записи ЭЭГ были в одном случае - «отдых-тренинг» при анализе когерентности ЭЭГ во время одного сеанса БОС и условие «до-после биоуправления» при сравнении когерентности до и после курса биоуправления - в другом. Анализ шкал теста на внимание TOVA Данные сравнивались до и после курса биоуправления с помощью непараметрического знакового критерия Фишера в состояниях до и после курса биологической обратной связи. По данным TOVA у детей сравнивалось количество правильных ответов на предъявление GO-стимула отдельно для первой и второй половины теста, количество ложных тревог на предъявление NoGo-стимула так же отдельно для первой и второй половинах теста. Определялось время реакции и стандартное отклонение времени реакции при тех же условиях.
Когерентность ЭЭГ до и после курса БОС
Спектры ЭЭГ вычислялись следующим образом. Весь интервал записи ЭЭГ разбивается на отрезки равной длины. Длина отрезка, представляющего собой длительность эпохи анализа, равнялась 4-м секундам. Было установлено 50-ти процентное перекрывание, каждая следующая эпоха (начиная со второй) выделяет отрезок записи ЭЭГ, сдвинутый относительно предыдущей эпохи на половину ее длины. После разделения интервала записи ЭЭГ на отрезки (эпохи анализа), вычисления для каждого канала выполняются отдельно.
Прежде всего, для каждого отрезка записи ЭЭГ вычислялись параметры полиномиального тренда, и этот тренд компенсировался. Порядок полиномиального тренда был выбран равным двум. Для подавления просачивания энергии через боковые максимумы каждый отрезок сглаживался временным окном, мы использовали временное окно Ханна. С помощью "быстрого преобразования Фурье" вычислялся спектр мощности (периодограмма). Если мощность сигнала хотя бы в одном из обрабатываемых каналов в интервале 0.5-1.25 Гц, была больше 200 мкВ , данный отрезок ЭЭГ считался артефактным и так же удалялся. Наконец, для каждого канала в отдельности по всем безартефактным отрезкам записи ЭЭГ одного интервала для обработки вычислялся средний спектр. Если в ходе усреднения из записи ЭЭГ исключалось более чем 80% данных, ЭЭГ такого испытуемого исключалась из дальнейшей обработки. Нормированная мощность ЭЭГ рассчитывалась как отношение мощности рассматриваемого диапазона частот к мощности во всем спектре от 0 Гц до 32 Гц. Спектры ЭЭГ были рассчитаны: І.для записей «Глаза закрыты», «Глаза открыты» до и после курса биоуправления. Значения мощности ЭЭГ и нормированной мощности ЭЭГ в диапазонах тета-ритма (4-7.5 Гц), альфа-ритма (8-12 Гц), сенсомоторного ритма (СМР) (12-15 Гц), бетагритма (15-18 Гц), бета2-ритма (18-25 Гц), и отношение мощности бетагритма к мощности альфа-ритма и мощности бетаї-ритма к мощности тета-ритма сравнивались до и после курса биоуправления с помощью двухфакторного дисперсионного анализа для повторных измерений. Одним фактором была локализация пары электродов (19 пар), вторым - условие записи ЭЭГ (до-после курса биоуправления). 2. отдельно для трех последовательных временных интервалов бетаї-тренинга и трех периодов отдыха (один фоновый фрагмент до тренинга и два интервала между тренингами). Значения мощности ЭЭГ и нормированной мощности ЭЭГ в диапазонах тета-ритма (4-7.5 Гц), альфа-ритма (8-12 Гц), сенсомоторного ритма (СМР) (12-15 Гц), бетагритма (15-18 Гц), бета2-ритма (18-25 Гц), и отношение мощности бета!-ритма к мощности альфа-ритма и тета-ритма сравнивались с помощью двухфакторного дисперсионного анализа для повторных измерений. Одним фактором была локализация пары электродов (19 пар), вторым - условие записи ЭЭГ (отдых-тренинг). Общий способ описания взаимодействий: в общем случае взаимодействие между факторами описывается в виде изменения одного эффекта под воздействием другого [Хьюстон, 1971]. При анализе ЭЭГ двухфакторное взаимодействие можно описать как изменение главного эффекта фактора, характеризующего условие записи, под воздействием фактора расположения электрода. Статистический анализ данных проводился при помощи статистического пакета программы Statistica 5.0 Верхняя граница частот (25 Гц) при анализе ЭЭГ была выбрана исходя из соображения, что во время реального тренинга трудно избежать мышечных артефактов, а большая их часть приходится на быстроволновую часть спектра, с частотой выше 25 Гц [van de Velde et al., 