УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2013, том 44, № 2, с. 30-40
УДК 612.821: 616.89
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОГЕРЕНТНОГО АНАЛИЗА ЭЭГ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ ИНТЕГРАТИВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МОЗГА ПРИ ШИЗОФРЕНИИ
© 2013 г. Т. С. Мельникова, М. В. Алфимова
НИИ психиатрии Росздрава, Москва
Цель данного обзора - систематизация данных об изменениях функциональных взаимосвязей в мозге больных шизофренией, полученных методами оценки когерентности и фазовой синхронии. Описаны основные результаты изучения когерентности ЭЭГ больных в покое и при различных функциональных нагрузках. Исследования выявили особую мозаику корковых взаимосвязей, в частности, нарушение определенных цепей интеграции, связанное с симптомами болезни и когнитивной дисфункцией, что подтверждает идею о шизофрении как о синдроме разъединения.
Ключевые слова: ЭЭГ, шизофрения, когерентность, фазовая синхрония.
ЭЭГ-исследования больных шизофренией проводятся с момента введения данного метода в клиническую практику и остаются одним из основных инструментов выявления нарушений деятельности мозговых структур. Визуальный и спектральный методы анализа ЭЭГ обнаружили большой полиморфизм нарушений электрической активности мозга, обусловленный особенностями клинической картины заболевания, давностью начала процесса, проводимой терапией и другими факторами. Однако наиболее характерной особенностью ЭЭГ больных шизофренией является снижение индекса основного ритма, усиление дизритмии за счет увеличения тета- и бета-полос, нивелирование зональных различий [35, 60]. Дальнейшее совершенствование нейрофизиологических подходов анализа ЭЭГ, в частности, внедрение в клиническую практику исследования когерентности раскрыло новые возможности изучения интеграции различных зон коры больших полушарий.
Когерентность электрических сигналов мозга является количественным показателем синхронности вовлечения различных корковых зон при их функциональном взаимодействии. Поскольку электрическая активность мозга тесно связана с его деятельностью, то когерентность, в определенной мере, указывает на вовлеченность разных зон коры в обеспечение выполнения тех или иных функций мозга. Для оптимального выполнения определенных функций уровень интеграции корковых областей должен быть адекватным задаче. Но при изменении функциональной активности
некоторых зон коры он может оказаться сниженным или избыточным, что часто наблюдается при различных психических расстройствах [1, 2, 4, 6-8, 12, 13]. Значения когерентности варьируют от 0 до 1: чем выше значение когерентности, тем согласованнее активность данной области с другой, выбранной для измерения. Одной из основных особенностей когерентного анализа является независимость показателей когерентности от амплитуды колебаний сигналов различных областей мозга, что особенно важно при анализе ЭЭГ больных шизофренией при значительной вариации амплитудного параметра. Эта особенность позволяет выявлять средние характеристики показателей когерентности для группы испытуемых, в которую входят лица с различными типами ЭЭГ.
При оценке когерентности у психически здоровых испытуемых все исследователи сходятся во мнении, что, вне зависимости от аппаратуры и системы отведений ЭЭГ, пик когерентных значений локализуется в передних зонах неокортекса, а по направлению к каудальным отделам показатели когерентности постепенно уменьшаются. Это согласуется с современным представлением об ин-тегративной функции лобных долей ("первичного ассоциативного центра" по Лурии [11]), которые находятся в сильной взаимосвязи с другими отделами мозга через длинные кортико-кортикальные ассоциативные волокна. Остальные отделы мозга, отвечая за более специфичные и локальные функции, имеют более короткие кортико-корти-кальные связи. При этом внутриполушарная когерентность для корковых зон правого полушария
выше, чем для левого [70]. Это можно объяснить наличием более высокого отношения белого вещества к серому веществу в правом полушарии при анатомических исследованиях [30]. Возможно, более высокую внутриполушарную когерентность правого полушария можно рассматривать как показатель более низкого уровня кортикальной дифференциации. Межполушарный индивидуальный профиль оказывает влияние на топику показателей когерентности: у правшей выявлены большие значения когерентности ЭЭГ в передних и центральных областях, чем у левшей, во всех частотных диапазонах [16].
Современным продолжением метода когерентного анализа можно считать использование оценок фазовой синхронии. Они отражают степень совпадения фаз колебаний, происходящих на определенной частоте, в различных участках коры или привязку фаз к повторяющемуся стимулу. Соответственно различают пространственную фазовую когерентность и временную, или когерентность между пробами (т1ег1;па1). Величина фазовой синхронии определяется как (1 - круговая дисперсия) и подобно коэффициентам когерентности может принимать значения в интервале от 0 (отсутствие синхронии) до 1.
