Введение к работе
Актуальность исследования
Несмотря на достигнутые успехи в исследовании проблемы функциональной организации мозга интерес к ней не только не ослабевает, но, несомненно, растет. Это связано, с одной стороны, с достижениями фундаментальных наук, позволившими создать и использовать принципиально иные медицинские технологии и открывшими новые возможности в изучении системной организации функций в деятельности мозга, с другой стороны, современными тенденциями использования комплексного нейрофизиологического, психофизиологического, нейропсихологического подхода в анализе функциональной роли различных областей мозга в интегративной деятельности осуществляемой на базе различных функциональных состояний.
Анализ биоэлектрической активности головного мозга человека является одним из основных методов, позволяющих оценить и объективизировать изменения функционального состояния головного мозга [Хомская Е.Д., 2003, Болдырева Г.Н., 2004, Данилова Н.Н., 2006 и др.]. Имеется множество методов анализа ритмической активности мозга. Наиболее распространенными из них являются исследование спектральной мощности и когерентности ритмов ЭЭГ и их топографическое картирование. Имеется направление исследований пространственной синхронности электрической активности головного мозга, начавшееся с работ М.Н. Ливанова [1972], впервые в экспериментах на животных показавшего, что в функционально связанных областях коры происходит повышение пространственной синхронности биопотенциалов. Для оценки степени связанности биопотенциалов областей мозга по отдельным ритмам наиболее широко применяется функция когерентности [Иванов Л.Б., 2004]. Наличие связанности электрических процессов коры головного мозга – косвенное отражение общности функциональных процессов мозговых структур, частное их проявление. Уровень интеграции должен быть адекватным для оптимального выполнения функции: снижение или повышение не обеспечивает нормальное взаимодействие мозговых структур и сопровождается нарушением функционального состояния мозга [Жаворонкова Л.А., 2002, Федин А.И., 2008].
Взаимодействие корковых областей больших полушарий головного мозга человека при осуществлении высших интегративных функций представляет одну из интересных и сложных проблем нейрофизиологии, недостаточно изученную [Gray R.J., 2002]. Любая психическая деятельность осуществляется на основе совместно работающих зон мозга [Rowe D.L., 2004, Алфимова М.В., 2010]. Однако, при выявлении очагов раздражения, например, очагов эпилептической активности, происходит преимущественное искажение или нарушение психологических функций, выявляемое в экспериментально-психологических исследованиях [Fenwick P., 1995, Goldstein L.Н., 2005, Карлов В.А., 2000, 2009]. Очаговость (фокальность) эпилептического процесса и многообразие клинических проявлений, сопровождающихся нарушением психических функций, позволяет использовать эпилепсию для изучения вопросов функциональной асимметрии полушарий головного мозга и влияния их на интегративные функции больного в сопоставлении со здоровым мозгом.
При очаговых поражениях головного мозга (ишемических, нейродегенеративных) возникают сложные изменения межнейрональных связей, встречающиеся в разных отделах обоих полушарий, подкорковых структурах [Боголепова А.Н., 2005; Буклина С.Б., 2001; Гусев Е.И., Камчатов П.Р., 2004]. Включение механизмов пластичности позволяет компенсировать нарушение специализированных полушарных функций, включить функции противоположного полушария, интактных областей [Zhavoronkova L.A., 2005, Фокин, В.Ф. 2004, 2007].
Достаточно информативным и чувствительным инструментом в оценке деятельности различных областей коры больших полушарий головного мозга и их нарушений при очаговых процессах является использование психологических методов оценки когнитивных функций и эмоциональных состояний. В начальных стадиях эпилепсии когнитивные нарушения и личностные изменения наблюдаются у небольшого числа больных, но при прогредиентности заболевания и неадекватности проводимой антиэпилептической терапии наблюдаются различные когнитивные и эмоционально-личностные нарушения. Так, например, стойкие нарушения кратковременной и долговременной памяти, выявляемые в клинико-психологическом исследовании, свидетельствуют о резистентности к проводимой терапии и тяжелом прогностическом факторе при эпилепсии [Aikia M., 1999]. Включение эпилептогенных нейронов в эпилептический процесс лишает их возможности осуществлять информационные функции, нормализация их функционирования обеспечивает их включение в выполнение психологических функций, обеспечивает адаптацию организма, нормализует эмоциональные и когнитивные процессы. Поэтому в настоящее время особую актуальность приобретает поиск дополнительных диагностических критериев роли различных областей полушарий головного мозга в обеспечении интегративной деятельности, для изучения которой необходимо сопоставление ее особенностей как здорового мозга, так и на «модели» очаговых процессов в головном мозге.
