ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2013, том 63, № 1, с. 141-153
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПАТОЛОГИЯ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
УДК 612.822.3
МИКРОСОН: АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ ИЗМЕНЕНИЙ ЭЭГ ПРИ ПСИХОМОТОРНЫХ НАРУШЕНИЯХ
© 2013 г. О. Н. Ткаченко, Т. П. Лаврова, В. Б. Дорохов, В. В. Дементиенко, И. Г. Силькис
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высшей нервной деятельности и
нейрофизиологии Российской академии наук, Москва, e-mail: tkachenkoon@gmail.com Поступила в редакцию 21.03.2012 г. Принята в печать 19.10.2012 г.
Проверяли выдвинутую нами ранее гипотезу о том, что одной из причин нарушений выполнения поведенческих задач при наступлении микросна является спонтанная генерация понто-ге-никуло-затылочных волн, приводящая к ухудшению проведения зрительной информации из сетчатки через наружное коленчатое тело в первичные зрительные области коры и в стриатум, в результате чего значительно затрудняется зрительное восприятие и снижается уровень внимания. Эксперименты проводили в ночное время суток. В ходе выполнения монотонной задачи (двухальтернативного психомоторного теста) у испытуемых повышалась вероятность наступления состояния, определяемого нами как микросон с открытыми глазами. Для каждого участника проведен сравнительный анализ спектральных мощностей ЭЭГ при совершении изолированной ошибки в состоянии микросна с открытыми глазами и в состоянии с нормальным уровнем бодрствования при безошибочном выполнении задания. Выявлены следующие тенденции изменений спектра ЭЭГ: увеличение мощности в нижней части альфа-диапазона и уменьшение в верхних частях альфа- и бета-диапазонов. Изменения в тета-, нижнем бета- и гамма-диапазонах были разнонаправленными. С учетом известных из литературы данных эти изменения указывают на уменьшение активации первичных зрительных областей. Полученные данные могут служить в пользу нашей гипотезы о причинах зрительно-моторных нарушений при микросне с открытыми глазами.
Ключевые слова: микросон с открытыми глазами, спектр ЭЭГ, понто-геникуло-затылочные волны, передача зрительной информации.
Investigation of Features of EEG Changes at Psychomotor Disturbanses
Associated with Microsleep
O. N. Tkachenko, T. P. Lavrova, V. B. Dorokhov, V. V. Dementienko, I. G. Silkis
Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology, Russian Academy of Sciences, Moscow,
e-mail: tkachenkoon@gmail.com
We tested our earlier suggested hypothesis that one of mechanisms for failures of performance of behavioural tasks during microsleep is a spontaneous generation of ponto-geniculo-occipital (PGO) waves that suppress transmission of visual information from the retina via lateral geniculate nucleus to primary visual cortical areas and the striatum, and therefore significantly impair visual perception and attention. Experiments were done during the nighttime. Monotonic testing during performance of the two-alternative psychomotor test invoked participants into a state defined as a microsleep with open eyes. For each participant we made a comparative analysis of intensity of EEG spectrum during state of microsleep with open eyes when failure in test performance occurred and during accurate performance in waking state. Following trends in changes of EEG spectrum were found: increase in intensity of low alpharange, and decrease in intensity of high alpha- and beta-ranges. Changes in theta-, low beta- and gamma-ranges were differently directed. Taking into account the known from the literature data these changes specify decrease in activation of primary visual cortical areas. Revealed data could support our hypothesis concerning mechanism of visual-motor disturbances during microsleep with open eyes.
Keywords: microsleep with open eyes, EEG spectrum, PGO-waves, transmission of visual information. DOI: 10.7868/S0044467713010140
Известно, что в состоянии бодрствования у человека могут происходить существенные колебания уровня внимания, вплоть до непроизвольного возникновения кратковременных эпизодов засыпания, называемых "микросном". Характерная продолжительность таких эпизодов составляет порядка нескольких секунд. При выполнении какой-либо деятельности эпизоды микросна увеличивают время реакции или приводят к полному отсутствию своевременной реакции на внешние стимулы. Есть основания полагать, что предъявляемые во время микросна стимулы субъектом осознанно не воспринимаются. Очевидно, что такие эпизоды становятся опасными, если человеку необходимо находиться в состоянии повышенного внимания. Принято считать, что именно критическое снижение уровня бодрствования является причиной многих аварий и катастроф, связанных с операторской деятельностью. С помощью автомобильного симулятора, имитирующего вождение в течение часа, при одновременном выявлении эпизодов микросна по ЭЭГ показано, что во время таких эпизодов качество вождения существенно ухудшается [8]. Следует отметить, что до сих пор нет стандартного теста для определения состояния микросна и четких критериев разделения микросна и состояний утомления, сонливости и отсутствия внимания. Состояния сонливости и отсутствия внимания ассоциируют с изменением волновой активности мозга, движений глаз, мимики, частоты сердечного ритма. Некоторые авторы различают состояние пониженного внимания (driving without awareness), когда водитель при монотонной работе или вследствие депривации сна совершает неосознаваемые им ошибки, и состояние микросна с закрытыми глазами [20]. При этом состояние микросна определяется как кратковременная дремота, длящаяся 4—5 с [20]. Мы исследовали состояние субъектов, которые в процессе монотонной работы при выполнении психомоторного теста в ночное время суток совершали ошибки при открытых глазах. Это состояние нами определено как микросон с открытыми глазами.
