Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 17
1.1. Вызванные потенциалы головного мозга человека. 17
1.1.1. Общие представления и принципы выделения вызванных потенциалов.
1.1.2. Классификация вызванных потенциалов. 18
1.1.3. Компоненты слухового вызванного потенциала. 19
1.1.4. Компоненты ВП, связанные с подавлением подготовленного действия.
1.2. Вызванная синхронизация/десинхронизация ЭЭГ. 27
1.2.1. Вызванная десинхронизация/синхронизация в тета-диапазоне. 29
1.2.2. Вызванная десинхронизация/синхронизация в альфа-диапазоне. 30
1.2.3. Вызванная десинхронизация/синхронизация в бета-диапазоне. 32
1.3. Синдром нарушения внимания с гиперактивностью. 33
1.3.1. Нейроморфологические основы СНВГ. 34
1.3.2. Нейрохимические основы СНВГ. 36
1.3.3. Нейрофизиологические основы СНВГ. 37
1.3.4. Генетические механизмы и перинатальная патология при СНВГ. 41
1.3.5. Теоретические подходы в исследовании СНВГ. 42
Глава 2. CLASS Методы исследовани CLASS й. 45
2.1. Испытуемые. 45
2.2. Двухстимульный тест на внимание. 45
2.3. Электроды. 46
2.4. Порядок исследования 47
2.5. Предварительная обработка кривой вызванной биоэлектрической активности мозга.
2.6. Анализ вызванных потенциалов . 48
2.7. Расчет диапазонов частот ЭЭГ. 49
2.8. Wavelet-преобразование и выделение частотного спектра в бета-1диапазоне.
2.9. Анализ вызванной десинхронизации/синхронизации ЭЭГ. 51
2.10. Статистическая обработка. 52
Глава 3. Результаты исследований . 53
3.1. Качество выполнения теста у детей с СНВГ и здоровых детей. 53
3.2. Вызванные потенциалы в ответ на первый стимул. 54
3.2.1. Здоровые испытуемые. 54
3.2.2. Дети с синдромом нарушения внимания с гиперактивностью. 55
3.3. Вызванные потенциалы на второй стимул . 57
3.3.1.KbMnoHeHTbiNl,P2,N2. 57
3.3.1.1. Здоровые дети. 57
3.3.1.2. Дети с синдромом нарушения внимания с гиперактивностью. 58
3.3.2.Компонент РЗ вовлечения в действие и компонент РЗ подавления действия.
3.3.2.1. Здоровые дети. 60
3.3.3.1. Дети с синдромом нарушения внимания с гиперактивностью. 61
3.4. Зависимость компонент ВП от степени нарушения внимания у детей с СНВГ.
3.5. Зависимость компонент ВП и параметров теста на внимание от 66
возраста в группе детей с СНВГ.
3.6. Вызванная синхронизация/десинхронизация ЭЭГ на второй стимул.
3.6.1. Вызванная синхронизация в тета-диапазоне ЭЭГ у здоровых детей. 68
3.6.2. Вызванная синхронизация в тета-диапазоне ЭЭГ у детей с СНВГ. 70
3.6.3. Вызванная синхронизация в альфа-диапазоне ЭЭГ у здоровых детей.
3.6.4. Вызванная синхронизация в альфа-диапазоне ЭЭГ у детей с СНВГ. 74
3.6.5. Вызванная синхронизация в бета-диапазоне ЭЭГ (16-18 Гц) у здоровых детей.
3.6.6. Вызванная синхронизация в бета-диапазоне ЭЭГ (16-18 Гц) у детей сСНВГ.
3.7. Зависимость вызванной синхронизации/десинхронизации ЭЭГ от степени нарушения внимания в группе испытуемых с СНВГ.
3.8. Зависимость вызванной синхронизации/десинхронизации ЭЭГ от возраста в группе испытуемых с СНВГ.
Глава 4. Обсуждение результатов исследований . 84
4.1. Психологические тесты у детей с СНВГ. 84
4.2. Изменение компонентов вызванных потенциалов у детей с СНВГ . 86
4.3. Изменения вызванной синхронизации/десинхронизации ЭЭГ у детей 93 с СНВГ.
Заключение 97
Выводы 99
Список литературы 101
- Вызванная синхронизация/десинхронизация ЭЭГ.
- Анализ вызванных потенциалов
- Вызванные потенциалы на второй стимул
- Изменение компонентов вызванных потенциалов у детей с СНВГ
Введение к работе
Актуальность исследования
Одной из важных проблем в детской психоневрологии является диагностика и лечение «синдрома нарушения внимания с гиперактивностью» (СНВГ). Данное заболевание характеризуется импульсивностью, невнимательностью, гиперактивностью и высокой эмоциональной лабильностью. Как следствие этих симптомов у детей с СНВГ возникают проблемы дома, в школе, в отношениях со сверстниками, учителями и, нередко, с родителями. Между тем эти дети имеют нормальный уровень интеллекта. По разным данным этим заболеванием страдает от 5 до 30% детей и подростков [Бадалян и др., 1993; Monastra, et al., 1999]. Актуальность изучения этой проблемы заключается в том, что дети, страдающие СНВГ, входят в группу риска по формированию аддиктивных расстройств (алкоголизма, наркомании).
Одним из основных этиологических факторов, лежащих в основе СНВГ, является дисфункция нейромедиаторных систем, ведущая, главным образом к дисбалансу уровня дофамина, важнейшего медиатора, модулирующего передачу сигналов в базальных ганглиях [Riccio et al., 1993; LaHoste et al, 1996]. Важная роль в генезе СНВГ отводится специфическим нейроморфологическим изменениям: по данным магнитно-резонансной томографии (МРТ) у детей с СНВГ по сравнению со здоровыми сверстниками выявлено уменьшение объема передних отделов правой лобной доли, правого бледного шара, мозжечка, правого хвостатого ядра [Lubar, 1992; Aylaward et al., 1996; Castellanos et al., 1996a]. Обнаружено также уменьшение метаболической активности в лобных зонах и базальных ганглиях, уменьшение мозгового кровотока в указанных зонах [Zametkin et al., 1990; 1993; Filipek et al., 1997]. Предполагается, что выявленные нейроанатомические, гемодинамические, обменные нарушения могут обусловливать снижение тормозного контроля двигательной активности [Swanson et al., 1998а; 1998b].
