Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Механизмы модуляции ритмов и обратной связи в нервной системе и управление функциональным состоянием 16
1.1. Методология исследования и анализ научного контекста проблемы оценки и регуляции функционального состояния человека 16
1.2. Оценка функционального состояния человека по данным о характере модуляции ритма сердца (вариабельности ритма сердца) 25
1.3. Нейробиоуправление, ритмы мозга и ритмы сердца 31
1.4. Анализ методик нейробиоуправления 33
Глава 2. Организация и методы исследования 41
2.1. Организация исследования 41
2.2. Методы исследования 43
2.3. Статистический анализ 44
2.4. Методика воздействия (нейробиоуправления) 45
Глава 3. Состояние центральных и периферических осцилляторных процессов нервной системы у спортсменов с доминированием метаболического модулятора ритма сердца и эффекты курса нейробиоуправления 47
3.1. Разработка типологии модуляции ритма сердца 47
3.2. Нормирование параметров относительной спектральной мощности вариабельности сердечного ритма у лиц женского и мужского пола в возрасте 17-25 лет 50
3.3. Характеристика спортсменов опытной и контрольной группы и их тренировочного процесса 54
3.4. Особенности спектрально-частотных показателей электроэнцефалограммы у представителей контрольной и опытной группы . 55
3.5. Особенности индексов фоновой электроэнцефалограммы у представителей контрольной и опытной группы 60
3.6. Особенности взаимодействия центральных осцилляторов нервной системы по данным корреляции индексов фоновой электроэнцефалограммы у представителей контрольной и опытной группы 69
3.7. Особенности состояния периферических осцилляторных процессов у представителей контрольной и опытной группы 80
3.8. Эффект курса нейробиоуправления у представителей контрольной и опытной группы 84
Заключение 112
Выводы 121
Список использованных источников 124
Приложения 150
- Методология исследования и анализ научного контекста проблемы оценки и регуляции функционального состояния человека
- Анализ методик нейробиоуправления
- Особенности спектрально-частотных показателей электроэнцефалограммы у представителей контрольной и опытной группы
- Эффект курса нейробиоуправления у представителей контрольной и опытной группы
Введение к работе
Актуальность исследования. Изучение особенностей и закономерностей взаимодействия осцилляторных процессов на различных уровнях организации нервной системы актуально для теоретического осмысления особенностей адаптации человека к условиям его трудовой (спортивной) деятельности и адаптации к попыткам вмешаться в регуляцию биоэлектрических осцилляторных процессов мозга с целью оптимизации его функционального состояния. В диагностике широко используются методы оценки функциональной активности отделов вегетативной нервной системы (Михайлов В.М., 2002; Баевский P.M. и др., 2003; Игишева Л.Н. и др., 2006; Шлык Н.И., 2009; Флейшман А.Н., 1999, 2009; Bosquet L. et al, 2008; Buchheit M. et al, 2009; Leicht A.S. et al, 2009). Менее широко используются методы диагностики функционального состояния, основанные на оценке спонтанной активности центральной нервной системы (Фомина Е.В., 2005; Попова Т.В. и соавт., 2006; Vecchio F. et al., 2008) и параметров вызванных потенциалов (Капилевич Л.В и соавт., 2007, 2008), хотя этот подход продемонстрировал свою информативность.
В большинстве публикаций исследователи функционального состояния спортсменов применяют методологический подход, основанный на структурно-функциональной классификации вегетативной нервной системы, что, безусловно, оправдано при анализе функции висцеральных систем организма. Ставшие доступными методы спектрального анализа волновых процессов преимущественно применяются для получения параметров, характеризующих активность симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы (Шлык Н.И., 2009; Singh J.P. et al, 1999; Tuomainen P. et al., 2005; Britton A. et al, 2007; Dietrich D.F. et al, 2008). To есть используется двухфакторная концепция модуляции ритма сердца, хотя потенциальные возможности метода позволяют выявлять параметры большего числа факторов.
Анализ функционального состояния головного мозга опирается на большее число моделей, предназначенных для описания различных уровней его организации (Deco G. et al., 2008). Концепция векторного кодирования информации в нервной системе полагает, что функциональное состояние может быть отображено векторами в пространстве параметров. Размерность пространства зависит от количества анализируемых параметров (Соколов Е. Н., 1995, 1996). Согласно концепции векторного кодирования функциональное состояние человека представляет собой «специфические типы связей осцилляторных процессов на центральном и периферическом уровнях». Центральный уровень осцилляторных процессов представлен ритмической активностью головного мозга. Периферический уровень представлен сердечным ритмом, который находится под модулирующим контролем трех осцилляторов: метаболического, сосудистого и дыхательного. Трехфакторная концепция модуляции сердечного ритма более полно описывает дисперсию его показателей, доказана ее универсальность в онтогенезе (Данилова Н.Н., 1995, 1998; Данилова Н.Н., Астафьев СВ., 2000).
