ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2004, том 30, № 5, с. 12-17
УДК 612.821:612.822.3
ИЗМЕНЕНИЯ СПЕКТРА ЭЭГ И СУБЪЕКТИВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА ПРИ ДВУХ ТИПАХ ОРГАНИЗАЦИИ СУПЕРПОЗИРОВАННЫХ СВЕТОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
© 2004 г. А. Т. Бондарь, А. И. Федотчев, О. В. Пивоварова, А. В. Ларионова
Институт биофизики клетки РАН, г. Пущино Поступила в редакцию 19.05.2003 г.
Две частоты синусоидальных сигналов (постоянная 13 Гц и непрерывно изменяющаяся от 1 до 6 Гц и обратно до 1 Гц) одновременно предъявлялись испытуемым с помощью очков со светодиодами либо на оба глаза в виде произведения (амплитудная модуляция постоянной частоты переменной частотой), либо раздельно на разные глаза. При обоих видах комплексно-частотных воздействий выявлен основной общий признак в виде ромбовидного паттерна резонансной активации спектра ЭЭГ, подобного спектральной динамике сигнала в случае его амплитудной модуляции, что указывает на определяющую роль процессов амплитудной модуляции ЭЭГ в ответах нервной системы на внешние комплексно-частотные ритмические воздействия. В результате обоих типов фотостимуляции у испытуемых зарегистрирован существенный рост спектральной плотности ЭЭГ и позитивные сдвиги показателей самочувствия, активности и настроения (тест САН). Кроме того, в результате раздельной стимуляции глаз отмечены позитивные сдвиги в уровне тревожности и показателе работоспособности (тест Люшера), а также достоверная корреляция между выраженностью ЭЭГ-реакций и сдвигами самочувствия. Выявленные различия объясняются с точки зрения вовлечения механизмов межполушарного взаимодействия в процессы обработки мозгом сложных ритмических сигналов.
Разнообразные ритмические воздействия широко используются при изучении механизмов реактивности мозга на сенсорную стимуляцию, а также в медицине - при диагностике состояний ЦНС и в качестве средства коррекции многих функциональных расстройств [1]. В ряде недавних публикаций показано, что наиболее эффективными с точки зрения терапии функциональных нарушений являются специально организованные поличастотные ритмические воздействия: аудио-визуальные стимулы и электромагнитные поля варьирующей частоты [2, 3], электрические и оптические импульсы, предъявляемые латерализо-ванно с разной частотой [4, 5], или световые раздражители, динамически модулируемые биоритмами мозга [6]. Однако как в упомянутых публикациях, так и в других источниках вопрос о физиологических механизмах, лежащих в основе повышенной эффективности таких комплексно-частотных воздействий, до сих пор не рассматривался, несмотря на его актуальность.
Удобной моделью для исследования механизмов реактивности мозга человека на поличастотные ритмические воздействия является подход, предполагающий анализ резонансно-подобных электроэнцефалографических (ЭЭГ) реакций, которые возникают в разных зонах мозга при предъявлении человеку ритмических световых раздражителей изменяющейся частоты [7]. Достоинство данного подхода заключается в том,
что резонансная активация ЭЭГ затрагивает только те спектральные компоненты электрической активности мозга, которые в данный момент совпадают по частоте с частотой стимуляции и ее гармоник. Это позволяет по динамическим паттернам резонансной активации ЭЭГ судить о динамике взаимодействия эндогенных и экзогенных ритмических процессов.
Цель настоящей работы - исследование реакций ЦНС на два типа комплексно-частотных световых воздействий. В первом случае несущая и модулирующая частота синусоидальных сигналов, генерируемые компьютером, одновременно подавались на оба глаза, во втором случае - на разные глаза. Задача исследования заключалась в изучении фотоиндуцированных перестроек спектра ЭЭГ и сдвигов субъективных характеристик состояния под влиянием каждого типа стимуляции.
МЕТОДИКА
Исследование проведено на 5 испытуемых-добровольцах. Каждый из них принял участие в 4-6 обследованиях, проводившихся по общей схеме, которая включала 2-минутный исходный фон и два световых воздействия длительностью по 5 мин, разделенных интервалом покоя 1 мин. В ходе обследования испытуемый находился в положении сидя с закрытыми глазами. Стимуляцию
Сигнал, левый глаз Сигнал, правый глаз ЭЭГ, правая затылочная зона
Рис. 1. Динамики спектра стимулов и ЭЭГ правой затылочной зоны испытуемого Д.Д. при бинокулярном воздействии амплитудно-модулированными сигналами.
По оси абсцисс - частота спектра, Гц; по оси ординат - время эксперимента, с. Ось X - спектральная плотность, отраженная в интенсивности окраски.
осуществляли с помощью очков, в затемненные линзы которых были вмонтированы красные све-тодиоды. Очки были фотометрически протестированы и отрегулированы так, чтобы мощность свечения светодиодов была равной и не превышала 100 мкВт.