Ранее нами была выдвинута гипотеза о том, что одной из причин нарушений зрительного восприятия при микросне может являться спонтанная генерация понто-геникуло-заты-лочных (ponto-geniculo-occipital, PGO) волн [5, 6]. То, что PGO-волны могут генерироваться в мозге человека, показано экспериментально [16, 23]. Согласно нашей гипотезе, поскольку
генерируемые при микросне РОО-волны распространяются в наружное коленчатое тело, даже если глаза открыты, при этом ухудшается проведение зрительной информации из сетчатки в первичные зрительные области коры и входную структуру базальных ганглиев — стри-атум. С учетом предложенного нами ранее механизма зрительной обработки, включающей зрительное внимание [7], в отсутствие активации стриатума зрительным стимулом не запускается внимание к этому стимулу и ухудшается его обработка во всех зрительных областях коры.
Известно, что состояние человека (бодрствование, сон, усталость) и восприятие им сенсорной информации находят отражение в спектре ЭЭГ [1, 2, 4, 10, 15, 26, 27]. Если предлагаемая нами гипотеза о роли спонтанных РОО-волн в ухудшении зрительного восприятия при микросне верна, то это должно проявиться в изменении спектра ЭЭГ в затылочных областях, под которыми располагаются первичные зрительные области. Задачей настоящей работы являлась проверка выдвигаемой гипотезы. Для этого исследовали особенности изменений спектров ЭЭГ, регистрируемых билатерально с затылочных областей, при психомоторных нарушениях в искусственно вызванном нами состоянии, определяемом как микросон с открытыми глазами (далее микросон).
МЕТОДИКА
В экспериментах участвовали шесть добровольцев. Все они были здоровыми мужчинами в возрасте от 18 до 26 лет с нормальным зрением и не имели опыта работы в ночную смену. Каждый испытуемый участвовал в пяти ночных экспериментах с интервалом между экспериментами от 3 до 22 дней (в среднем 7 дней). Между экспериментами испытуемые соблюдали обычный для себя график сон — бодрствование и избегали длительной депри-вации сна. В течение суток до эксперимента испытуемые не употребляли кофе, чая, алкоголя и шоколада. Все испытуемые были информированы о процедуре эксперимента и подписывали письменное согласие на участие в нем. Участие в экспериментах оплачивалось.
Эксперименты проводились с 22:00 до 05:00 в затемненном звукоизолированном помещении. Экспериментатор, наблюдающий за ходом эксперимента по видеозаписи, и компью-
тер, с помощью которого производили регистрацию данных, находились в соседнем помещении. Испытуемый располагался в кресле с подголовником и держал в руках пульт для выполнения задания. Процедура эксперимента состояла в выполнении двух-альтернативного психомоторного теста. Испытуемого инструктировали как можно быстрее и точнее реагировать на сигнал периодически загорающегося светодиода. Стимулы длительностью 100 мс двух разных цветов (зеленого и красного) предъявляли в случайном порядке со случайным временным интервалом от 2 до 4 с. Вероятность появления зеленого стимула составляла 70%, красного — 30%. Испытуемый должен был как можно быстрее и точнее нажимать на кнопку первого джойстика (правой рукой) или на кнопку второго джойстика (левой рукой) в зависимости от того, зеленый или красный световой стимул был предъявлен. Как показано ранее одним из соавторов [3], такая монотонная деятельность способствует развитию дремотного состояния, которое при углублении может переходить в эпизоды микросна. Если испытуемый засыпал, ему давали поспать не более 20 мин, а затем будили.
В ходе эксперимента регистрировали: ЭЭГ от двух затылочных электродов (01 и 02), электроокулограмму (ЭОГ) от горизонтального и вертикального отведений, кожно-гальваническую реакцию (КГР) и электро-миограмму (ЭМГ). Регистрацию КГР производили посредством оборудования, разработанного ЗАО "Нейроком". Для регистрации ЭЭГ и ЭОГ использовали униполярные хлор-серебряные электроды. В качестве референтного электрода использовали усредненный потенциал от двух электродов, установленных на мастоидных костях черепа. Временное разрешение регистрации сигналов ЭЭГ и ЭМГ составляло 200 Гц, ЭОГ - 100 Гц, КГР -8 Гц. Синхронно с электрофизиологическими показателями с помощью видеокамеры низкого разрешения (10-15 кадров в 1 с) через ^В-интерфейс записывал
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.