УДК 612.821.6:612.822.3
ФОНОВАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ МОЗГА ПРИ "УСПЕШНОМ" МЕНТАЛЬНОМ СТАРЕНИИ
© 2011 г. Н. В. Вольф, А. А. Глухих
НИИ физиологии СО РАМН, Новосибирск Поступила в редакцию 24.12.2010 г.
Методом картирования мощности ЭЭГ в частотных диапазонах от А- до у2-ритма исследованы возрастные изменения фоновой активности мозга при "успешном" когнитивном старении, сопряженном с сохранением интеллектуальных способностей и вовлеченностью в сложные виды профессиональной деятельности. В исследовании принимали участие 32 испытуемых старшей возрастной группы (СВГ, средний возраст 65.1 ± 1.18, 14 мужчин и 18 женщин), и 33 — младшей возрастной группы (МВГ, средний возраст 22.1 ± 0.38, 18 мужчин и 15 женщин). С увеличением возраста происходит снижение средней мощности медленных (А, 9 и а2) и увеличение мощности быстрых (в — у) ритмов. По сравнению с МВГ в СВГ наблюдалось уменьшение гетерогенности показателей мощности в разных отведениях. В СВГ для ритмов от А- до Р2- частотных диапазонов обнаружено сглаживание центро-латерального градиента мощности, а для а- и Р^ритмов также фронто-париетального градиента и межполушарных различий. Полученные результаты позволяют предположить, что выявленные возрастные изменения являются предпосылкой для использования компенсаторных механизмов, которые могут быть связаны как с привлечением больших ресурсов для обеспечения когнитивной деятельности, так и с реорганизацией нейронных сетей, включающих корковые области, подверженные физиологическим возрастным изменениям.
Ключевые слова: фоновая ЭЭГ, частотный анализ, картирование мощности, возрастные различия.
Исследование мыслительных функций пожилых людей показало, что при старении наблюдается снижение широкого круга сенсорных, перцептивных и мыслительных способностей: скорости обработки информации [1], объема оперативной памяти [2], способности к обучению и запоминанию новой информации [3]. Вместе с тем анализ когнитивного старения показывает примеры значительной гетерогенности этого процесса, индивидуальные различия в интеллектуальной продуктивности увеличиваются с возрастом [4]. Предполагается, что причиной возрастания этих различий являются как генетические, так и средовые факторы [5].
В настоящее время существуют данные о наличии механизмов, противодействующих возрастному снижению ментальных функций. Мозг реагирует на возрастные изменения "компенсаторной поддержкой". Обнаружено также, что регулярные физические и интеллектуальные нагрузки могут оказывать на стареющий мозг протекторное действие или даже улучшать его функционирование. Проведенные на животных исследования связанных с возрастом изменений мозга показали, что его адаптационные возможности обеспечиваются за счет нейрогенеза и изменений синаптической пластичности. Нейрогенез осуществляется путем пролиферации и дифференциации в нейроны клеток предшественников и последующего встраивания нервных клеток в структуры мозга [6]. В многочис-
ленных исследованиях показано, что при обучении в мозге животных происходит также увеличение количества дендритных шипиков и ветвление дендри-тов, увеличение количества и площади синаптиче-ских контактов. Способность к таким изменениям сохраняется и у старых животных [7, 8].
Эффективность функционирования мозга в старости определяется, таким образом, двумя процессами — степенью возрастной деградации мозга и эффективностью включения компенсаторных механизмов.
Одним из подходов в изучении изменений, связанных со старением, является картирование фоновой электрической активности мозга, которая отражает преднастройку мозга к предстоящей деятельности [9—11]. Несмотря на значительное количество работ в этом направлении, полученные результаты противоречивы, особенно в отношении медленных ЭЭГ-ритмов. Большинство исследователей отмечает возрастание амплитуды этих ритмов у пожилых людей [12—19]. Однако другие авторы не обнаружили изменений [20—22] или даже отметили снижение мощности медленных ритмов с возрастом [23, 24]. Другой мало изученный аспект связан с топографическими особенностями происходящих с возрастом изменений ЭЭГ, так как в большинстве ранних исследований использовалось небольшое количество отведений. Поскольку возрастные изменения не в одинаковой
51
4*
степени захватывают разные отделы мозга, пожилые люди могут улучшать свои способности за счет развития новых нейрональных схем для поддержания эффективной умственной деятельности [25], что должно находить отражение в топографических изменениях фоновой ЭЭГ.
Исходя из приведенных данных, можно предположить, что развитие компенсаторных перестроек в мозге будет зависеть от степени активности пожилых людей. Возможно, противоречивость результатов, полученных при исследовании ЭЭГ-коррелятов старения, связана с неоднородностью исследованных групп. Большинство исследований проводилось без учета уровня образования и социальной активности испытуемых.
Высокий уровень образования и вовлеченность в сложные виды профессиональной деятельности в пожилом возрасте, с одной стороны, могут способствовать мобилизации адаптационных ресурсов мозга, а с другой — являются показателями высокой социальной активности испытуемых, которую рассматривают как индикатор сохранности ментальных функций [26].
Целью настоящего исследования было выявление возрастных изменений ЭЭГ у испытуемых, отвечающих указанным критериям. Мы предполагали, что у них будут выражены характеристики ЭЭГ, отражающие прогрессивные компенсаторные перестройки активности мозга.
