ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2012, том 38, № 3, с. 30-36
УДК 612.821.8
ФРАКТАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ МОЗГА У ПАЦИЕНТОВ С ТРЕВОЖНО-ФОБИЧЕСКИМИ РАССТРОЙСТВАМИ
© 2012 г. О. Е. Дик1, И. А. Святогор1, В. А. Ишинова2, А. Д. Ноздрачев1
1 УРАН Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН, Санкт-Петербург 2 Научно-практический центр реабилитации им Г.А. Альбрехта, Санкт-Петербург
Поступила в редакцию 12.04.2011 г.
Ставится задача оценки функционального состояния ЦНС при болевом синдроме у пациентов с тревожно-фобическими расстройствами. Для ее решения применяются методы спектрального и мультифрактального анализов фрагментов ЭЭГ во время ощущения пациентами психогенной боли и во время ее снятия с помощью психорелаксационнной методики. Показано, что в отличие от спектров мощности, спектры сингулярности позволяют количественно различать ЭЭГ в исследуемых функциональных состояниях мозга. Устранение болевых ощущений у пациентов с тревожно-фобическими расстройствами в процессе психорелаксации сопровождается изменением ширины спектра сингулярности и приближением этого мультифрактального параметра к значениям, характерным для здоровых людей.
Ключевые слова: тревожно-фобические расстройства, ЭЭГ, мультифрактальный анализ, психорелаксация.
В настоящее время в связи с эмоциональными и информационными перегрузками отмечается неуклонный рост невротических заболеваний, среди которых до 44% составляют тревожно-фобические расстройства [1]. К одним из значимых симптомов этих заболеваний относятся болевые ощущения, неподтверждаемые медицинскими исследованиями, что позволяет отнести их к психогенной боли. Психогенная боль приводит к длительному психоэмоциональному напряжению и нарушению функционального состояния головного мозга. Все эти изменения наиболее трудно поддаются фармакотерапии. Поэтому в настоящее время представляется актуальной разработка различных психотерапевтических приемов по преодолению болевых симптомов. Разработка таких приемов требует тщательной оценки эффективности их применения. В предыдущих работах была отмечена положительная роль психорелаксационной методики [2, 3]. Представлялось важным оценить ее влияние на изменение функционального состояния ЦНС и сравнить электрическую активность головного мозга до и после психотерапевтического воздействия.
Хорошо известно, что электрическая активность мозга, регистрируемая с поверхности головы в виде электроэнцефалограммы (ЭЭГ), относится к колебательным процессам, проявляющим выраженную вариабельность и нестационарность, и обладающим свойствами хаотичной и фрактальной
динамики [4—6]. Фрактальным считается сигнал, паттерн которого на малых шкалах идентичен полному сигналу и некоторая повторяемость в широком диапазоне масштабов сохраняется на статистическом уровне, то есть после усреднения статистически независимых выборок временного ряда [7]. В литературе обсуждается как монофракталь-ность ЭЭГ (когда для описания степени моно-фрактальности применяется показатель скейлинга (масштаба) — фрактальная размерность или экспонента Херста), так и мультифрактальность ЭЭГ (когда анализируются участки с различными локальными свойствами скейлинга и степень муль-тифрактальности определяется распределением локальных экспонент Гельдера, или спектром сингулярности). Так, при анализе изменений в ЭЭГ, происходящих при прослушивании классической или рок-музыки, или оценке различий в ЭЭГ мозга здорового человека и больного эпилепсией используется экспонента Херста [8, 9]. В других работах динамика флуктуаций электрической активности здорового и больного мозга при выполнении зрительных задач или в состоянии разных фаз сна характеризуется мультифракталь-ностью [6, 10]. Таким образом, вопрос о фрактальных особенностях ЭЭГ и их применимости в нейрофизиологических исследованиях различных состояний мозга остается открытым.
Цель настоящей работы заключалась в оценке изменений фрактальных свойств ЭЭГ до и после
психотерапевтического воздействия, примененного для снятия боли у пациентов с тревожно-фо-бическими расстройствами. Были поставлены следующие задачи: 1) исследовать изменения в степени мультифрактальности ЭЭГ во время болевого стимула и в процессе его устранения с помощью психорелаксационной методики у здоровых лиц, 2) сравнить эти изменения с изменениями, возникающими при психогенной боли и в процессе психорелаксации у пациентов с тревожно—фобиче-скими расстройствами.
МЕТОДИКА
Было обследовано 10 здоровых лиц и 17 пациентов с тревожно-фобическими расстройствами. Кроме психогенной боли, характерными симптомами для таких пациентов являлись повышенная тревожность, беспокойство, нарушение сна, различные фобии (транспортная или клаустрофобия).