1998, Bonnet, Arand, 2001]. Анализ когерентности. Когерентность рассчитывалась по формуле С xy(f)=(Sxy(f)) /(8хх(і)8уу(і)), где Sxy(f) значение кросс-спектра, Sxx(f), Sy f) - значения автоспектра биопотенциалов сравниваемых точек X и У на частоте f [Thachet 1986, Ливанов, 1989, Ливанов, 1972, стр.23] На основе визуального анализа записей ЭЭГ из статистического анализа были исключены значения когерентности, полученные для электродов Fpi и Fp2 с остальными электродами, поскольку записи по этим двум каналам содержали большое количество артефактов, связанных с движениями глаз и напряжением мышц лба. Функции когерентности рассчитывались для каждой пары электродов и усреднялись по частоте в 5 диапазонах: тета-ритм (4-7.5 Гц), альфа-ритм (8-12 Гц), сенсомоторный ритм (СМР) (12-15 Гц), бетагритм (15-18 Гц), бета2-ритм (18-25 Гц) и сравнивались с помощью двухфакторного дисперсионного анализа для повторных измерений. Одним фактором была локализация пары электродов (136 пар), вторым - условие записи ЭЭГ (2 варианта). Условиями записи ЭЭГ были в одном случае - «отдых-тренинг» при анализе когерентности ЭЭГ во время одного сеанса БОС и условие «до-после биоуправления» при сравнении когерентности до и после курса биоуправления - в другом. Анализ шкал теста на внимание TOVA Данные сравнивались до и после курса биоуправления с помощью непараметрического знакового критерия Фишера в состояниях до и после курса биологической обратной связи. По данным TOVA у детей сравнивалось количество правильных ответов на предъявление GO-стимула отдельно для первой и второй половины теста, количество ложных тревог на предъявление NoGo-стимула так же отдельно для первой и второй половинах теста. Определялось время реакции и стандартное отклонение времени реакции при тех же условиях.
Топография изменений спектров и когерентности ЭЭГ во время одного сеанса нейротерапии
Нами было зарегистрировано увеличение мощности тета-активности в лобных отведениях после курса биоуправления (рис. 17). В ряде работ, у детей с СНВГ по сравнению с их здоровыми сверстниками получено генерализованное увеличение мощности колебаний в тета-диапазоне по всей поверхности головы при записи ЭЭГ в отсутствие задания, в фоновой ЭЭГ [Chabot&Serfontein, 1996, Mann et al., 1992, Lubar, 1992]. To есть, ЭЭГ детей с нарушением внимания характеризовалась замедлением всей электрической активности на всем протяжении записи со всех отведений в состоянии спокойного бодрствования. В нашем исследовании мы наблюдали разнонаправленные, а не однонаправленные, изменения мощности тета-активности в проекциях отдельных зон коры. Так, например, после курса БОС происходит снижение мощности тета-ритма на вертексе, а увеличение -в лобных отведениях (рис.17, топограмма). Поэтому, увеличение в лобных отделах мощности тета-активности (о функциональном значении которой говорилось при обсуждении изменений спектров мощности ЭЭГ во время одного сеанса бетаї-тренинга) после 20 сеансов нейротерапии, можно связать с оптимизацией работы мозга, в частности, функционирования рабочей памяти.
Ритм частотой 6-8 Гц чл.-корр. РАМН Л.И. Афтанас связывает с когнитивными функциями на фоне эмоциогенной ситуации [Афтанас, 2004]. Изменение эмоционального фона является одним из неосновных, но часто встречающихся признаков СНВГ: эмоциональные расстройства проявляются в виде вспыльчивости, неуравновешенности, нетерпимости к неудачам повышенной тревожности и даже депрессии [Бадалян и др., 1993; Уэндер, Шейдер, 1998]. Нами не проводилось объективной оценки эмоционального статуса участников до и после курса биоуправления, поэтому мы не можем с уверенностью сказать, отражается ли изменение также и эмоциональной составляющей в изменениях количественной ЭЭГ. Основываясь в большей степени на данных психологического тестирования TOVA (например, снижение количества ложных тревог на NoGo-стимул), и, отчасти, на самоотчетах испытуемых, можно заключить, что эти данные не противоречат утверждению, что увеличение тета-активности в лобных отделах может говорить об активации соответствующих зон мозга. Наблюдаемое нами снижение мощности бета2-ритма также может говорить о снижении характерной для детей с СНВГ тревожности, маркером которой может служить активность в полосе бета2-частот [Pritchard, 1991].