Структурно-функциональная модель нервной системы как системы осцилляторов считается адекватной и используется для оценки работоспособности и вигильности человека, его сна (Smit A.S. et. al., 2004, 2005; Dijk D.J., von Schantz M., 2005; Hegerl U. et. al., 2008). Трехфакторная концепция модуляции сердечного ритма и оценка выявляемой в этом случае спектральной мощности в диапазоне очень низкой частоты лежит в основе целого ряда исследований (Флейшман А.Н., 1999, 2009; Zheng A., Moritani Т., 2008). Данные о влиянии повышенной активности метаболического модулятора сердечного ритма на центральные осцилляторные процессы у спортсменов в публикациях найдены не были.
Среди немедикаментозных средств регуляции состояния спортсмена заслуженное место заняло нейробиоуправление (Clark Т.Р., et al., 2005). Вместе с тем, физиологические особенности влияния нейробиоуправления изучены недостаточно (Egner Т. et al., 2004; Vernon D.J., 2005; Raymond J. et al., 2005; Gruzelier, J.H. et al, 2006).
Остаются предметом дискуссии вопросы об особенностях взаимосвязи ритмической активности, межцентровых взаимосвязей ритмов в отделах головного мозга с уровнем активности отделов вегетативной нервной системы и метаболического модулятора сердечного ритма, а также об особенностях эффектов биоуправления потенциалами мозга у спортсменов высокой квалификации.
Цель и задачи исследования. Цель работы - определить особенности временных и частотных параметров электроэнцефалограммы, вариабельности ритма сердца и выявить эффекты курса биоуправления с адаптивной обратной связью по спектральной мощности альфа ритма у спортсменов с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма.
Для достижения цели были поставлены следующий задачи:
1. Уточнить диапазон средних значений относительной мощности
спектра вариабельности ритма сердца в диапазоне очень низкой, низкой и
высокой частоты как критерия доминирования модулятора сердечного ритма у
лиц женского и мужского пола в возрасте 17-25 лет.
Изучить частотные и временные особенности и выявить структуру корреляционных связей темпоральных паттернов ритмической активности головного мозга спортсменов с доминированием метаболического модулятора по сравнению со спортсменами со средней активностью трех модуляторов сердечного ритма.
Изучить особенности вариабельности ритма сердца по параметрам спектрально-частотного анализа, корреляционной ритмограммы и кардиоинтервалографии у спортсменов с доминированием метаболического модулятора по сравнению со спортсменами со средней активностью трех модуляторов сердечного ритма.
Выявить эффекты курса биоуправления с адаптивной обратной связью по спектральной мощности альфа ритма в отведении С3А1 электроэнцефалограммы на ритмическую активность и межцентровые взаимосвязи ритмов головного мозга, на состояние модуляции сердечного
ритма у спортсменов с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма.
Положения, выносимые на защиту.
1. Значения нижнего и верхнего квартиля, выражающие границы средней
величины относительной мощности спектра вариабельности ритма сердца у
лиц женского и мужского пола в возрасте 17-25 лет, составляют в диапазоне
очень низкой частоты 22 - 44%, низкой частоты 26 - 47%, высокой частоты 17
- 40%. Превышение относительной мощностью спектра в диапазоне очень
низкой, низкой или высокой частоты значения соответствующего верхнего
квартиля отражает доминирование одного из модуляторов сердечного ритма.
2. Спортсмены с доминированием метаболического модулятора
различаются со спортсменами со средней активностью трех модуляторов
сердечного ритма значениями частотных и временных параметров
электроэнцефалограммы, а также структурой корреляционных связей
темпоральных паттернов ритмической активности головного мозга.
3. Спортсмены со средней активностью трех модуляторов и спортсмены с
доминированием метаболического модулятора сердечного ритма имеют
эйтоническое состояние баланса отделов вегетативной нервной системы. Обе
группы спортсменов демонстрируют особенности параметров периферических
осцилляторных процессов, в частности спектрально-частотного анализа
вариабельности ритма сердца, корреляционной ритмограммы и
кардиоинтервалографии.
4. Эффект курса биоуправления с адаптивной обратной связью по
спектральной мощности альфа ритма в отведении С3А!
электроэнцефалограммы у спортсменов с доминированием метаболического
модулятора сердечного ритма выражается достоверными изменениями
ритмической активности и межцентровых взаимосвязей ритмов головного
мозга, а также состояния модуляции сердечного ритма.
Научная новизна исследования. Результаты исследования позволили уточнить значения границ среднего уровня параметров спектрального анализа вариабельности ритма сердца у здоровых женщин и мужчин в возрасте 17-25 лет и обосновать критерии для определения доминирующего типа модуляции сердечного ритма.
Впервые получены доказательства взаимосвязи повышенной относительной мощности спектра сердечного ритма в диапазоне очень низкой частоты с изменением частотных и временных параметров ритмической активности головного мозга, что проявляется повышенной по сравнению с контролем уровнем средней спектральной мощности фоновой электроэнцефалограммы в моторных и сенсорных кортикальных полях у спортсменов, а также различиями индексов ритмов электроэнцефалограммы в диапазоне дельта, тета, альфа, низко- и высокочастотного бета ритма в большей части отведений.
