Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Успехи нейрофизиологии в последние годы все в большей степени укрепляют концепцию о решающей роли пространственно-временных феноменов в деятельности мозга, в процессе восприятия и обработки сигналов (Walter, 1951; Remond, 1968; Ливанов, 1972; Adey, 1974; Русинов, Гриндель, 1975 ; Lehmann, 1971, 1994; Шеповальников идр.,1979, 1991, 1995; Petsche et al., 1984; Thatcher et al., 1987, 1992; Сороко и др., 1990, 1993). Немало аргументов свидетельствует в пользу того, что мозг работает как единое целое при реализации даже сравнительно несложных видов деятельности (Lashley, 1933; Анохин,1970; Бехтерева , 1971; Лурия. 1973; Pribram, 1975; Адрианов, 1976, 1986; Беленков, 1980; Edetmen, Mountcastle, 1281; Судаков, 1983, 1990; Швырков, 1984; Шеповальников, Цицерошин, 1987; Павлова, Романенко, 1988; Медведев, Пахомов, 1989).
Качественный скачок в методологическом подходе к анализу системной деятельности мозга был сделан благодаря классическим исследованиям академика М.Н. Ливанова и его учеников (Ливанов и др., 1969; Ливанов, 1972; Книпст, 1974; Ефремова и др, 1973; Свцдерская,1987, 1991 и др. ). Сущность этого подхода состояла в выявлении зависимости между высоким уровнем взаимокорреляции ЭЭГ и повышенной вероятностью установления функциональной связи между дистантно удаленными нервными центрами.
Идея о синфазности протекания биоэлектрических процессов мозга как фактора, способствующего успешной деятельности, получила широкую поддержку и распространение. Впрочем, достаточно быстро обнаружились и слабые стороны чрезмерного увлечения этой концепцией, особенно при исследованиях на людях (Шеповальников, 1971; Шеповальников и др., 1973). Более продуктивные результаты были получены при использовании когерентного анализа ЭЭГ (D. Walter et al., 1966; Ливанов, 1972; Lopes da Silva et al., 1973; Suzuki, 1974; Tuker, Roth, 1984; Thatcher et al., 1986; Свидерская, Королькова, 1987; Русинов и др., 1987). Опираясь на эту методологию, удалось получить новые интересные факты и в области возрастной нейрофизиологии (Gasser et а)., 1983, 1988; Bermanetal., 1990; Фарбер и др., 1990; Фарбер, Дубровинская, 1991; Мачинский и др, 1990; Хризман и др., 1991; Hudspeth, Pribram, 1992, Thatcher, 1992).
Таким образом, анализ системной деятельности мозга, количественная оценка интегративных процессов в центральной нервной системе, поиск закономерностей объединения биоэлектрической активности (БЭА) пространственно разобщенных отделов коры в целостную динамическую систему становится приоритетной задачей.
В частности, изучение динамических изменений пространственных взаимосвязей БЭА различных мозговых структур может многое дать для понимания системной деятельности целого мозга. Актуальность такого рода исследований по-прежнему весьма высока.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ состояла в изучении закономерностей становления динамики пространственно-временных отношений колебаний биопотенциалов головного мозга в
постнатальном онтогенезе человека и в выявлении основных особенностей их организации при различных функциональных состояниях человека (с помощь» специально разработанных интегральных характеристик). ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ:
1. Разработать комплекс методических приемов для анализа многоканальной
ЭЭГ, которые позволяли производить интегральную оценку совокупного поведения во
времени межкортикальных статистических связей биопотенциалов.
-
Проанализировать устойчивость пространственно-временной структуры корреляционных связей биопотенциалов мозга у детей разных возрастных групп и в различных функциональных состояниях у взрослых испытуемых.
-
Выявить роль отдельных корковых зон в обеспечении стабильности пространственно-временных отношений колебаний биоэлектрической активности целого мозга в различные возрастные периоды.
4. Проанализировать возможности эффективной дифференцировки различных
функциональных состояний, связанных с выполнением определенных видов деятель
ности, по показателям динамики пространственно-временных отношений ЭЭГ.
1. Впервые выявлено свойство целого мозга поддерживать во времени
устойчивую пространственную структуру межцентральных отношений БЭА коры, что
проявляется при различных функциональных состояниях в незатухающем характере
автокорреляционных функций (АКФ), оцениваемых для динамики совокупности
корреляционных связей ЭЭГ.
-
Установлено, что у детей с возрастом увеличивается средний уровень АКФ пространственной структуры статистических связей колебаний биопотенциалов мозга, что свидетельствует об увеличении в онтогенезе ребенка степени вероятностной детерминированности системных процессов, обеспечивающих пространственно-временную интеграцию БЭА кортикальных полей.
-
Выявлена гетерохронность участия различных областей хоры в обеспечении интеграции биоэлектрической активности пространственно распределенных отделов неокортекса в целостную динамическую систему.
4. Показано, что для эффективной дифференцировки состояний мозга,
соответствующих реализации определенного вида деятельности, решающее значение
имеет не столько величина статистических связей биопотенциалов, а в большей мере
способность целого мозга сохранять на относительно стабильном уровне
пространственно-временные отношения между колебаниями биопотенциалов в
определенных отделах коры.
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ. Полученные данные позволяют существенно дополнить представления о закономерностях пространственной организации биопотенциального поля головного мозга. Выявленный
феномен стабильного поддержания среднего уровня автокорреляционной функции ЭЭГ доказывает высокую устойчивость во времени пространственной структуры статистических связей БЭА кортикальных полей, а увеличение среднего уровня АКФ ЭЭГ с возрастом детей позволяет количественно прослеживать процесс становления интегратианой деятельности мозга по мере возрастного развития ребенка.
Разработанные алгоритмы дифференцировки по корреляционным показателям состояний мозга, соответствующих периодам выполнения испытуемыми различных заданий, могут быть успешно применены при исследованиях деятельности человека-оператора. Поскольку при разных видах церебральной патологии может нарушаться интегративная деятельность мозга как у детей, так и у взрослых, разработанные алгоритмы анализа ЭЭГ перспективны для клинических целей.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы диссертации были доложены и обсуждены на IY рабочем совещании "Моделирование и методы анализа БЭА головного мозга" (Пущино, 1991г, 23-25 апреля), на международном симпозиуме "Физиологические и биохимические основы жизнедеятельности мозга", посвященном 70-летию Н.П.Бехтеревой (Санкт-Петербург, 1994г, 22-24 июня), на XI Европейском конгрессе по изучению сна (Хельсинки, 1992г, июнь), на XXIX совещании по проблемам высшей нервной деятельности (Санкт-Петербург, 1994г, 18-20 октября), на научно-практической конференции "Центральные механизмы речи", посвященной 90-летию со дня рождения Н.Н.Траугот (Санкт-Петербург, 1995г, 25-26 мая), на конференции молодых физиологов и биохимиков России "Биохимические и биофизические механизмы физиологических функций", 1995г, 19-21 сентября, на симпозиуме "Традиционная и компьютерная ЭЭГ: тенденции взаимодополнения" (Санкт-Петербург, 1995г, 10-12 октября).
ПУБЛИКАЦИИ: Основные результаты диссертации отражены в пяти публикациях.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов и списка литературы. Изложена на 130 страницах машинописного текста, иллюстрирована 27 рисунками и 6 табл. Библиография включает 180 наименований.