В настоящее время метод вызванных потенциалов мозга находит все более широкое применение в исследованиях нейрофизиологов,
7 психофизиологов, а также в клинической практике, как метод, позволяющий получить объективную информацию о состоянии и функциях различных сенсорных и когнитивных систем [Зенков, 1977; Гнездицкий, 1990; 1997].
В исследованиях нейрофизиологических основ внимания с помощью метода регистрации вызванных потенциалов (ВП) с поверхности головы человека выделяют характеристики ВП, которые отражают мозговые процессы восприятия, обработки информации, внимания, формирования двигательных актов [Дорошенко, Полякова, 1994; Щекутьев, Трошин, 2001; Klorman, 1991; Satterfield et al, 1994; Karayanidis et al., 2000; Johanes et al., 2001].
Согласно гипотезе о программировании действий [Кропотов, 1997] хвостатое ядро и лобная кора являются звеньями петли обратной связи, обеспечивающей саморегуляцию коры головного мозга, а также подготовку к выполнению действия и подавление подготовленного ответа. Для изучения механизма селекции действий используются двухстимульные GO/NOGO тесты. При регистрации ВП в этих тестах обнаружены отдельные компоненты GO и NOGO, связанные соответственно с вовлечением в действие (GO) и подавлением действия (NOGO) у человека [Roberts et al., 1994]. Предполагается, что дисфункция сети лобная кора - базальные ганглии -таламус - кора ведет к поломке механизмов выделения и подавления программ действий, что приводит к изменению GO и NOGO компонент когнитивных вызванных потенциалов [Кропотов и др., 1999].
При исследовании ВП у детей с СНВГ многие авторы отмечают снижение амплитуды и увеличение латентности компонента РЗв в тестах «oddball» [Taylor et al., 1993; Winsberg et al., 1993, 1995; Linden et al., 1996; Sunohara et al., 1997; Jonkman et al., 2000]. В слуховых GO/NOGO тестах было обнаружено уменьшение амплитуды компонента подавления действия в лобно-центральном отделе мозга и уменьшение компонента вовлечения в действие в центрально-теменном отделе [Кропотова, 1998]. Однако, исследование зависимости этих компонент ВП от возраста и от качества выполнения теста не производилось.
В настоящее время анализ электроэнцефалограммы (ЭЭГ) является одним из самых распространенных методов исследования деятельности головного мозга человека, поскольку этот метод абсолютно безвреден, безболезнен и неинвазивен. Изменения ЭЭГ, отражая состояние головного мозга, позволяют выявить зоны локализации повреждения, наиболее пострадавшие в результате заболевания и структуры, вторично вовлеченные в патологический процесс, а также может служить в качестве контроля за динамикой заболевания в ходе лечения [Думенко, 1992; Гриндель, Сазонова, 2001; Суворов, Фролова, 2001]. ЭЭГ весьма чувствительна к внешним воздействиям. Существенный интерес представляет исследование ЭЭГ при различных функциональных пробах, так как здоровый и больной мозг дают разные реакции на такие воздействия [Бехтерева, 1980; Чухрова, 1990; Михель и др., 1992; Корепина и др. 1998; Ревенок и др. 2001]
Одним из методов изучения уровня активности корковых областей при обработке сенсорной информации и подготовке движений является метод вызванной десинхронизации ЭЭГ. ' Вызванная десинхронизация ЭЭГ представляет собой уменьшение мощности ЭЭГ в определенном частотном диапазоне при предъявлении испытуемому акустических или зрительных стимулов [Pfurtscheller, Aranibar, 1977]. Показано, что десинхронизация ЭЭГ в альфа- и бета-диапазонах в лобно-центральных областях связана с подготовкой произвольных движений.
Метод вызванной десинхронизации ЭЭГ начал сравнительно недавно применяется в исследовательской практике. Поэтому к настоящему времени накоплено сравнительно небольшое количество экспериментальных данных об изменениях вызванной десинхронизации ЭЭГ при различных заболеваниях [Babiloni et al., 2000]. У детей с СНВГ было отмечено уменьшение величины вызванной синхронизации ЭЭГ в тета- и альфа-диапазонах в нерелевантных пробах при подавлении движений в лобных, лево-височных и теменных отделах мозга [Пономарев и др, 2000].
9 Цель исследования
Изучить зависимость вызванных потенциалов и вызванной синхронизации/десинхронизации ЭЭГ в GO-NOGO тесте от степени нарушения внимания и возраста у детей с синдромом нарушения внимания с гиперактивностью.
Задачи исследования
С помощью метода ВП, проанализировать изменения компонентов вызванных потенциалов в тесте GO/NOGO у детей с синдромом нарушения внимания с гиперактивностью по сравнению со здоровыми детьми.
Выявить зависимость амплитуды и латентного периода компонента "вовлечения в действие" (РЗ GO) и компонента "подавления действия" (РЗ NOGO) от степени нарушения внимания и уровня импульсивности у детей с синдромом нарушения внимания с гиперактивностью.
Проанализировать возрастные изменения амплитуды и латентного периода компонента "вовлечения в действие" (РЗ GO) и компонента "подавления действия" (РЗ NOGO) у детей с синдромом нарушения внимания с гиперактивностью.
Используя слуховой GO/NOGO тест и метод вызванной синхронизации/ десинхронизации ЭЭГ, исследовать изменения величины вызванной синхронизации/ десинхронизации ЭЭГ у детей с синдромом нарушения внимания с гиперактивностью по сравнению со здоровыми испытуемыми.
Выявить зависимость величины вызванной синхронизации/ десинхронизации ЭЭГ от степени нарушения внимания и уровня импульсивности у детей с синдромом нарушения внимания с гиперактивностью.
10 Основные положения, выносимые на защиту.