Установлено, что доминирование метаболического модулятора сердечного ритма сочетается с меньшим числом сильных корреляционных
связей дельта, тета, альфа, низкочастотного и высокочастотного бета индексов электроэнцефалограммы.
Впервые установлено, что спортсмены со средним уровнем активности трех модуляторов сердечного ритма и спортсмены с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма имеют эйтоническое состояние баланса отделов вегетативной нервной системы.
Курсовое использование нейробиоуправления, направленного на повышение спектральной мощности в альфа диапазоне ЭЭГ в монополярном отведении Сз-Аі у спортсменов с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма вызывает усиление процессов интеграции функции центральных осцилляторов нервной системы. Эффект нейробиоуправления проявляется образованием более сложных межцентровых связей. Отмечается реорганизация межцентрового взаимодействия в диапазоне дельта, тета, альфа, низкочастотного и высокочастотного бета ритмов. Изменяются значения индексов ритмов не только в альфа диапазоне электроэнцефалограммы, но и в иных диапазонах от 1 до 35 Гц. Эффект выявлялся не только локально в области отбора сигнала для биологической обратной связи (отведение Сз), но и в остальных отведениях. Курс нейробиоуправления оказывает влияние на периферические осцилляторные процессы, повышает абсолютные значения спектральной мощности в трех частотных диапазонах и общей спектральной мощности, но не изменяет взаимоотношение между тремя модуляторами сердечного ритма.
Научно-практическая значимость исследования. Сведения о значении границ среднего уровня параметров спектрального анализа вариабельности ритма сердца у здоровых женщин и мужчин в возрасте 17-25 лет могут быть использованы для диагностики состояния модуляции сердечного ритма и функционального состояния человека. Материалы диссертации обосновывают возможность детализации функционального состояния людей с эйтоническим балансом вегетативной нервной системы за счет использования трехфакторной концепции модуляции ритма сердца и критериев на основе шкалы интервалов. Получены свидетельства о государственной регистрации базы данных № 2011620461 от 22.06.2011 «Вариабельность сердечного ритма: перцентильные величины параметров у здоровых мужчин 17-27 лет в Северном Приобье» и № 2011620555 от 03.08.2011 «Вариабельность сердечного ритма: перцентильные величины параметров у здоровых женщин 17-27 лет в Северном Приобье».
Практическая значимость исследования заключается в
экспериментальном апробировании методики регуляции функционального состояния центральной и автономной нервной системы спортсменов немедикаментозным средством.
Материалы диссертационного исследования внедрены в практику работы: 1) государственного образовательного учреждения «СДЮСШОР МГФСО по велоспорту» г. Москва (акт внедрения от 10.05.2010); 2) в учебный процесс Московского государственного педагогического университета (акт внедрения от 09.07.2010); 3) бюджетного учреждения ХМАО-Югры «Центр спортивной подготовки сборных команд Югры» г. Ханты-Мансийск (акт внедрения от
17.05.2010); 4) автономного учреждения среднего профессионального образования Ханты-Мансийского автономного округа - Югры «Югорский колледж - интернат олимпийского резерва» (акт внедрения от 04.05.2010); 5) в учебный процесс Югорского государственного университета (г. Ханты-Мансийск) (акт внедрения от 04.05.2010).
Апробация работы. Основные результаты исследования были доложены и обсуждались на научных конференциях СибГУФК (Омск, 2004, 2005, 2008), Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии в спортивных играх» (Омск, 2005), «Актуальные проблемы физической культуры и здорового образа жизни» (Сургут, 2008), 1-м съезде физиологов СНГ «Физиология и здоровье человека» (Сочи, 2005), итоговых научных конференциях аспирантов и молодых ученых института спорта и туризма Югорского государственного университета (Ханты-Мансийск, 2007, 2008, 2009, 2010), VI Всероссийском симпозиуме «Вариабельность ритма сердца и медленные колебательные процессы в организме человека» (Новокузнецк, 2011).
Диссертационное исследование выполнено в рамках НИР Сибирского государственного университета физической культуры и спорта в соответствии с темой 02.02 сводного плана НИОКР.
Материалы исследования вошли в итоговый отчет о проведении научно-исследовательской работы «Межсистемные физиологические механизмы развития эффектов нейробиоуправления в альфа диапазоне у людей с различным функциональным состоянием», выполненной в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., в рамках реализации мероприятия № 1.2.2 Проведение научных исследований научными группами под руководством кандидатов наук, Государственного контракта № П442 от 31 июля 2009 г.
По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ и 1 в зарубежном издании.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 156 страницах машинописного текста и состоит из введения, 3 глав, заключения, выводов, библиографического указателя, приложения. Работа содержит 15 таблиц и 14 рисунков. Библиографический указатель включает 212 источников (108 отечественных и 104 зарубежных).