Специализация полушарий и межполушарные отношения во многом определяют психофизиологическую индивидуальность человека [Хомская Е.Д., 2003], что необходимо в понимании закономерностей работы здорового мозга, так и в практической медицине, например, при диагностике и лечении очаговых поражений мозга при различных сосудистых заболеваниях, при различных видах нейродегенеративных процессах мозга, при симптоматической эпилепсии.
В настоящее время актуальна потребность в исследованиях особенностей динамики межполушарных асимметрий когерентности ЭЭГ, спектрально-корреляционных изменений электрической активности головного мозга как возможного коррелята функционального восстановления высших психических функций в процессе реабилитации больных инсультом, в том числе восстановления процессов мышления и памяти. Недостаточно изучены нейрофизиологические механизмы и специфика изменений биоэлектрической активности головного мозга у больных в зависимости от динамики эпилептического процесса и их корреляты с когнитивными и эмоционально-личностными особенностями.
Учитывая изложенное выше, целесообразно проведение комплексного, сравнительного исследования интегративных механизмов динамического взаимодействия структур головного мозга здорового человека и на модели очаговых процессов, а также при воздействии магнитного поля, для расширения понимания физиологических механизмов функционирования здорового мозга.
Цель исследования
Цель настоящей работы заключалась в выявлении структурно-функциональной межполушарной и внутриполушарной организации нейрофизиологических взаимодействий в головном мозге человека на основании динамических физиологических особенностей их перестроек при локальных воздействиях, вносимых с характеристиками заданной направленности, заложенными в очаговых процессах или используемых факторах (изменение холинергической медиации, магнитное поле).
При возникновении внешних или внутренних влияний в головном мозге изменяются физиологические характеристики многоуровневых динамических внутримозговых взаимодействий. Для выявления структурно-функциональной межполушарной и внутриполушарной организации нейрофизиологических взаимодействий в головном мозге человека, мы направленно изменяли условия исследования, используя в работе очаговые процессы с различными характеристиками, магнитное поле и направленно воздействуя на холинергические системы.
Задачи исследования
1. Изучить устойчивые и динамичные проявления функционального состояния мозга, которые формируются очагом-раздражением с различными характеристиками по выраженности. Для этого использовали модель эпилептического процесса ранжированного по тяжести заболевания и локализации очага с использованием системных показателей биоэлектрической активности мозга по сравнению со здоровым мозгом.
2. Проанализировать параметры межполушарной асимметрии с усилением функциональной активности левого полушария при генерализации эпилептической активности.
3. Исследовать нейробиологические аспекты очага раздражения и его влияния на интегративные функции по сравнению со здоровыми. Выявить корреляции показателей организации биоэлектрических процессов, отражающих функциональное состояние мозга, с особенностями когнитивной сферы при очаговой активности с различной степенью выраженности по сравнению со здоровыми.
4. Определить влияние магнитного поля (гипогеомагнитное поле и ПеМП) на показатели организации биоэлектрических процессов, отражающих функциональное состояние мозга у здоровых и при наличии очага-раздражения.
5. Исследовать механизмы формирования функциональных перекрестных межполушарных взаимодействий лобно-теменных областей при наличии очага-раздражения при функциональном снижении интегративной деятельности одной из областей.
6. Оценить характер межполушарного и внутриполушарного взаимодействия корковых областей в формировании депрессивных состояний различной природы (посттравматический синдром деперсонализации, стадия реабилитации после инсульта).
7. Исследовать влияние особенностей внутримозговых взаимодействий при очагах-выпадениях на функции памяти и на развитие пароксизмальных эпилептических проявлений.