При исследовании слуховых вызванных потенциалов у детей с СНВГ обнаружено снижение амплитуды компонентов ВП, связанных с вовлечением в действие (РЗ GO) и с подавлением действия (РЗ NOGO) по сравнению со здоровыми испытуемыми. Снижение амплитуды компонента РЗ "вовлечения в действие" отрицательно коррелирует с количеством пропусков значимых пар стимулов (GO стимулы), а компонент РЗ "подавления действия" имеет отрицательную корреляцию с количеством ложных нажатий на нерелевантные пары стимулов (NOGO стимулы).
В условиях вовлечения в действие у детей с СНВГ обнаружено статистически значимое уменьшение величины вызванной синхронизации в тета-диапазоне (4-7,5 Гц) ЭЭГ, которое имеет отрицательную корреляцию с количеством пропусков значимых пар стимулов. В условиях подавления действия снижение величины вызванной синхронизации ЭЭГ в тета-диапазоне (4-7,5 Гц) статистически недостоверно, однако имеет значимую корреляцию с количеством ложных нажатий. В бета-диапазоне (16-18 Гц) впервые обнаружено уменьшение величины вызванной синхронизации ЭЭГ по сравнению со здоровыми испытуемыми.
Компоненты вызванных потенциалов, связанных с вовлечением в действие и подавлением действия, а также вызванная синхронизация в тета- и бета-диапазоне отражают процессы нарушения внимания у детей с синдромом нарушения внимания с гиперактивностью. Таким образом, вызванные потенциалы и вызванная синхронизация ЭЭГ являются объективными показателями нарушения внимания, которые могут быть использованы в качестве дополнительных диагностических критериев.
Научная новизна результатов
В данной работе впервые у детей с синдромом нарушения внимания с гиперактивностью проведен анализ нейрофизиологических коррелят внимания с помощью метода регистрации вызванных потенциалов и метода вызванной десинхронизации/синхронизации ЭЭГ в двухстимульном слуховом GO/NOGO тесте. Проведенные исследования вызванных потенциалов показали уменьшение амплитуды компонентов ВП, связанных с вовлечением в действие и подавлением действия у детей с СНВГ по сравнению со здоровыми испытуемыми. Большое количество обследованных детей с СНВГ позволило впервые выявить зависимость амплитуды компонента, связанного с вовлечением в действие (РЗ GO), и компонента, связанного с подавлением действия (РЗ NOGO), от степени нарушения внимания и уровня импульсивности.
Полученные данные вызванной десинхронизации/синхронизации ЭЭГ у детей с СНВГ показали снижение величины вызванной синхронизации ЭЭГ в тета-диапазоне в условиях вовлечения в действие по сравнению со здоровыми испытуемыми. В бета-диапазоне (16-18 Гц) в условиях вовлечения в действие у здоровых детей наблюдалась вызванная синхронизация ЭЭГ, тогда как у детей с СНВГотмечалась вызванная десинхронизация ЭЭГ.
Научно-практическая ценность работы
Полученные нами результаты вносят существенный вклад в понимание нейрофизиологических основ синдрома нарушения внимания с гиперактивностью. Полученные данные показали, что вызванные потенциалы и вызванная синхронизация/десинхронизация ЭЭГ в GO-NOGO парадигме могут быть использованы как диагностические параметры для определения степени нарушения внимания и гиперактивности. В клинической практике часто бывает необходимо определить мозговую основу невнимательности, гиперактивности, импульсивности ребенка. В таких случаях использование вызванных потенциалов и вызванной синхронизации/десинхронизации ЭЭГ может помочь
12 выявлению природы данных поведенческих расстройств: наличию или отсутствию дисфункции в мозговой системе контроля поведения.
Апробация диссертационной работы. Апробация диссертации состоялась на научном семинаре лаборатории нейробиологии программирования действий совместно с лабораторией нейрофизиологии электромагнитных воздействий Института Мозга человека РАН 15 октября 2003 года. Основные положения диссертации были представлены: на конференции «Современные подходы к диагностике и лечению нервных и психических заболеваний» (СПб., 2000); на научно-практической конференции «Лечебные эффекты центральных и периферических электровоздействий» (СПб., 2001); на XI Всероссийской Конференции «Нейроиммунология» (СПб., 2002); на XII Всероссийской конференции «Нейроиммунология» и научно-практической конференции неврологов (СПб., 2003); на конференции «Новые методы диагностики, лечения, профилактики и реабилитации» (СПб., 2003). Данная работа была поддержана грантами для молодых ученых и аспирантов в категории "Кандидатский проект" по направлению «Биология» (М01-2.6.К-105, 2001; М02-2.6.К-384, 2002; МОЗ-2.6.К-105, 2003) и грантом № 00-15-97893 РФФИ "Научная школа академика Н.П. Бехтеревой".
Публикации.
Гринь-Яценко В.А., Кропотов Ю.Д., Чутко Л.С., Пономарев В.А., Яковенко Е.А. Эффективность использования электроэнцефалографической биологической обратной связи в коррекции нарушений внимания у детей. / / Биологическая обратная связь. - 2000. -N. З.-С. 20-28.
Кропотов Ю.Д., Чутко Л.С., Гринь-Яценко В.А., Пономарев В.А., Яковенко Е.А., Мовсисянц С.А., Ясюкова Л.А. Клинико-нейрофизиологические особенности и лечение детей с синдромом нарушения внимания с гиперактивностью. // Современные подходы к
13 диагностике и лечению нервных и психических заболеваний. Материалы конференции. - СПб., 2000. - С. 93-94.
Кропотов Ю.Д., Гринь-Яценко В.А., Пономарев В.А., Яковенко Е.А., Мовсисянц С.А., Ясюкова Л.А. ЭЭГ - биоуправление в лечении детей с синдромом нарушения внимания с гиперактивностью. // "Итоги Программы "Десятилетие мозга". Нейроиммунология". - Материалы конференции. СПб.: 2000. - С. 63-64.
Применение пептидных биорегуляторов в лечении синдрома нарушения внимания с гиперактивностью у детей и подростков // Методические рекомендации. - СПб.: ИКФ «Фолиант», 2001. - 32с.