Методология исследования и анализ научного контекста проблемы оценки и регуляции функционального состояния человека
Исследование базируется на принципах единства функции и структуры организма и его частных уровней организации [51, 71]. Применительно к нервной системе этот принцип предполагается реализовать с учетом концепций функциональных систем [3]. Исследование закономерностей функции различных отделов нервной системы, имеющих различные рецепторные модальности, опирается на концепцию векторного кодирования [79, 80, 81, 82, 83, 84] и концепцию модуляторов ритмов [22, 23, 24, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34]. Исследование динамики функционального состояния представляет собой частный случай применения концепции состояния как гомеостатического равновесия. Состояние изменяется в пространстве от минимального до максимального уровня функции в границах физиологической нормы, а также текущей интенсивности функции и функционального резерва, с учетом степени напряжения (активности) систем регуляции такой функции [55, 56, 8, 1].
Вариабельность ритма сердца (ВРС) широко используется в мониторинге спортивной формы и работоспособности человека [57, 2, 45, 107, 100, 101, 113, 114, 116, 117, 118, 119, 120, 121, 168, 169, 170]. Не менее щироко ВРС используется в медицине для прогнозирования состояния здоровья различных категорий населения [153,205, 115, 132, 133].
Теоретическим фундаментом этих исследований является двухфакторная концепция модуляции ритма сердца. Вместе с тем, известна трехфакторная концепция модуляции, предложенная [24, 25, 26, 28, 29], которая более полно описывает дисперсию показателей сердечного ритма, показана ее универсальность в онтогенезе. Трехфакторная концепция модуляции ритма сердца представляет собой развитие гипотезы векторного кодирования информации в нервной системе, предложенной Е.Н. Соколовым [83, 84] и развитой для характеристики двигательной функциональной системы и автономной нервной системы Н.Н. Даниловой [24, 25, 27].
Согласно этой концепции функциональное состояние человека представляет собой «специфические типы связей осцилляторных процессов на центральном и периферическом уровнях». Функциональное состояние может быть отображено векторами в пространстве параметров. Размерность пространства зависит от количества анализируемых параметров. Периферический уровень осцилляторных процессов представлен сердечным ритмом, который находится под модулирующим контролем как минимум трех ритмически работающих осцилляторов. Поэтому в его спектре обычно выделяют три зоны частотной модуляции периода сердечного цикла: метаболическую, сосудистую и дыхательную. Центральный уровень осцилляторных процессов представлен ритмической активностью головного мозга [24, 25, 27, 29]. Осцилляторный процесс реализуется в соответствующем структурном образовании, осцилляторе, распределенной нейронной сети.
На современном этапе нейронауки широко используют модели нервной системы, построенные на основе шкал разного масштаба для лучшего понимания фундаментальных механизмов ее деятельности. Микроскопические модели на уровне одиночного нейрона позволяют сосредоточить внимание на обмене информацией между отдельными элементами мозга. Мезоскопические модели лучше описывают поведение на уровне микроколонн и кортикальных колонн нейронов. Макроскопические модели способны дать информацию о взаимодействиях и целостной динамике крупномасштабных нейронных систем, таких, как кортикальные поля, таламус, ствол мозга. Подчеркивается значимость выбора модели крупномасштабной нейронной сети, способной адекватно представить ее имманентные и эмерджентные свойства [130]. С этих позиций структурно-функциональная модель нервной системы как системы осцилляторов считается адекватной для оценки работоспособности человека, его сна и уровня бодрствования (вигильности) [191, 192, 193, 134, 152].
Диагностика состояния здоровья и функционального состояния спортсменов в современной спортивной физиологии и медицине является одной из центральных проблем [60, 4]. В оценке функционального состояния нервной системы спортсменов предложено использовать параметры вызванных потенциалов мозга, разработаны количественные критерии для такой оценки [47, 48]. Особенности электроэнцефалограммы (ЭЭГ) спортсменов в связи с их функциональным состоянием привлекают пристальное внимание исследователей [72, 102, 68, 38, 143]. Тем не менее, остаются мало изученными параметры количественной электроэнцефалограммы спортсменов (КЭЭГ) в фоновом состоянии спонтанной активности центральной нервной системы.
Сосредотачивая внимание на проблеме оценки и регуляции функционального состояния нервной системы спортсменов, следовало избежать ситуации, в которой метод (КЭЭГ) проверял бы сам себя. В качестве хорошо изученного и широко применяющегося критерия группировки, также относящегося к нервной системе, используется ВРС. Дополнительным аргументом в пользу выбора ВРС в качестве критерия группировки при изучении особенностей КЭЭГ была разработанная А.Н. Флейшманом [100, 101] классификация медленных волновых процессов ВРС, опирающаяся на учет трех фундаментальных механизмов, формирующих медленные волновые процессы в организме. Во первых, энергетически-обменных механизмов. Во вторых, нейровегетативной регуляции, где очевидна структурная основа взаимосвязи спектрально-частотных и темпоральных параметров периферических и центральных осцилляторных процессов. И, в-третьих, процессов самоорганизации [100, 101].