Устранение психогенной боли у обследованных пациентов осуществлялось с помощью психорелаксационной методики, разработанной В.А. Ишиновой [2, 3]. Методика представляла следующее. Человека просили принять удобное для него положение (сидя или лежа с закрытыми глазами) и сосредоточиться на местах локализации боли. Было отмечено, что при этом спонтанно возникали цветовые пятна длинноволновой части спектра (красный, оранжевый, желтый), которые являлись цветовым отражением физического ощущения боли [2, 3]. В состоянии психорелаксации происходило установление связи между телесными ощущениями, цветовыми образами и эмоциональным состоянием пациента. При этом болевые ощущения по ассоциативным системам конвергировали в цветовое отражение, которое возникало в головном мозге пациентов при закрытых глазах [3]. На протяжении сеанса длительностью 60 минут пациенты оценивали изменения интенсивности боли и отслеживали сопутствующую этим изменениям трансформацию цветовых пятен от цветов длинноволновой части спектра к цветам средне- и коротковолновой его части (зеленый, синий, фиолетовый). При этом происходило уменьшение интенсивности болевого ощущения вплоть до полного исчезновения. Каждому пациенту проводилось от 10 до 20 сеансов, число которых определялось снижением жалоб и улучшением психофизиологического состояния пациента. Унекоторых пациентов снятие боли происходило к 30-й или 40-й минуте третьего сеанса, а другим требовалось значительно большее количество сеансов.
У здоровых лиц боль вызывалась путем тактильного воздействия на срединную точку между большим и указательным пальцами в течение одной минуты. При этом у них также возникали цве-
товые пятна в основном ахроматические — все оттенки серого от белого до черного. Исчезновение тактильного болевого ощущения происходило, в среднем, в течение одной минуты. При этом цветовые пятна либо не менялись, либо приобретали голубой цвет.
Для оценки функционального состояния ЦНС регистрировалась электрическая активность мозга с помощью 21-канального энцефалографа фирмы "Мицар" (СПб., Россия). Активные электроды располагались по схеме 10 х 20, в качестве индифферентного использовался усредненный электрод (Ау). Оценка проводилась визуально по классификации И.А. Святогор [11, 12] и с помощью методов спектрального и мультифрактального анализов. Оценивались безартефактные отрезки записи ЭЭГ в лобных (Ш3, ^г, F4) и затылочных (01, 0г, 02) отведениях.
Данные, записанные с частотой дискретизации 256 Гц, отфильтровывались в диапазоне 2—45 Гц и содержали записи в трех состояниях ("до болевой стимуляции", "во время боли" и "во время релаксации") для здоровых лиц; и в двух состояниях ("во время боли" и "во время релаксации") для пациентов с тревожно-фобическими расстройствами.
Каждое состояние включало 15360 отсчетов (что соответствовало 1 — минутной записи). После повторяющихся записей ЭЭГ 20 безартефактных сегментов равной длительности (60 секунд) случайным образом выбирались из множеств: "до болевой стимуляции", "во время боли" и "во время релаксации".
Для получения спектра мощности использовали алгоритм быстрого преобразования Фурье, а оценкой спектра служила спектральная плотность энергии сигнала, равная квадрату Фурье — преобразования сигнала и описывающая распределение энергии сигнала по частоте [13].
Для оценки мультифрактальных свойств ЭЭГ мы применили метод максимумов модулей вей-влет-пребразования [14], алгоритм которого состоит из следующих процедур.
1) Применяется непрерывное вейвлет-преобра-зование временного ряда, описывающего исследуемый сигнал: х(1): Ж(а, ¿0) = 1 |х(*^^—(И,
— да
где а — параметр масштаба, ^ — параметр временного сдвига, — 10)/а) — вейвлет-функция, полученная из базисного вейвлета путем масштабирования и сдвига по времени, символ * означает комплексное сопряжение.
2) Для каждого значения а находится множество Ь(а) линий модулей локальных максимумов
150 ти с
но100 щ
А Б В
До болевого воздействия Во время болевого воздействия Во время психорелаксации
р ктр
е п С
50 -
150
100 50
10 15 20 25 0 Г
150
100 50
10 15 20 25 0 Частота, Гц
10 15 20 25
0.6
& 0.3
к е п с а н
и р
и
0.6
со Н Я и Я о п с
ка
£ &
яд
к ч0.3 ье
5й
м и с к
Д
До Во время При болевого воздействия релаксации
До Во время При болевого воздействия релаксации
Рис. 1. Примеры спектров мощности ЭЭГ здорового человека до (А) и во время болевого воздействия (Б), во время психорелаксации (В) для затылочного отведения От. Преобладает а-активность во всех спектрах.
Изменение мультифрактальных параметров: ширины спектра сингулярности (Г) и максимального значения экспоненты Гельдера (Д) во время болевого воздействия и восстановление этих параметров при психорелаксации до значений, соответствующих функциональному состоянию до болевого воздействия. Представлены усредненные по испытуемым параметры для отведения От,
0
5
5
5
вейвлет-коэффициентов |Ж(а, ¿0)| (линий, для ко-
д|W(а, ?р)| пч торых выполняется условие ——д-—- = 0).
3) Вдоль каждой линии для значений масштабов, меньших заданного значения а, вычисляются частичные функции как сумма q — степеней модулей максимумов вейвлет коэффициентов:
Д Я, а) = ^ (8ира* < а^( а *, ^(а * ))|)?, где зна-
I е Ца)
чение ?Да*) определяет положение максимума, соответствующего линии I на этом масштабе.
4) В силу того, что при а —- 0 частичная функция Z(q, а)
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.