Гринь-Яценко В.А., Кропотов Ю.Д., Пономарев В.А., Чутко Л.С, Яковенко Е.А. Влияние электроэнцефалографической биологической обратной связи по сенсомоторному ритму и бета-1 ритму на параметры внимания. // Физиология человека. - 2001. - Т.27, N. 3. - С. 5-13.
Клинико-психофизиологические основы лечения синдрома нарушения внимания с гиперактивностью у детей и подростков. / Методическое пособие. / Под редакцией Т.А. Лазебник, Л.С. Чутко, Ю.Д. Кропотова. -СПб, 2001.-36 с.
Кропотов Ю.Д, Чутко Л.С, Гринь-Яценко В.А, Пономарев В.А, Яковенко Е.А. Использование транскраниальной микрополяризации и биологической обратной связи в комплексном лечении синдрома нарушения внимания с гиперактивностью. // Материалы научно-практической конференции «Лечебные эффекты центральных и периферических электровоздействий.» СПб, 2001- С. 20-21.
Яковенко Е.А. Электрофизиологические корреляты и подтипы дисфункции контроля поведения у детей и подростков с синдромом нарушения внимания с гиперактивностью. / Шестая Санкт-Петербургская ассамблея молодых ученых и специалистов. - 2001. - С. 60.
Кропотов Ю.Д, Чутко Л.С, Яковенко Е.А, Гринь-Яценко В.А. Применение транскраниальной микрополяризации в лечении синдрома
14 нарушения внимания с гиперактивностью у детей и подростков. // Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. - 2002. - N. 5. -С. 26-28
Ю.Чутко Л.С, Кропотов Ю.Д., Яковенко Е.А., Королева Н.Ю. Применение нейромультивита в лечении синдрома нарушения внимания с гиперактивностью у детей. // Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. - 2002. - N. 5. - С. 56-57.
11.Чутко Л.С, Кропотов Ю.Д., Яковенко Е.А., Королева Н.Ю. Использование нейромультивита в лечении синдрома нарушения внимания с гиперактивностью у детей. // Новые лекарственные препараты. - 2002. - N. 1.-С. 1-5.
12.Гринь-ЯценкоВ.А., Кропотов Ю.Д., Пономарев В.А., Чутко Л.С, Яковенко Е.А. Использование метода биологической обратной связи по электроэнцефалограмме в коррекции нарушений внимания у детей. // Биоуправление-4: Теория и практика: Новосибирск: ЦЭРИС - 2002. -С. 108-115.
13.Чутко Л.С, Лазебник Т.А., Кропотов Ю.Д, Иова А.С, Яковенко. Е.А, Сурушкина СЮ. Полиморфизм клинических проявлений при синдроме нарушения внимания с гиперактивностью у детей и подростков. /«Нейроиммунология». - Материалы XI Всероссийской Конференции, СПб.:2002.-С.307-308.
Н.Яковенко. Е.А, Кропотов Ю.Д, Чутко Л.С, Пономарев В.А., Сурушкина СЮ. Вызванные потенциалы мозга у школьников с нарушением внимания в возрасте 10-16 лет. / «Нейроиммунология». -Материалы XI Всероссийской Конференции, СПб.:2002. - С. 312-313.
15.Чутко Л.С, Кропотов Ю.Д, Яковенко. Е.А, Сурушкина СЮ. Применение глиатилина в лечении синдрома нарушения внимания с гиперактивностью у детей и подростков. // Диагностика и военно-врачебная экспертиза умственной отсталости. Пособие для врачей МЗ РФ и МОРФ. М.: 2002. - С. 35-41.
16.Кропотов Ю.Д., Гринь-Яценко В.А., Чутко Л.С., Яковенко Е.А., Пономарев В.А. Лечение синдрома нарушения внимания с гиперактивностью с помощью биологической обратной связи. // Российский вестник перинатологии и педиатрии. - 2002. -N. 3. - С.37-39.
17.Чутко Л.С, Кропотов Ю.Д., Яковенко Е.А., Сурушкина СЮ. Использование транскраниальной микрополяризации в лечении синдрома нарушения внимания с гиперактивностью у детей и подростков. // Российский вестник перинатологии и педиатрии. - 2002. - N. 4. - С.35-38.
18.Современные аспекты диагностики и лечения синдрома нарушения внимания с гиперактивностью у детей. / Методическое пособие./ Под редакцией Т.А.Лазебник, Л.СЧутко, Ю.Д,Кропотова, А.С.Иова - СПб., 2002.-48 с.
19.Чутко Л.С, Кропотов Ю.Д., Яковенко Е.А., Сурушкина СЮ. Опыт использования нейромультивита в лечении синдрома нарушения внимания с гиперактивностью у детей. / IX Российский национальный конгресс «Человек и лекарство», Москва. - 2002 - С. 508.
20.Яковенко Е.А. Электрофизиологические корреляты и подтипы дисфункции контроля поведения у детей и подростков с синдромом нарушения внимания с гиперактивностью. / Седьмая Санкт-Петербургская ассамблея молодых ученых и специалистов. - 2002. -С. 66.
21. Применение кортексина в лечении синдрома нарушения внимания с гиперактивностью у детей и подростков. / Методические рекомендации. / Под редакцией А.А. Скоромца. - СПб., 2003. - 40 с.
22.Яковенко Е.А., Кропотов Ю.Д., Чутко Л.С, Пономарев В.А., Сурушкина СЮ. Вызванная синхронизация ЭЭГ в тета-диапазоне у здоровых детей и детей с нарушением внимания в возрасте 10-15 лет. / XII Всероссийская конференция «Нейроиммунология» и научно-практическая конференция неврологов. - СПб., 2003. - С. 164.
23.Яковенко Е.А., Кропотов Ю.Д., Чутко Л.С., Пономарев В.А., Евдокимов С.А. Электрофизиологические корреляты нарушений внимания у подростков 12-13 лет. // Физиология человека. - 2003. - Т. 29, N. 6.-С. 1-6.
24.Чутко Л.С., Кропотов Ю.Д., Яковенко Е.А., Сурушкина СЮ. Оценка эффективности применения транскраниальной микрополяризации в лечении синдрома нарушения внимания с гиперактивностью у детей и подростков. / Мат. конференции: Новые методы диагностики, лечения, профилактики и реабилитации. - СПб., 2003. - С. 281-282.