Актуальность выбора спортсменов с такой особенностью, как доминирование метаболической модуляции сердечного ритма в качестве объекта определяется тем, что метаболическая модуляция сравнительно мало изучается по сравнению с другими типами модуляции. Интерес к феномену преобладания в модуляции сердечного ритма очень низкой частоты проявляли известные научные школы [24, 25, 26, 27, 100, 101].
Сформулирована концепция клинико-медленноволновых кардиодинамических синдромов, среди которых выделен гиперадаптивный синдром, характеризующийся высокой амплитудой VLF. Клинически синдром может быть отражением переходных процессов адаптации к неблагоприятным условиям среды, что аналогично второй фазе стресс-синдрома, но может быть и отражением изменения регуляции при нейроэндокринной патологии [100, 101].
Разработка средств регуляции производительности и уровня стресса в тренировочном и соревновательном процессе считается актуальной задачей. В арсенале немедикаментозных средств регуляции производительности спортсмена заслуженное место занял тренинг с биологической обратной связью, в том числе нейробиоуправление (НБУ) [13, 125, 66, 67, 94, 95, 96, 97, 103]. Имеется определенный опыт использования НБУ для повышения спортивной производительности. В то же время, ряд авторов считает недостаточной изученной взаимосвязь курса НБУ с улучшением производительности спортсмена и изменениями в биоэлектрической активности головного мозга [207, 136, 137, 208, 183, 184, 145, 146].
Отмечены позитивные эффекты у спортсменов от применения курса нейробиоуправления по протоколу повышения спектральной мощности альфа ритма в биполярном отведении С3Рз и определенные негативные эффекты при получении сигнала обратной связи в биполярном отведении С4Р4, которые заставили участников отказаться от курса [94].
Вместе с тем, сохраняется неопределенность в ответе на вопрос о том, в каком отведении повышение спектральной мощности в альфа диапазоне электроэнцефалограммы обуславливает описываемые эффекты нейробиоуправления.
Анализ методик нейробиоуправления
Анализируя источники, в которых приводится описание методики проведения нейробиоуправления и на уровне сеанса (однократного воздействия) и на уровне курса (многократного систематического воздействия), можно отметить, с одной стороны большое разнообразие методик, а с другой стороны - их взаимосвязанность с особенностью объекта, на который такое воздействие оказывается. Вариативность методики, очевидно, во многом определяется характером страдания или проблемы, которую пытается решать человек. Одной из областей применения нейробиоуправления считается улучшение когнитивных процессов у молодых взрослых и пожилых людей [ПО]. Последние годы область применения нейробиоуправления в целях пиковой производительности пополнилась опытом использования этого средства для повышения качества работы микрохирургов [186].
Очень часто нейробиоуправление применяется для коррекции у детей с синдромом дефицита внимания и гиперактивностью [19, 20, 49, 78, 108, 175, 176].
Нейробиоуправление широко применяется в лечении людей с зависимостями от алкоголя и иных веществ, проблемами внимания и поведения. Метод НБУ привлекателен тем, что он позволяет обходиться без медикаментов, и тем, что он актуализирует ресурсы субъекта в борьбе с зависимостью и дефицитами [13, 136, 204, 189, 176, 142, 171, 194].
Анализ литературных источников показывает большое разнообразие методик применения биологической обратной связи. Разнообразие касается как природы управляемых параметров, так и выбора специальных характеристик внутри одного типа управляемого параметра. Особенно разнообразны протоколы тренингов с использованием нейробиоуправления. Мы приводим результаты анализа литературных источников по критерию «примененный протокол нейробиоуправления». Следует отметить, что далеко не все возможные варианты сочетаний регулируемых параметров исследовались или получили развитие на практике.
Протокол нейробиоуправления функциональным состоянием человека по альфа ритму головного мозга, пожалуй, является наиболее ранним протоколом, поскольку большинство публикаций с 1968 по 1976 год посвящены именно ему. Обшими моментами в протоколах были оценка мощности альфа ритма, программы тренинга, двунаправленная (бидирекциональная) методика тренировки. Определенное улучшение результативности тренинга связывалось авторами с выполнением следующих предложений: а) выполнение как минимум 4 тренировок в сессию, б) Применение непрерывного однонаправленного, а не дихотомического поочередно направленного управления, в) обеспечение периодической демонстрации прогресса, г) применение тренировок длительностью не менее 10 минут [109].