МЕТОДИКА
В исследовании принимали участие 32 испытуемых старшей возрастной группы (средний возраст 65.1 ± 1.18, 14 мужчин и 18 женщин), и 33 — младшей возрастной группы (средний возраст 22.1 ± 0.38, 18 мужчин и 15 женщин). Все испытуемые были правшами. В старшую возрастную группу (СВГ) входили работающие на момент исследования ученые и люди, осуществляющие материально-техническое обеспечение научного или учебного процессов (сотрудники научно-исследовательских институтов и Новосибирского государственного университета), в младшую (МВГ) — студенты, аспиранты и сотрудники тех же учреждений. Большинство испытуемых (87%) имели высшее, а остальные — среднее специальное образование. Перед включением в экспериментальную группу все испытуемые отвечали на вопросы относительно их здоровья. К участию в исследовании не допускались лица с неврологическими или психическими заболеваниями, а также с серьезными травмами головы, диабетом и другими тяжелыми хроническими заболеваниями в анамнезе. Никто из испытуемых субъективно не оценивал свое здоровье как плохое. Все испытуемые дали добровольное согласие на участие в эксперименте, исследование было одобрено этическим комитетом
ГУ НИИ физиологии СО РАМН. Учитывая имеющиеся в литературе и полученные в нашей лаборатории многочисленные данные о половых различиях в организации когнитивных функций [27], исследование проведено с учетом пола испытуемых.
В эксперименте определяли показатели IQ на основе теста Айзенка и оригинальность образной творческой деятельности с использованием субтеста Торренса "неоконченные фигуры".
ЭЭГ регистрировали в 62 стандартных отведениях системы 10—20 с помощью программно-аппаратного комплекса "Neuroscan 2.3" при постоянной времени 0.3 с и при верхнем ограничении частот 50 Гц. В качестве референтного использовали объединенный ушной электрод. Запись производили в состоянии спокойного бодрствования при закрытых и открытых глазах. Длительность записи для каждого состояния — 2 мин. В связи с большим количеством артефактов при открытых глазах данные двоих испытуемых были исключены из рассмотрения.
Расчет мощности биопотенциалов ЭЭГ (мкВ2/Гц) выполняли по программе "Нейрокор-текс-про" (Москва). Эпоха анализа составляла 2 с. Анализировали по 30 свободных от артефактов эпох ЭЭГ, записанной при открытых и закрытых глазах. Для каждого отведения методом быстрого преобразования Фурье вычислялась спектральная мощность ЭЭГ для частотных диапазонов: А (0.3— 4 Гц), 01 (4-6 Гц), 02 (6-8 Гц), а1 (8-10 Гц), а2 (1013 Гц), р1 (13-20 Гц), р2 (20-30 Гц), у1 (30-40 Гц) и у2 (40-50 Гц). Для нормализации данных полученные показатели логарифмировали.
Статистическую достоверность результатов проверяли с помощью дисперсионного анализа (ANOVA). При использовании ANOVA в случае необходимости применялась коррекция значений статистической значимости по методу Гринхауза-Гайзера. Выявленные взаимодействия факторов были изучены с помощью post-hoc с применением критерия Фишера и плановых сравнений.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Анализ IQ выявил возрастные различия: значения в СВГ (103 ± 2.8) были ниже (P = 0.000), чем в МВГ (117 ± 2.3). Однако группы не различались по оценкам оригинальности рисунков, созданных в тесте Торренса (0.39 ± 0.2 для СВГ и 0.40 ± 0.2 для МВГ).
В каждом частотном диапазоне был выполнен анализ мощности отдельно для состояния с закрытыми и открытыми глазами с выделением следующих факторов: ПОЛ (мужчины, женщины), ВОЗРАСТ (СВГ, МВГ), ЭЛЕКТРОД (27 отведений в каждом полушарии), ЛАТЕРАЛЬНОСТЬ (левое, правое полушарие). Чтобы иметь возможность
у
l-H
CN
PQ
W S
U о
в 0 -
н 3
о
-1.5
А
Закрытые глаза
9i 02 ai а2 Pi Р2 Yi 0.12
Г
0.08
кВ
£ 0.04
t 0
л
т
£2 -0.04 я
в
S —0.08
-0.12
СВГ
1.5
§ 10
N
В
й 0.5
-1.5
Открытые глаза
СВГ МВГ
Y2
Б
А 01 02 a1 а2 Р1 Р2 Y1
МВГ
Y2
Рис. 1. Показатели суммарной (для всех электродов) мощности ЭЭГ в разных частотных диапазонах (А) и интегральной (суммарной для всех частотных диапазонов) мощности биопотенциалов ЭЭГ при закрытых и открытых глазах (Б) у испытуемых старшей возрастной группы (СВГ) и младшей возрастной группы (МВГ). На Б: серые столбики — закрытые глаза, черные — открытые глаза.
Звездочками обозначены достоверные различия между возрастными группами.
проанализировать латеральные различия, мы включили в анализ данные для 27 пар отведений, расположенных в симметричных точках правого и левого полушарий, исключив непарные центральные отведения. В связи с целью исследования мы будем рассматривать достоверные результаты, связанные с возрастом испытуемых
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.