25.Применение транскраниальной микрополяризации в лечении синдрома нарушения внимания при токсическом действии свинца у детей. / Кропотов Ю.Д., Чутко Л.С., Колбасов С.Е., Яковенко Е.А. // Методич.рекоменд.№ 108/234, утв.МЗ РФ. - МЗ РФ. - СПб, 2003. - 8 с.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 133 страницах и состоит из четырех основных глав (обзора литературы, методов исследования, результатов исследований, обсуждения результатов), введения, заключения, выводов и списка использованной литературы. Работа иллюстрирована 42 рисунками и 1 таблицей. Список цитированной литературы включает 281 источник, из которых 75 отечественных и 206 иностранных.
Вызванная синхронизация/десинхронизация ЭЭГ.
Наряду с методом вызванных потенциалов в нейрофизиологии известен метод вызванной синхронизации/десинхронизации (ВС/Д). Этот метод был впервые предложен Pfurtscheller и Aranibar в 1977 году. Под вызванной десинхронизацией (синхронизацией) подразумевают уменьшение (увеличение) мощности ЭЭГ в определенном частотном диапазоне ЭЭГ в ответ на внешнее воздействие по сравнению со спектрами мощности в предстимульном интервале. ВД/С, как правило, измеряется в процентах [Pfurtscheller, 2001].
ВП рассматривают как серии постсинаптических ответов пирамидных нейронов, запускающихся специфическими стимулами, связанных со стимулом, как по времени, так и по фазе, тогда как ВС/Д рассматривают как изменения одного или нескольких параметров, контролирующих ЭЭГ колебания в нейрональных сетях и связанных со стимулом по времени. Выделяют следующие типы факторов, которые определяют свойства ЭЭГ колебаний [Lopes da Silva, 1991; Pfurtscheller, Lopes da Silva, 1999]:
1. внутренние свойства мембран нейронов.
2. сила и степень внутренних связей между элементами нейрональных сетей. Эти связи имеют вид петел обратной связи. Выделяют два типа петель обратной связи: таламо-корикальные и кортико-кортикальные.
3. модулирующие влияния общих или локальных нейротрансмитерных систем.
Таким образом, ВД/С является информативным показателем для изучения активации и деактивации коры головного мозга при обработке сенсорной информации, психической деятельности и подготовке движений.
ВД/С регистрируется таким же способом что и ВП. Отличия заключаются в последующей обработке ЭЭГ. Для выявления ВД/С используют несколько методов: классический, когда ВД/С выделяется для заданного частотного диапазона ЭЭГ [Pfurtscheller, Lopes da Silva, 1999], и Wavelet- преобразование, которое позволяет графически представить изменения спектральной мощности всех частотных сигналов ЭЭГ во времени [Tallon-Baudry, Bertrand, 1999; Zhang et all., 2001] (подробно глава Методы исследования).
ВД/С была обнаружена во всех частотных диапазонах ЭЭГ. В ЭЭГ здорового человека выделяют четыре главных ритмов, а также другие виды регулярной активности, например, такие как: гамма-ритм, роландический или мю-ритм [Гусельников, 1976; Думенко, 1992]. Поэтому в зависимости от исследуемого диапазона частоты выделят:
1. Дельта- ВД/С, диапазон 0,5 - 3,5 Гц.
2. Тета- ВД/С, диапазон 3,5-7 Гц.
3. Альфа- ВД/С, диапазон 8-13 Гц.
4. Бета- ВД/С, диапазон 13-30 Гц.
Как известно, каждый ритм ЭЭГ имеет свои генераторы и свой функциональный смысл, поэтому и реакция на различные внешние события и ментальные процессы будет различаться [Русинов, 1973]. 1.2.1. Вызванная десинхронизация/синхронизация в тета-диапазоне.
Тета-ритм имеет частотный диапазон от 3,5 до 7 Гц [Basar et al., 2000] или от 4 до 8 Гц [Дорошенко и др., 1994]. Этот ритм появляется в состоянии засыпания, при умеренной гипоксии или в неглубоком наркозе. Функциональное значение этого ритма трактуется очень широко и разнообразно [Гусельников, 1976; Думенко, 1992]. Многие исследователи отмечают его связь с эмоциогенными структурами мозга, так как его выраженность в образованиях лимбической системы головного мозга (гиппокамп, миндалина, поясная извилина) больше, чем в корковых зонах [Гриндель, Сазонова, 2001]. Возможно, амплитудные временные характеристики тета-ритма коррелируют с такими свойствами личности, как агрессивность, подозрительность, напряженность, тревожность, неуверенность и отсутствие самоконтроля [Дорошенко, Полякова, 1994]. Сенсорная стимуляция с частотой тета-ритма вызывает вспышку трудно контролируемых эмоций у человека. Aftanas с коллегами [2001] показали, что эмоционально значимые стимулы вызывают синхронизацию тета-ритма на положительные стимулы в интервале 200-500 мс, а на негативные в интервале 300-500 мс после предъявления стимула. Согласно экспериментальным данным на животных, мощный генератор тета-ритма, наряду с указанными выше структурами, локализуется также в ядрах перегородки (septum) [Гриндель, Сазонова, 2001].
Также была обнаружена связь тета-ритма с механизмами памяти. Действительно, синхронизация активности коры в тета-диапазоне благоприятствует возникновению временных связей [Раева, 1977; Свидерская, Спорникова, 1977; Krause et all., 2001]. Об этом свидетельствует облегченное запоминание информации в состоянии легкого наркоза или засыпания. Поэтому тета-ритм трактуют еще как стресс-ритм или ритм напряжения, возникающий в ситуациях, требующих и эмоциональной и интеллектуальной реакции, опосредованных процессами памяти [Бехтерева, 1971; Миролюбов, Чиков, 1994; Jausovecetal., 2001].