Изучение альфа ритма коры головного мозга, процедуры нейробиоуправления и детерминант субъективного статуса, включало в себя оценку вклада трех переменных. Во-первых, проверялось влияние на эмоциональное состояние субъекта набора ожиданий как позитивных, так и негативных изменений. Во-вторых, проверялось влияние типа процедуры («альфа» или «не альфа»). В случае «не альфа» обратной связи сигнал подавался в отсутствие альфа активности. В случае «альфа» обратной связи сигнал подавался при превышении заранее определенного уровня альфа активности. В-третьих, проверялось значение базальной (исходной) спектральной мощности альфа ритма, и по этому критерию, субъекты подразделялись на подгруппы с высоким базальным уровнем и с низким базальным уровнем спектральной мощности альфа ритма. Были изучены базальный уровень мощности альфа ритма, уровень мощности альфа ритма в течение тренинга, субъективное эмоциональное состояние. Полученные результаты указали на то, что нейробиоуправление по спектральной мощности альфа ритма головного мозга ни достаточно, ни необходимо для изменения в эмоциональном статусе [127].
Группой исследователей опубликован обстоятельный обзор статей по проблеме применения нейробиоуправления для лечения синдрома дефицита внимания. Они проанализировали статьи, опубликованные в период с 1968 по 2000 год. Было отмечено успешное применение протокола нейробиоуправления по алгоритму усиления мощности а-ритма [182].
Нейрофизиологические эффекты нейробиоуправления изучались как ковариации спектральных и нелинейных мер ЭЭГ с мощностью альфа ритма во время альфа тренинга с аудиальной обратной связью. Отмечают сильную положительную корреляцию мощности альфа ритма с наибольшей экспонентой Ляпунова, что указывает на повышение динамичности и нестабильности ЭЭГ, сопровождающих усиление мощности ритма в альфа диапазоне. Повышение мощности в альфа диапазоне сильно коррелировало с уменьшением спектральной энтропии в альфа диапазоне. Это явление отражало заострение пика мощности в диапазоне альфа во время тренинга с биологической обратной связью. Заострение альфа пика отчетливо предсказывало повышение амплитуды альфа волн, что может быть, по мнению автора, использовано в разработке методик биоуправления. W. Klimesch [159] опубликовал пространное ревю и анализ нейрофизиологического значения альфа и тета осцилляций как отражений когнитивных процессов и процессов памяти. Он отмечал, что хорошая производительность связана с двумя типами ЭЭГ феноменов. Во-первых, тоническое усиление мощности осцилляций в альфа диапазоне при понижении в тета диапазоне. Во-вторых, выраженное фазическое (связанное с событием) понижение мощности в альфа диапазоне при повышении мощности в тета диапазоне, зависящее от типа необходимой памяти. Автор отметил большую межиндивидуальную вариабельность мощности в альфа диапазоне, зависящую дополнительно от возраста и производительности памяти. Благодаря большой вариабельности мощности альфа волн двойное различие альфа и тета мощности, и тоническое против фазического изменения могут наблюдаться только в узких частотных диапазонах. Поэтому для целей тренинга предлагалось назначать узкое частотное окно в альфа и тета диапазонах каждому субъекту, используя индивидуальную альфа частоту в качестве реперной точки [159].
Авторы обсуждали механизмы формирования осцилляций с учетом функционирования различных типов памяти (семантической долговременной или оперативной) и активности структур мозга (таламокортикальные и гипокампально-кортикальные резонансные петли) [159, 160, 149].
Изучали значение осцилляций в альфа и тета диапазоне в связи с уровнем гипнабельности человека. Было отмечено, что у лиц с высокой внушаемостью мощность спектра в альфа диапазоне в затылочных отведениях возрастает при переходе от состояния прегипноза к состоянию гипноза, а поле сеанса вновь снижается. Среди лиц с низкой внушаемостью эффект был прямо противоположный. Более того, высоко гипнабельные лица демонстрировали более высокую мощность спектра альфа ритма в условиях как прегипноза, так и гипноза. Был сделан вывод о том, что спектральная мощность альфа ритма в покое демонстрирует ассоциацию с гипнотической внушаемостью и гипнотическим опытом. Спектральная мощность тета ритма отражает состояние релаксации [210].
Особенности спектрально-частотных показателей электроэнцефалограммы у представителей контрольной и опытной группы
Для решения второй задачи у спортсменов были изучены спектрально-частотные параметры ритмических процессов головного мозга.
Средняя мощность спектра фоновой ЭЭГ дает интегральную характеристику центральных осцилляторных процессов в мозге в диапазоне 1 - 35 Гц без детализации мощности спектра по общепринятым диапазонам ЭЭГ, что позволяет на определенном этапе исследования сократить размерность пространства параметров.
Распределение уровней средней мощности спектра по 19-и отведениям фоновой ЭЭГ в контрольной выборке спортсменов представлено на рисунке 3.
В контрольной группе спортсменов, как показано на рисунке 3, наибольший уровень средней мощности спектра среди отведений фоновой ЭЭГ был в полюсном левом лобном, срединном лобном и срединном париетальном отведениях, как по значению медианы, так и по значениям нижнего и верхнего квартилей. При этом для представителей контрольной группы были типичны нелинейный характер распределения уровня средней мощности спектра фоновой ЭЭГ в ростро-каудальном направлении и наличие определенного латерального градиента мощности спектра.
Распределение уровней средней мощности спектра по 19-и отведениям фоновой ЭЭГ в опытной группе до начала курса НБУ представлено на рисунке 4.