Частоты синусоидальных сигналов, генерируемые стимуляционным компьютерным комплексом и подаваемые на очки, для легкости их идентификации обладали как количественными, так и качественными различиями. Одна из частот в ходе всего светового воздействия была постоянной и составляла 13 Гц, а другая - непрерывно изменялась, проходя фазу возрастания от 1 до 6 Гц и фазу убывания до 1 Гц. В первой серии на оба глаза подавались сигналы, полученные путем перемножения этих частот (амплитудной модуляции постоянной частоты переменной частотой). Во второй серии постоянная и переменная частоты подавались на разные глаза.
В ходе обследований с помощью ЭЭГ-ком-плекса "Вгшп8у8" (фирма "Хардсофт", Москва) осуществляли многоканальную регистрацию ЭЭг монополярно с объединенным ушным референтным электродом. Фильтрацию ЭЭГ при записи осуществляли в диапазоне 2-32 Гц, частота дискретизации сигналов была 200 Гц. Последующему анализу подвергали ЭЭГ симметричных затылочных отведений (01 и 02 по международной
системе 10-20). При обработке записей применяли модификацию динамического спектрального анализа, в которой быстрые преобразования Фурье (БПФ) выполняются для 5-секундных эпох ЭЭГ, последовательно смещающихся по ходу всей записи с перекрытием 50% [8]. В ходе количественного анализа методом БПФ из полученных индивидуальных спектров выделяли частотные участки 7-19 колебаний в секунду и определяли их интегральную спектральную плотность для периодов непосредственно предшествующего фона и стимуляции.
Перед началом и по окончании каждого обследования проводили опрос и тестирование испытуемых с помощью теста дифференцированной самооценки состояния (тест САН) по шкалам самочувствие, активность и настроение, а также с помощью цветового теста Люшера, определяющего уровень тревожности и работоспособности испытуемых. Статистическую обработку результатов проводили с помощью пакета программ "Origin 6.0".
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Особенности электрических реакций мозга на используемые два типа световых воздействий исследовались путем сопоставления спектральных динамик, полученных в результате обработки по-
Сигнал, левый глаз
БОНДАРЬ и др. Сигнал, правый глаз
ЭЭГ, левая затылочная зона
35030025020015010050
0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30
0
Рис. 2. Динамики спектра стимулов и ЭЭГ левой затылочной зоны испытуемого Л.А. при раздельном предъявлении двух частот стимуляции на левый и правый глаза. Остальные обозначения см. рис. 1.
даваемых сигналов и ответных ЭЭГ-реакций. Ниже представлены типичные примеры таких спектральных динамик для случаев бинокулярной стимуляции амплитудно-модулированными сигналами (рис. 1) и раздельной подачи постоянной и переменной частот на разные глаза (рис. 2).
При рассмотрении представленных примеров следует иметь в виду, что ЭЭГ-спектры, в отличие от спектров сигнала, отражают не только вызванную, но и спонтанную электрическую активность мозга, характеризующуюся большим разнообразием ритмических компонентов. В результате картина спектральной динамики ЭЭГ является значительно менее контрастной, чем картина динамики сигнала. Тем не менее, на обоих рисунках можно видеть отдельные упорядоченные спектральные структуры, которые как раз и отражают динамику вызванных стимуляцией ЭЭГ-ответов. Важно подчеркнуть, что для обоих видов стимуляции характерна нелинейная реакция электрической активности мозга, т.е. определенные различия в компонентном составе спектров для стимула и для вызванной ЭЭГ-ак-тивности.
В случае бинокулярного предъявления ампли-тудно-модулированных световых стимулов (рис. 1) в динамике спектра ЭЭГ обнаруживается ромбовидный паттерн резонансной активации, подобный спектральной динамике сигнала. Некоторые отличия этих динамик проявляются в специфике
резонансных пиков, местоположение которых соответствует вторым гармоникам в спектре ЭЭГ.
Иная картина наблюдается в случае раздельной подачи двух частот стимуляции на разные глаза (рис. 2). В динамике спектра ответных реакций электрической активности мозга при существенно разных динамиках сигналов для левого и правого глаза отмечается такой же ромбовидный паттерн резонансной активации, как и в первом случае (рис. 1). Специфика ЭЭГ-реакций при раздельном предъявлении частот на разные глаза проявилась лишь в наличии на спектрах ЭЭГ наряду с ромбовидным паттерном также резонансных спектральных пиков с постоянной частотой 13 Гц.
Таким образом, при наличии некоторых специфических деталей, спектральные динамики ЭЭГ для двух типов световых воздействий характеризуются основным общим признаком в виде ромбовидного паттерна резонансной активации, подобного спектральной динамике сигнала в случае его амплитудной модуляции. Полученные данные свидетельствуют, что наблюдаемые в ЭЭГ при восприятии поличастотной стимуляции нелинейные явления определяются, главным образом, амплитудной модуляцией, в основе которой лежат мультипликативные процессы, связанные с системой задержек в ЦНС.
Таблица 1. ЭЭГ-показатели, зарегистрированные при двух типах организации световых ритмических воздействий
ЭЭГ-показатели
Тип стимуляции Зона ЭЭГ Исходная спектральная ЭЭГ-реакции
плотность, мкВ/Гц на стимуляцию, %
Одновременное предъявление несущей Левая затылочная 1.22 ± 0.25 14.9 ± 3.6*
и модулирующей частот на оба глаза 1.06 ± 0.18 12.3 ± 4.7
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.