Считают, что фазовая синхронизация ос-цилляторной активности - основное средство коммуникации между нейронными сетями при осуществлении психической деятельности и ее оценка дает сведения о механизмах переработки информации, которые не могут быть получены другими методами [59]. Так, пространственная фазовая синхронизация свидетельствует не только о функциональной связи между удаленными популяциями нейронов, но и помогает определить конкретный момент коммуникации между ними. Тем самым она отражает передачу информации между глобальными и локальными нейронными сетями и позволяет судить о последовательности нейронных процессов, вовлеченных в решение когнитивной задачи. Временная фазовая когерентность, в основе которой лежит переустановка фаз колебаний в ответ на поступающий стимул, указывает на вклад определенных частотных диапазонов во временную регуляцию когнитивных операций, связанных с его обработкой.
Согласно существующим представлениям, высокочастотные колебания ЭЭГ обеспечивают взаимодействие внутри локальных нейронных сетей, а более медленные - важны для дистантного объединения мозговых структур в функциональные динамические системы. Более того, полагают, что интеграция удаленных участков мозга при
когнитивной деятельности происходит на основе взаимодействия более медленных ритмов с бета-и гамма-осцилляциями [74, 75]. В многочисленных исследованиях показано, что синхронизация колебаний в гамма-полосе лежит в основе осуществления таких важнейших психических процессов, как опознание стимулов, внимание, рабочая память. Когерентность альфа-волн сопровождает процессы зрительного восприятия и межмодальной интеграции информации. Тета-ритм участвует в функциональном объединении субсистем, связанных с формированием и воспроизведением мнестических образов [5, 31, 59, 74].
Нужно отметить, что помимо когерентного анализа в современных работах, направленных на изучение пространственно-временной структуры ЭЭГ, используется целый ряд новых подходов [10, 21, 39, 40]. Однако в данной статье ограничимся обзором исследований шизофрении с помощью оценки когерентности и фазовой синхронии. Хотя оба показателя имеют свои ограничения и источники ошибочной интерпретации [9, 65, 72], их применение остается главным направлением в изучении интегративной деятельности мозга на уровне его биоэлектрической активности.
1. КОГЕРЕНТНОСТЬ В СПОНТАННОЙ ЭЭГ БОЛЬНЫХ
В отличие от спектральных характеристик, единого мнения об особенностях когерентности спонтанной ЭЭГ при шизофрении до сих пор не существует. По данным Стрелец с соавт. [15], у больных шизофренией относительно нормы в состоянии покоя с закрытыми глазами отмечается снижение количества внутри- и межполушарных когерентных связей в различных частотных полосах. Редукция особенно выражена для числа межполушарных связей в тета1-, бета- и гамма-диапазонах, причем у больных с первым эпизодом более значительно, чем при хроническом течении болезни. Другие авторы отмечали тенденцию к росту величин когерентности у пациентов по сравнению с контрольными группами. Так, при шизофрении выявлено увеличение меж- и внут-риполушарной когерентности в дельта-диапазоне в задних регионах [52, 79], внутриполушарной -в тета-диапазоне в лобно-височных регионах слева [47], а для альфа-волн помимо передних левых еще и в ряде областей правой гемисферы [47, 55]. В двух исследованиях описана тенденция к повышению внутри- и межполушарной когерентно с-ти бета-активности в передних и задних отделах коры [47, 52]. Однако есть и исключения. Так,
Винтерер с соавт. [82] обнаружили у больных значимое снижение задневисочной межполушарной когерентности в дельта-полосе, а Йерагани с соавт. [83] - снижение лобно-центральной правопо-лушарной когерентности в бета- и гамма-диапазонах.
Картина еще более противоречива при регистрации ЭЭГ покоя с открытыми глазами. Согласно Таушеру с соавт. [68], при шизофрении имеет место снижение внутриполушарной когерентности в различных ритмических диапазонах. Другие авторы сообщили о ее повышении [49]. Третьи не зафиксировали различий между больными и здоровыми, по крайней мере, относительно альфа-активности [34, 35]. Манн с соавт. [47] отметили у пациентов незначительное увеличение внутриполушарной альфа- и бета-когерентности, а также снижение силы межполушарных связей для медленных волн.
Различия результатов частично объясняются особенностями методических подходов, примененных для регистрации ЭЭГ [49]. Кроме того, важную роль играют клинические характеристики больных. Так, Боб с соавт. [20], регистрируя ЭЭГ в состоянии покоя с закрытыми глазами, нашли отрицательные корреляции между уровнем фазовой синхронии и когерентности осцилляций на частоте выше 7.6 Гц, с одной стороны, и тремя группами симптомов (позитивными, негативными и общими психопатологическими), с другой. Главную роль играли связи левого височного региона с центральными и теменными областями обоих полушарий. Когерентность на частотах ниже 5.4 Гц позитивно коррелировала с негативными симптомами, при этом значимые связи выявлены преимущественно между лобными и центрально-теменными отведениями. Корреляция между пози
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.