В опытной группе, топическая характеристика средней мощности спектра фоновой ЭЭГ отличалась от описанного выше распределения в контрольной группе. Наибольший уровень средней мощности спектра среди отведений фоновой ЭЭГ был в париетальных и окципитальных отведениях, как по значению медианы, так и по значениям нижнего и верхнего квартилей. Уровень средней спектральной мощности в полюсных лобных, лобных и центральных отведениях был на среднем для группы уровне.
Наиболее низкие значения уровня средней спектральной мощности отмечались в боковых фронтальных и темпоральных отведениях. Можно говорить о существовании латерального градиента средней мощности спектра, как и в контрольной группе. Отличие группы видится в том, что у представителей ее наметился определенный положительный ростро-каудальный градиент.
Детализация средней спектральной мощности фоновой ЭЭГ в выборке людей с метаболическим типом модуляции сердечного ритма представлена в таблице 3.
Вероятно, экзальтация средней спектральной мощности фоновой ЭЭГ в этих отведениях отражает особенность адаптации представителей опытной группы, состоящей в дополнительной активации сенсомоторных зрительных кортикальных полей. Групповые топические особенности средней мощности спектра фоновой ЭЭГ у спортсменов контрольной и опытной группы до воздействия были проанализированы с использованием непараметрического метода анализа достоверности различий Mann-Whitney U тест. Для удобства сравнения и оценки в таблице 4 также приводятся описательные статистики.
Достоверные различия были найдены в локализации Fpl, Г4, С4, Сг, РЗ, Р4, Pz, Ol, 02, Г7, Г8, ТЗ, Т4, Т5, Тб. Такое широкое распространение значимых различий средней мощности спектра фоновой ЭЭГ между группами исследованных спортсменов, на наш взгляд, подтверждает существование межгрупповых различий функциональной активности центральных осцилляторов в головном мозге, вероятно, веледствие групповых особенностей адаптации спортсменов этих групп. В опытной группе, где был повышен уровень относительной спектральной мощности вариабельности сердечного ритма в диапазоне очень низкой частоты (метаболический тип модуляции ритма), также была повышена по сравнению с группой контроля средняя мощность спектра фоновой ЭЭГ в отведениях Г4, С4, Cz, РЗ, Р4, Pz, 01, 02, Г8, Т4, Т5, Тб, что детализирует выявленные при визуально-логическом анализе особенности распределения средней мощности спектра.
Таким образом, центральные осцилляторные механизмы нервной системы у спортсменов, различающихся уровнем относительной спектральной мощности сердечного ритма в диапазоне очень низкой частоты, достоверно различалиеь по параметру средней спектральной мощности ЭЭГ в зрительной и моторной коре. В опытной группе (с доминированием метаболической регуляции сердечного ритма) средняя мощность спектра фоновой электроэнцефалограммы была достоверно выше по сравнению с контрольной группой.
Эффект курса нейробиоуправления у представителей контрольной и опытной группы
Для решения четвертой задачи было проведено изучение влияние курса нейробиоуправления на ритмическую активность и межцентровые взаимосвязи ритмов головного мозга, состояние модуляции сердечного ритма у спортсменов с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма в сравнении с контрольной группой.
Эффект курса нейробиоуправления по параметрам, характеризующим функциональное состояние центральных осцилляторов был выражен как в спектрально-частотном, так и в темпоральном домене ЭЭГ.
Распределение уровней средней мощности спектра по 19-и отведениям фоновой ЭЭГ в контрольной группе после воздействия представлено на рисунке 7.
Как видно из рисунка, наибольший среди отведений фоновой ЭЭГ уровень средней мощности спектра был локализован в окципитальных отведениях. Уровень средней спектральной мощности фоновой ЭЭГ в течение месяца, пока проходил курс НБУ, и продолжались тренировки, в большинстве отведений повысился.
Детализация средней спектральной мощности фоновой ЭЭГ в контрольной группе после курса нейробиоуправления представлена в таблицеП.
Распределение уровней средней мощности спектра по 19-и отведениям фоновой ЭЭГ в опытной группе после проведения курса НБУ представлено на рисунке 8. Заметны были различия средней спектральной мощности фоновой ЭЭГ в париетальных отведениях. В других отведениях эффект курса НБУ на среднюю спектральную мощность фоновой ЭЭГ был не столь очевиден.
Детализация средней спектральной мощности фоновой ЭЭГ в опытной группе после курса нейробиоуправления представлена в таблице 12. Обратил на себя внимание значительный по сравнению с другими отведениями интерквартильный размах средней спектральной мощности в отведениях Fp1 и Fp2. При этом был отмечен довольно высокий уровень минимальных значений и максимальных значений. Вероятно, в лобных полюсных отведениях нам не удалось польностью исключить влияние глазотдвигальног артефакта, поэтому данные об осцилляторной активности в отведениях Fp1 и Fp2 после воздействия слеюует оценивать с особенной осторожностью.