В работах Basar с коллегами [1998; 2000; 2001] было показано, что синхронизация тета-ритма наблюдается при ориентировочной реакции, а также является устойчивым компонентом Р300 подобного ответа у кошек [Латаш, 1972; Basar-Eroglu et al., 1992]. В тестах с парадигмой "oddball" вызванная синхронизация тета-ритма наблюдается в интервале около 300 мс и имеет максимальные значения во фронтальных областях мозга [Demiralp, Basar, 1992].
Происхождение тета-ритма до сих пор не выяснено. Известно, что он возникает в коре головного мозга вследствие распространения тета-колебаний нейронов гиппокампа [Латаш, 1972]. Однако имеются данные и о генерации тета-ритма новой корой [Кабурнеева, 1977].
Анализ вызванных потенциалов
Перед вычислением ВП и вызванной десинхронизации производилась предварительная обработка ЭЭГ с помощью пакета программ WinEEG. Пробы, в которых ЭЭГ- или ЭОГ-сигналы отклонялись от изолинии больше чем ± 70 мкВ, не анализировались. Также из анализа исключались пробы с ошибками испытуемых: «пропусками» значимых пар НН и «ложными тревогами», в случаи нажатия на пары НВ. Если общее количество артефактных проб превышало 50%, данные этих испытуемых исключались из последующего группового усреднения и статистического анализа.
После вышеописанной обработки кривых в дальнейшей обработке участвовали данные 92 испытуемых с СНВГ.
Усреднение фрагментов ЭЭГ в ответ на пары слуховых стимулов НН и НВ производилась отдельно для каждого типа пробы и для каждого отведения у каждого испытуемого. Таким образом, получались вызванные потенциалы, отражающие соответственно компоненты вовлечения в действие (GO) и подавления подготовленного ответа (NOGO). Фрагменты ЭЭГ начинались за 300 мс до предъявления первого стимула и заканчивались через 900 мс после окончания второго стимула. Общая длительность пробы составляла 2200 мс. Оценивались амплитуда и латентность компонент в ответ на второй стимул отдельно для проб GO и NOGO. Были определены ранние компоненты (N1, Р2, N2), а также компонент РЗ вовлечения в действие (GO) и компонент РЗ подавления подготовленного ответа (NOGO) для каждого испытуемого в отведениях Fz, Pz.
Для определения диапазонов частот ЭЭГ производился спектральный анализ ЭЭГ с построением графических спектров мощности. Для этого использовали фоновую запись ЭЭГ с закрытыми глазами, которая проводилась до записи вызванных потенциалов. Частотные диапазоны ЭЭГ подбирались индивидуально для каждого испытуемого. На графике спектров мощности ЭЭГ находили пик спектра мощности для каждого ритма в отведениях с наиболее выраженным пиком, границы для тета-диапазона выставлялись на 2/3 высоты пика в отведениях Fz или F3 и для альфа-П-диапазона на ХА пика в отведениях 01,02илиРг.
В быстроволновом спектре ЭЭГ на графиках спектров мощности трудно определить пик, поэтому для определения частотного интервала в бета-диапазоне нами использовалось Wavelet-преобразование, которое позволяет графически представить изменения спектральной мощности всех частотных сигналов ЭЭГ во времени.
2.8. Wavelet-преобразование и выделение частотного спектра в бета-1- диапазоне.
Wavelet-преобразование рассчитывалось следующем способом [Tallon-Baudry, Bertrand, 1999]. Сначала производилось преобразование исходной ЭЭГ к среднему взвешенному референту, выполнялось Морлер вейвлет преобразование. Вычислялась свертка сигнала ЭЭГ в комплексной функцией вида:
В данных формулах существует дополнительный параметр о, определяющий ширину Wavelet. Отношение f/o сохранялось больше или равном числу 5. (На рисунке 3 представлены этапы вычисления ВД/С по Tallon-Baudry и Bertrand). Д SingHMrals D Time.trequencypow.r ol each single
. Wavelet-преобразование no Tallon-Baudry и Bertrand. (А. Одиночные ЭЭГ пробы; В. Усредненный ответ; С. Полученный частотно-временной спектр мощности, по оси абсцисс отложено время, по ординат - частота. Цветовая шкала показывает мощность (позитив или негатив) относительно престимульной изолинии; D. Частотно-временной спектр мощности ЭЭГ для каждой пробы; Е. Усредненный частотно-временной спектр мощности ЭЭГ. Таким образом, нами были получены частотно-временные спектры для каждого испытуемого. Затем производилось групповое усреднение полученных частотно-временных спектров для здоровых испытуемых и детей с СНВГ. При визуальной оценке полученных данных выделялась частотная полоса ЭЭГ в быстроволновом спектре для последующего анализа.
Анализ вызванной десинхронизации/синхронизации ЭЭГ. Вызванная десинхронизация и синхронизация ЭЭГ (ВДС) вычислялись в несколько этапов. ВДС измерялась в относительных единицах.
1. Для уменьшения влияния общего референта исходные сигналы ЭЭГ преобразовывались к среднему взвешенному референту [Lemos, Fisch, 1991].
2. В каждом фрагменте ЭЭГ (пробе) с помощью цифровых полосовых фильтров выделялся сигнал для заданного диапазона частот.
3. Для уменьшения влияния компонент ВП на вызванную десинхронизацию и синхронизацию ЭЭГ использовалась процедура, предложенная Калчером и Пфуртшеллером [1995]. Для этого по совокупности проб с помощью усреднения вычислялись ВП, которые в дальнейшем вычитались из каждого фрагмента ЭЭГ.
4. Значения для каждого временного отсчета возводились в квадрат и усреднялись по совокупности проб, чтобы получить оценку динамики мощности сигналов ЭЭГ в заданном диапазоне частот.
5. Для уменьшения дисперсии данных полученная динамика мощности сигналов ЭЭГ сглаживалась скользящим средним с шириной эпохи усреднения 25 отсчетов, что соответствует 100 мс.
Вызванные потенциалы на второй стимул
При визуальной оценке вызванных потенциалов на второй стимул в интервале от 50 до 250 мс как в условиях GO, так и в условиях NOGO были выявлены компоненты N1, Р2, N2. Эти компоненты практически не зависели от типа проб. Проведенный дисперсионный анализ показал отсутствие достоверных отличий (р 0,05).