Завершая обсуждение изменений мощности ЭЭГ в полосе тета-ритма, отметим, что в литературе описаны попытки использовать изменение отношения бета]/тета для оценки эффективности биоуправления: после курса БОС в отведении Cz у детей с СНВГ увеличивается [Thompson, Thompson, 1998]. Наши данные не вступают с ними в противоречие, поскольку у обследованной нами группы детей после курса тренировок величина мощности тета-ритма на вертексе (Cz) снижается (рис. 17), но не наблюдается статистически значимых изменений самого отношения бетаї/тета-ритм.
Как уже было указано выше, все изменения после курса БОС носят не однонаправленный характер, а скорее характер перестроек - когда в изучаемых диапазонах наблюдается как снижение, так и увеличение мощности в проекциях различных отделов коры, иными словами, в лобных, центральных и затылочных отведениях наблюдаются разнонаправленные процессы. Это скорее свидетельствует о перераспределения процессов баланса торможения и активации. Наши данные дают основания для поддержания одной из теорий, объясняющих формирования комплекса симптомов, характерных для СНВГ - теории задержки развития [Matsura et al., 1993], поскольку есть данные, указывающие на то, созревание тета-, альфаі и альфа2 ритмов начинается в задних и заканчивается в передних отделах, в то время как бета2, и в меньшей степени бета] ритмы развиваются от вертекса (Cz) к теменным зонам (Pz) и далее к затылочным, латеральным и лобным направлениям [Gasser et al., 1988].
Поскольку мы рассматриваем изменения спектров мощности и когерентности ЭЭГ детей, то следует сказать несколько слов об изменениях, происходящих в данном возрасте. Возраст детей, принявших участие в исследованиях был, как указано в главе «Методика» от 9 до 14 лет. ЭЭГ. Основные тенденции в формировании ЭЭГ у детей можно описать как незначительное увеличение альфа и бета ритмов и скачкообразное - тета-ритма [Somsen et al., 1997]. По крайней мере, в одном исследовании было показано, что ЭЭГ детей в возрасте 9-13 лет оставалась стабильной, надежность значения абсолютных спектров составляла 0.71 [Fein et al., 1984]. Курс биоуправления занимает от трех недель до двух месяцев, поэтому зарегистрированные нами изменения можно с определенной степенью уверенности связать с воздействием курса БОС, нежели с возрастными изменениями.
Топография изменений когерентности ЭЭГ после курса нейротерапии. При анализе когерентности ЭЭГ нами было зарегистрировано изменение ее структуры после курса биоуправления, заключающееся в перестройках внутриполушарной когерентности между лобными и затылочными отделами при открытых глазах, в основном, в сторону увеличения. Аналогичные результаты были получены при исследовании зависимости когерентности при выполнении задачи, вовлекающей процессы зрительного восприятия и выполнения ответных реакций [Tremblay et al., 1994].
По исторически сложившейся классификации, разработанной с учетом миелоархитектоники, онтогенетического развития, а также функциональной роли, лобные доли коры больших полушарий рассматриваются многими авторами как передняя или лобная ассоциативная зона. Эта зона играет ведущую роль в организации сложных форм поведения и, вероятно, интеллектуальной деятельности человека [Андреева, 2003, с. 196-211; Ливанов, 1972, с. 124]. Естественно, что она имеет тесные взаимосвязи с моторными центрами коры. В настоящее время лобная кора рассматривается как одна из частей системы контроля управления (executive control system). Эта система координирует нейронные процессы, направленные на контроль поведения, определение цели поведения, вовлечения и подавления ментальных операций, определение порядка в сложных ответных реакциях с учетом состояния организма [Андреева, 2003; Posner, Peterson, 1990]. У детей с СНВГ однозначно определена дисфункция фронтальных отделов коры больших полушарий, выражающаяся в нарушении адекватного восприятия значимых сигналов из других отделов мозга и ведущая к дефициту тормозного контроля [Zudas et al., 2000]. Нижнетеменные отделы являются частью теменной ассоциативной зоны, которая по мнению многих физиологов и клиницистов также участвует в осуществлении высших форм поведения [Luria, 1973, Ливанов, 1972]. Феномен пространственной синхронизации электрической активности мозга был постулирован М.Н. Ливановым и последователями его школы, однако до сих пор предлагаются варианты функционального значения взаимосвязи электрических процессов в различных образованиях головного мозга.