8. Выявить электрофизиологические и нейропсихологические показатели улучшения функционирования мозга больных с сосудистой деменцией при повышении активности холинергических систем в результате направленного действия на определенные структурно-функциональные комплексы.
Научная новизна
В результате проведенного исследования получены новые данные, дополняющие существующие на сегодняшний день представления о роли различных структур коры головного мозга человека в функциональной организации интегративных процессов в мозге здорового человека и при очаговых влияниях в головном мозге.
Комплексное использование взаимодополняющих методик исследования, охватывающих как характеристики биоэлектрической активности головного мозга (спектрально-корреляционных показателей и показателей пространственной синхронности ЭЭГ), так и наиболее ранимой сферы головного мозга – когнитивных процессов (набор методик оценки памяти, внимания, лобных функций, мышления, эмоционально-личностных особенностей), а также различных по характеристикам очаговых процессов, магнитного поля, позволило выявить особенности межполушарных и внутриполушарных взаимодействий. Выявлены особенности динамической перестройки внутриполушарных и межполушарных взаимоотношений, которые формируются структурно-функциональными особенностями в системе «очаг – головной мозг» и зависят от характеристик рассматриваемого очага и «базы» - особенностей системных нейрофизиологических механизмов головного мозга.
Сравнительные показатели общего уровня ПСКБ на здоровом мозге и при эпилептических очагах выявили достоверное повышение ПСКБ по мере нарастания эпилептогенного процесса, что коррелирует с усилением глобальных активационных механизмов при очагах раздражения по сравнению со здоровым мозгом.
Выявлена функциональная роль корковых областей левого полушария, как триггирующей составляющей в механизмах эпилептогенеза, способствующей запуску эпилептического припадка, а лобных областей правого полушария как составляющей, которая связана с механизмами включающими торможение эпилептогенеза, которое вовлекает передние отделы обоих полушарий, выявляя последовательность в цепи антиэпилептической системы.
Обосновано функциональное значение низкочастотных спектральных характеристик ЭЭГ в определении локализации генератора эпилептической активности, а также для оценки направленности динамики и степени выраженности эпилептической активности,
При нарастании тяжести эпилептического процесса снижение уровня когнитивных нарушений зависит от латерализации эпилептического очага и достоверно преобладает при левополушарном очаге, чем при правополушарном.
Формирование выраженного депрессивного синдрома у пациентов с диффузными лакунарными постишемическими очагами, охватывающими подкорковое белое вещество обоих полушарий, приводит к снижению функциональной активности в переднелобных отделах левого полушария и теменно-затылочных – правого полушария.
Синхронизирующие механизмы головного мозга функционально активируются при кратковременных изменениях магнитного поля, как у здоровых лиц, так и при эпилептических очагах. Локальное воздействие переменного магнитного поля, независимо от стороны его приложения, вызывает устойчивые изменения биоэлектрической активности мозга в задних отделах теменной области правого полушария. Аналогичный эффект выявлен при противоположно направленном влиянии — снижении геомагнитного поля.
Практическая значимость
Исследование вносит вклад в понимание фундаментальных нейробиологических механизмов интегративного взаимодействия различных структур головного мозга, обеспечивающих высшие психические функции, память и поведение в норме и при очаговых процессах.
Способ оценки системных пространственно-ритмологических показателей и показателей глобальной и локальной пространственной синхронности ЭЭГ позволяет повысить точность определения функционального состояния ЦНС испытуемых в состоянии норма, при очаговых воздействиях, а также при изменении магнитного поля.
Полученные данные, отражающие особенности изменения параметров межполушарной асимметрии с повышением функциональной активности левого полушария и последовательность изменения биоэлектрической динамики, позволяют использовать методику в клинической медицине при решении экспертных диагностических задач.
Выявленные характерные особенности топографии и динамики распространения эпилептической активности у больных эпилепсией по мере нарастания тяжести болезни позволяют использовать полученные данные в клинической медицине для прогноза и оценки динамики течения эпилептического заболевания с целью решения лечебных задач.