Компонент N1 достигал максимальных амплитудных значений в лобно-центральных отделах мозга с латентностью максимума около 120 мс. Амплитуда данного компонента в отведении Fz в среднем составляла -3,97 мкВ (рис.8).
В интервале от 140 мс до 200 мс после второго стимула наблюдалось позитивное отклонение потенциала, которое достигало максимальной амплитуды в затылочно-теменных отделах мозга, с латентностью около 180 мс. Амплитуда компонента Р2 в отведении Pz составляла 4,21 мкВ (рис.8). С2:120мс С2:180мс С2:236мс мкЕ
. Групповые ВП на второй стимул, усредненные по группе здоровых испытуемых. Топограммы распределения компонент N1, Р2, N2, где С2 -латентность для каждого компонента после второго стимула. Стрелочками на графиках обозначены описываемые компоненты. Тонкая линия - в условиях GO, толстая линия - в условиях NOGO.
Компонент N2, как видно на рисунке 8, хорошо выражен в передних отделах мозга. Максимальная амплитуда в отведении Fz составляла -5,78 мкВ, латентность около 236 мс.
В ВП мозга на второй стимул в группе детей с СНВГ были обнаружены в интервале от 50 до 250 мс следующие компоненты: N1, Р2, N2. Как видно на рисунке 9, эти компоненты практически не зависели от типа проб (р 0,05).
Компонент N1 в группе детей с СНВГ имел латентность около ! 16 мс. Он достигал своего максимума в лобных отделах полушарий мозга, максимальная амплитуда в отведении Fz составила -2,76 мкВ.
Последующий позитивный компонент Р2 был хорошо выражен в затылочно-теменных отделах полушарий латентностью порядка 180 мс. Максимальная амплитуда, измеренная в отведении Pz, составила 3,49 мкВ.
Групповые ВП на второй стимул, усредненные по группе детей с СНВГ. Топограммы распределения компонент N1, Р2, N2, где С2 - латентность для каждого компонента после второго стимула. Стрелочками на графиках обозначены описываемые компоненты. Тонкая линия - в условиях GO, толстая линия - в условиях NOGO.
Компонент N2 в группе детей с СНВГ также достигал своего максимума в лобно-центральных отделах полушарий, как видно на топограмме рисунка 9. Амплитуда в отведении Fz составила -5,30 мкВ, с латентностью около 240 мс.
Групповые ВП на второй стимул, усредненные по группе здоровых испытуемых (толстая линия) и по группе детей с СНВГ (тонкая линия) в условиях GO и NOGO.
Проведенный дисперсионный анализ показал отсутствие значимых различий в интервале от 50 до 240 мс между амплитудами компонентов N1, Р2, N2 у здоровых детей и детей с СНВГ как в условиях GO, так и в условиях NOGO (F(l,58)=0,07; р 0,79) (рис. 10). Также никаких значимых различий не наблюдалось и по латентности этих компонент (F(1,58)=1,3I; р 0,26). 3.3.2.Компонент РЗ "вовлечения в действие" и компонент РЗ "подавления действия".
При визуальной оценке ВП, вызываемого вторым стимулом в пробе, после вышеописанных компонентов N1, Р2, N2 в интервале от 250 до 400 мс можно наблюдать высокоамплитудное положительное отклонение потенциала, как в условиях предъявления GO стимула - низкого тона, так и в условиях предъявления NOGO стимула - высокого тона.
Следует подчеркнуть, что эти два положительных компонента имеют разный функциональный смысл. В пробах GO испытуемый вовлекался в действие, от него требовалось нажимать на кнопку, поэтому в дальнейшем мы будем называть этот компонент - РЗ компонент "вовлечения в действие" или РЗ GO. В пробах NOGO, когда испытуемый должен был воздерживаться от нажатия на кнопку после предъявления второго запрещающего стимула, в ВП генерировался компонент, связанный с подавлением подготовленного ответа. Этот компонент мы в дальнейшем будем называть РЗ компонент "подавления действия" или РЗ NOGO.
Групповые ВП на второй стимул, усредненные по группе здоровых испытуемых в пробах GO. Топограмма распределения компонента РЗ GO, где С2 - латентность после второго стимула. Стрелочкой отмечен компонент РЗ вовлечения в действие.
Компонент "вовлечения в действие" в группе здоровых детей достигал своих максимальных значений в центрально-теменном отделе полушарий (рис 11). Максимальная амплитуда, измеренная в отведении Pz, составила 10,74 мкВ, с латентность пика - 320 мс.
Компонент "подавления действия" (РЗ NOGO).
В пробах NOGO, как было описано выше, в ВП на второй запрещающий стимул, регистрировался РЗ компонент "подавления действия" или РЗ NOGO. Компонент РЗ NOGO был хорошо выражен в центральных отведениях (Cz, Pz). Амплитуда компонента в отведении Fz составила 7,11 мкВ, латентность отклонения потенциала 352 мс. Групповые ВП в ответ на второй стимул в группе здоровых испытуемых представлены на рисунке 12.
Изменение компонентов вызванных потенциалов у детей с СНВГ
Среди обширного арсенала, которым располагает современная психофизиология для изучения физиологических механизмов психической деятельности, метод вызванных потенциалов по праву занимает одно из ведущих мест. С помощью метода ВП возможно исследовать процессы восприятия и обработки сигнала от первичных сенсорных проекций до их корковых проекций. Этот метод позволяет получить корреляции между активностью определенных мозговых структур и такими психическим процессами и состояниями, как внимание, память, прогнозирование, ожидание, подготовка к действию и т.д. [Кануников, Ветошева, 1988; Дорошенко, Полякова, 1994; Гнездицкий, 1990, 1997].
Ранние компоненты ВП:
В исследованиях нейрофизиологических основ внимания с помощью метода вызванных потенциалов с поверхности головы человека выделяют компоненты вызванных потенциалов, отражающие разные мозговые процессы восприятия и обработки информации. Известно, что такие ранние компоненты вызванных потенциалов, как N1 и Р2 отражают процессы ранней селекции, основанные на сравнении физических характеристик стимулов, и связанны с ориентировочной реакцией вызванной какими-либо изменениями в стимульной последовательности. [Дорошенко, Полякова, 1994; Наатанен, 1998; Hillyard et al., 1973; Naatanen, 1990; Falkenstein et al., 1995].