Наиболее высокие значения средней спектральной мощности биоэлектрической активности головного мозга в диапазоне 1 - 35 Гц у спортсменов с доминированием метаболического модулятора сердечного ритма наблюдались в отведениях Cz, С4, РЗ, Pz, Р4, 01, 02. Эти данные хорошо согшласуются с известными данными о ростро-каудальном градиенте мощности альфа ритма [44, 87] и особенностях пространственной ораганизации ЭЭГ после интенсивной физической нагрузки [72].
Изучение динамики средней спектральной мощности фоновой ЭЭГ под влиянием курса НБУ в опытной группе с учетом межполушарной асимметрии и ростро-каудального градиента было выполнено на основе результатов однофакторного анализа ANOVA. На рисунке 9 представлено графическое отображение динамики параметра в тех отведениях фоновой ЭЭГ, где изменение носили достоверный характер.
Как показано на рисунке 9, межполушарная асимметрия у представителей опытной группы до воздействия была выражена в симметричных отведениях Тз, Т4 и Т5, Тб, между отведениями F3, р4; Сз, С4; Рз, Р4 достоверные различия выявлены не были. После курса НБУ величина средней спектральной мощности фоновой ЭЭГ в указанных отведениях достоверно уменьшилась и отмеченная межполушарная асимметрия сохранилась.
Анализ средней спектральной мощности фоновой ЭЭГ в центральных отведениях Fz, Cz, Pz показывает, что в исходном состоянии значения параметра в париетальном отведении были достоверно больше, чем в лобном или центральном отведении, то есть отмечался заметный градиент мощности между уровнями Fz и Cz, с одной стороны, и Pz с другой.
Курс ЫБУ оказал системное воздействие, достоверно снизив среднюю спектральную мощность фоновой ЭЭГ в отведениях Fz и Pz. Достоверные изменения в отведении Cz выявлены не были. В результате ростро-каудальный градиент уменьшился, но различия остались достоверными между лобным и париетальным отведением.
Таким образом, были установлены межгрупповые различия некоторых спектрально-частотных показателей ЭЭГ у представителей опытной и контрольной групп, а также существование генерализованного кумулятивного эффекта от курса нейробиоуправления по данным спектрально-частотного показателя ЭЭГ - средней спектральной мощности фоновой ЭЭГ, что вероятно отражает изменение характера взаимосвязи центральных осцилляторов нервной системы.
Рассмотрим динамику индексов фоновой ЭЭГ под влиянием курса НБУ у представителей контрольной группы. Значимые изменения темпоральных паттернов ЭЭГ, состояния осцилляторных процессов центрального уровня, выраженных индексами фоновой ЭЭГ спортсменов контрольной группы до и после воздействия, представлены на рисунке 10.
Курс НБУ по спектральной мощности ритма в альфа диапазоне ЭЭГ в отведении С3А1 в контрольной группе спортсменов вызвал кумулятивный эффект. Отмечалось снижение индексов в дельта и тета диапазонах во фронтальных лобных отведениях и фронтальных отведениях F3 и Р4. В отведении СЗ достоверно снизился тета индекс и повысился высокочастотный бета индекс. В альфа диапазоне изменения темпорального паттерна обнаружено не было.
Достоверное увеличение альфа индекс было отмечено в париетальных и окципитальных отведениях. В париетальных отведениях также повысились бета индексы низкой и высокой частоты.
Таким образом, у представителей контрольной группы проведение курса НБУ по спектральной мощности ритма в альфа диапазоне ЭЭГ в отведении С3А1 вызвало кумулятивный эффект, распространявшийся за пределы локуса отбора сигнала обратной связи и вовлекающий осцилляторы всех частотных диапазонов ЭЭГ, а не только альфа диапазона.
Значимые изменения темпоральных паттернов ЭЭГ, состояния осцилляторных процессов центрального уровня, выраженных индексами фоновой ЭЭГ представителей опытной группы до и после воздействия, представлены на рисунке 11.
Периодометрический анализ, выполненный в стандартных частотных диапазонах ЭЭГ, показал, что воздействие курса НБУ по спектральной мощности ритма в альфа диапазоне ЭЭГ в отведении С3А1 в опытной группе вызвало кумулятивный эффект. Изменились значение индексов ритмов не только в альфа диапазоне ЭЭГ, но и в иных диапазонах от 1 до 35 Гц.
Кумулятивный эффект выявлялся не только локально в области отбора сигнала для биологической обратной связи (отведение Сз), но и в остальных отведениях, за исключением отведения F7, где значимых изменений индекса ни в одном из диапазонов ЭЭГ обнаружено не было. По сравнению с исходным уровнем значение индексов в большинстве диапазонов значимо увеличилось в отведениях Fpb Fp2, F3, F8, T3, C3. Избирательное увеличение индекса в одном или в двух диапазонах ЭЭГ было найдено в отведениях Fz, F4, Т4, Т6, причем в других частотных диапазонах значимых изменений индексов обнаружено не было.