Полученные электрофизиологические и нейропсихологические показатели динамики функционирования мозга больных с сосудистой деменцией при изменении активности холинергических систем могут быть использованы для прогноза и решения вопросов адекватного лекарственного воздействия.
Переменное магнитное поле, создаваемое малогабаритными магнитотерапевтическими устройствами и локально направленное, может быть рекомендовано электрофизиологическим лабораториям для рассмотрения на возможность использования его как диагностической пробы для выявления эпилептической активности, особенно при правополушарных очагах.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Увеличение функциональной активности в передних корковых отделах левого полушария свидетельствует о повышении генерализации эпилептической активности. Показатели этого состояния коррелируют с динамикой эпилептического процесса и показателями когнитивных функций,
2. Нейрофизиологический механизм, включающий процессы генерализации эпилептической активности связан со структурами левого полушария – заднелобными и центральными корковыми областями.
3. Лобные области правого полушария определены, как функциональная составляющая, связанная с механизмами включающими торможение эпилептогенеза, которое в последующем функциональном звене вовлекает передние отделы обоих полушарий, выявляя последовательность в цепи антиэпилептической системы.
4. Формирование выраженного депрессивного синдрома у пациентов с диффузными лакунарными постишемическими очагами, охватывающими подкорковое белое вещество обоих полушарий, приводит к снижению функциональной активности в переднелобных отделах левого полушария и теменно-затылочных – правого полушария.
5. Как воздействие переменного магнитного поля, так и, наоборот, ослабление геомагнитного поля, несмотря на разнонаправленность проявлений их воздействий, вызывают однонаправленные изменения биоэлектрической активности головного мозга - усиление процессов синхронизациии с максимальной выраженностью в заднетеменных отделах правого полушария. Локальное воздействие магнитного поля, независимо от стороны его приложения, вызывает устойчивые изменения биоэлектрической активности головного мозга в задних отделах теменной области правого полушария. Аналогичный эффект выявлен при противоположном знаке влияния - снижении геомагнитного поля. Эти результаты позволяют предположить, что структурами коркового анализатора восприятия магнитного поля у правшей, вероятно, являются задние отделы теменной области правого полушария, а проводниками эффектов изменения магнитного поля - пути проприоцептивной чувствительности.
Внедрение результатов исследования.
Полученные в результате исследования данные внедрены в клиническую практику ФГУЗ КБ №85 ФМБА России г. Москвы и ГКБ N6 г. Москвы. Результаты исследований включены в лекционный курс по физиологии центральной нервной системы для студентов отделения клинической психологии РГМУ, а также в лекционный курс по интегративной физиологии для студентов на кафедре нормальной физиологии лечебного факультета ГОУ ВПО РГМУ Росздрава.
Апробация работы
Основные положения диссертации доложены на 4 международных конгрессах: 26th International Epilepsy Congress (Paris, 2005), 7th European Congress on Epileptology (Helsinki, 2006), 8th European Congress on Epileptology (Berlin, 2008), 11th European Conference on Epilepsy and Society (Marseille, 2008); на XVIII съезде физиологического общества имени И.П. Павлова (Казань, 2001); на второй международной конференции посвященной 100-летию со дня рождения А.Р. Лурия (Москва, 2002), на 3 научно-практических конференциях системы Федерального медико-биологического агентства России (Москва, 2003, 2006, 2009), на IX Всероссийском съезде неврологов (Ярославль, 2006).
Апробация диссертационной работы проведена на межкафедральном совещании кафедр: нормальной физиологии лечебного факультета ГОУ ВПО РГМУ Росздрава и кафедры фундаментальной и прикладной физиологии медико-биологического факультета ГОУ ВПО РГМУ Росздрава 16.05.2010 г.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 63 печатные работы, в том числе 15 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура диссертации
Диссертация состоит из введения, обзора литературы, 5 глав собственных исследований с анализом и обсуждением полученных результатов, общего заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы. Работа изложена на 312 страницах машинописного текста, содержит 20 таблиц и 55 рисунков. Библиография содержит 325 работ отечественных и зарубежных авторов.
Похожие диссертации на Интегративные механизмы взаимодействия церебральных структур на моделях очаговых изменений в головном мозге и при воздействии магнитного поля