У детей с СНВГ в некоторых работах в "oddball" парадигме было выявлено увеличение латентности компонентов N1 и Р2 в передних отделах полушарий [Karayanidis et al., 2000] и уменьшение амплитуды N1 компонента [Jonkman et al., 2000], однако большинство авторов изменений в ранних компонентов ВП не обнаруживают [Satterfield et al., 1990; 1994; Verbaten et al., 1994; Novak et al, 1995; Young et al., 1995].
В нашем исследовании у детей с СНВГ по сравнению со здоровыми испытуемыми компонент N1 на второй стимул имел небольшое снижение амплитуды в передних отделах полушарий (см. рис. 10). Однако, данное уменьшение амплитуды было статистически не значимо. Никаких изменений в амплитуде компонента Р2 у детей с СНВГ не выявлено. Различий в латентных периодах как компонента N1, так и компонента Р2 между группой здоровых детей и группой детей с СНВГ в нашей работе не обнаружено.
Исследования эндогенных компонентов ВП, которые имеют латентность свыше 200 мс и изменяются в зависимости от психического состояния и формы деятельности испытуемого, установили, что поздние компоненты ВП, такие как N2 и РЗ связаны с процессами внимания и когнитивными процессами решения задачи [Кануников, Ветошева, 1988; Дорошенко, Полякова, 1994; Наатанен, 1998].
В тестах в "oddball" парадигме у детей с СНВГ было обнаружено уменьшение амплитуды и увеличение латентности компонента N2 в передних отделах полушарий [Linden et al., 1996; Karayanidis et al., 2000]. Авторы связывают удлинение латентного периода компонента N2 с замедлением процессов идентификации и дифференцировки стимулов у детей с СНВГ [Karayanidis et al., 2000]. Однако, в других работах различий в рассматриваемом компоненте у детей с СНВГ по сравнению с контрольной группой не находят [Callaway et al., 1983; Robaey et al., 1992].
В нашей работе компонент N2 на второй стимул в группе детей с СНВГ не имел статистически значимого изменения амплитуды, как в условиях вовлечения в действие, так и в условиях подавления действия. Разницы латентных периодов этого компонента между двумя группами не наблюдалось (см. рис. 10).
Таким образом, можно предположить, что процессы автоматической обработки стимула, такие как выделение физических характеристик стимула, опознание стимула у обследованных нами детей с СНВГ не нарушены. Компоненты ВП, связанные с вовлечением в действие и подавлением действия: Известно, что в вызванных ответах существуют компоненты, связанные с процессами подготовки к действию и подавления запланированного действия [Кропотова, 1998; Hillyard et al., 1973; Squires et al., 1977; Hillyard, 1985; Roberts et al., 1994]. Впервые в работе Simson и его коллег [1977] было отмечено, что в двухстимульных тестах в парадигме GO/NOGO стимулы, запрещающие подготовленный моторный ответ вызывают ВП, которые отличаются от тех которые, вызываются стимулами, инициирующими моторное действие. В результате было обнаружено, что в ситуации «вовлечения в действие» (нажатие на кнопку) возникает положительное колебание с латентным периодом около 250-300 мс, которое имеет теменно-центральное распределение по скальпу. Тогда как в ситуации подавления подготовленного действия возникает положительное отклонение потенциала с латентным периодом порядка 300-350 мс и оно имеет лобно-центральное распределение. Таким образом, в парадигме GO/NOGO в вызванных потенциалах были обнаружены два поздних позитивных компонента имеющих разный функциональный смысл. Первый компонент связан с психическим процессом инициации программы движения и получил название компонент РЗ GO или компонент "вовлечения в действие". Второй компонент ассоциируется с процессом подавления подготовленного движения и называется компонент РЗ NOGO или компонент "подавления действия".
Поскольку основными симптомами при СНВГ являются импульсивность, гиперактивность, повышенная отвлекаемость, невозможность долгое время удерживать внимание на выполнении задания, считается, что эти проявления отражают нарушения механизмов подавления действий у таких детей [Кропотов, Пономарев, 1993; Кропотов, 1997; Кропотова, 1998]. Следовательно, все эти изменения должны отражаться в эндогенных компонентах вызванных потенциалов мозга, являющихся коррелятами процессов внимания, принятия решения, подготовки действия и подавления подготовленного действия.
И, действительно, многочисленные исследования РЗ компонента в «oddball» тесте показали увеличение латентного периода и снижение амплитуды этого компонента у детей с СНВГ по сравнению со здоровыми испытуемыми [Michael et al., 1981; Holcomb et al., 1985; 1986; Klorman et al., 1991; 1992; Taylor et al, 1993; Linden et al., 1996; Karayandis et al., 2000].
В нашем исследовании было обнаружено статистически значимое снижение амплитуды компонента "вовлечения в действие" и компонента "подавления действия" у детей с СНВГ по сравнению с контрольной группой (рис. 14, 16). Полученные результаты хорошо согласуются с литературными данными, которые использовали GO/NOGO парадигму [Кропотова и др., 1998; Klorman et al., 1994; Overtoom et al., 1998]. В этих работах также отмечает снижение компонентов, связанных с вовлечением в действие (компонент-GO) и подавлением действия (компонент-NOGO) у детей с нарушением внимания.
Таким образом, наши данные и данные других авторов, позволяют предположить, что компоненты ВП, такие как, компонент "вовлечение в действие" и компонент "подавления действия" отражают дисфункцию мозговой системы внимания у человека.
В соответствии с теорией программирования действий существует специализированная система селекции действий, которая состоит из петли обратной связи: ассоциативная кора - базальные ганглии - таламус - кора.
Похожие диссертации на Вызванные потенциалы и вызванная синхронизация/десинхронизация ЭЭГ в GO/NOGO тесте у детей с синдромом нарушения внимания с гиперактивностью
