ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2007, том 57, № 6, с. 684-691
ФИЗИОЛОГИЯ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ (ПСИХИЧЕСКОЙ) ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА
УДК 612.821+612.822.3
МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ КОМБИНАТОРНЫЙ АНАЛИЗ РИТМОВ ЭЭГ В НОРМЕ И ПРИ ШИЗОФРЕНИИ
© 2007 г. В. Б. Стрелец1, В. Ю. Новотоцкий-Власов1, Ж. В. Гарах1, В. А. Желиговский2, А. Я. Каплан2
1 Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Москва, 2 Кафедра физиологии человека Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова,
e-mail: strelets@aha.ru Поступила в редакцию 12.03.2007 г.
Принята в печать 18.06.2007 г.
На основе сравнительного изучения 38 записей ЭЭГ здоровых испытуемых и 17 записей ЭЭГ больных шизофренией выполнен многопараметрический комбинаторный анализ 176 элементарных спектрально-топографических характеристик ЭЭГ, включающих 11 спектральных диапазонов для каждого из 16 отведений в четырех экспериментальных ситуациях. Комбинаторный анализ включал в себя алгоритм распознавания образов "Кора-n" (для классификации записей ЭЭГ по спектральным диапазонам), впервые адаптированный для работы с характеристиками ЭЭГ в работе Каплана и др. Анализ полного набора элементарных характеристик ЭЭГ показал, что безошибочная классификация записей ЭЭГ здоровых и больных шизофренией в рамках обучающих выборок достигается при сопоставлении спектральных характеристик низкочастотного диапазона ЭЭГ в определенных отведениях в зависимости от типа выполняемой задачи. В этих отведениях спектральная мощность низкочастотных диапазонов ЭЭГ в группе здоровых была всегда выше, чем в группе больных шизофренией. При абстрактных и пространственно-образных мыслительных процессах нарушения у больных выявлялись соответственно в левом или в правом полушарии. Кроме того у пациентов наиболее часто обнаруживалось снижение по сравнению с нормой мощности ЭЭГ в нижнелобной области правого полушария по дельта-диапазону и в нижневисочной области левого полушария по тета-диапазону. Эти факты свидетельствуют о проявлении при шизофрении феноменов "гипофронтальности" и "гипотемпоральности", для которых характерен дефицит медленных, "фундаментальных" ритмов ЭЭГ, препятствующий нормальному выполнению когнитивных функций. Обнаруженный дефицит медленноволновой ритмики ЭЭГ может быть связан с нарушением префронтального торможения, возможно, обусловленного известными нейрохимическими сдвигами при шизофрении.
Ключевые слова: норма, шизофрения, различия спектральной мощности ЭЭГ.
The Multipleparameter Combinatory Analysis of EEG Rhythms in Norm and at Schizophrenia
V. B. Strelets, V. Yu. Novototsky-Vlasov, Zh. V. Garakh, V. A. Zeligovsky, A. Ya. Kaplan
Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology, Russian Academy of Sciences, Department of Human Physiology, Lomonosov State University, Moscow, e-mail: strelets@aha.ru
On the base of EEG records of 38 healthy subjects and 17 schizophrenic patients the statistical structural analysis of 176 elementary characteristics in all 11 spectral ranges for each of 4 experimental conditions was carried out, employing "Kora-n" recognition algorithm, adopted for EEG analysis by Kaplan. The list of characteristics with a minimal error revealed statistically significant differences between spectral power of delta- and theta-ranges in healthy subjects and schizophrenic patients. Spectral power of these slow rhythms was always higher in the formers then in the latter. As a whole, in schizophrenic patients the decrease of delta-rhythm spectral power in the lower frontal area of right hemisphere and theta-rhythm - in the lower temporal area of left hemisphere most frequently is observed. These results are in agreement with hypofrontality and hypotemporality characteristic of schizophrenic patients and testify to the lack of "fundamental" brain base of cognitive functions. These facts are evidently connected with the significant neurochemical disturbances taking place in schizophrenia.
Key words: norm, schizophrenia, differences of EEG spectral power.
Несмотря на широкое распространение новых высокотехнологичных методов (позитрон-но-эмиссионная томография, функциональная магнито-резонансная томография и др.) исследования функционального состояния мозга при изучении мозговых заболеваний, методы ЭЭГ и магнитоэнцефалография (МЭГ) остаются наиболее адекватными в отображении быстро-протекающих в мозге информационных процессов. Важнейшую роль в осуществлении психической деятельности играют быстрые ритмы ЭЭГ [7], однако наряду с этим "фундаментальные" медленные ритмы ЭЭГ (дельта- и тета-ритмы), несомненно, вносят свой специфический вклад. По данным многочисленных исследований, эти ритмы связаны с кодированием объектов и удерживанием их в рабочей памяти [11, 16]. Во многих работах показано, что число медленных волн повышается при когнитивной деятельности [14, 16]. В наших работах [2, 3] обнаружено, что у больных шизофренией спектральная мощность медленных волн снижена по сравнению с нормой. Это коррелирует с нарушением выполнения нейропсихологических тестов при данном заболевании [4, 8, 17, 22]. В основном эти результаты были получены при изучении различий между отдельными усредненными спектральными характеристиками ЭЭГ в норме и при патологии.
Между тем очевидно, что совокупности спектральных показателей ЭЭГ в определенных комбинациях могут обладать гораздо большей диагностической мощностью, чем взятые по отдельности. В связи с этим в настоящей работе применяли многопараметрические комбинаторные методы классификации, позволяющие обнаружить диагностически значимые совокупности ЭЭГ-показателей при сравнении записей ЭЭГ здоровых испытуемых и больных шизофренией.
Цель настоящей работы - найти оптимальные спектрально-топографические комбинации показателей ЭЭГ для классификации обучающих выборок записей ЭЭГ здоровых испытуемых и больных шизофренией с минимальной ошибкой.
МЕТОДИКА
Исследование проведено на двух группах испытуемых: группа контроля (38 практически здоровых испытуемых) и группа больных шизофренией (17 человек), относящихся к категории F2 по МКБ-10. В исследование отбирали (как в группу контроля, так и в группы
больных шизофренией) соматически здоровых правшей, без указаний в анамнезе на черепно-мозговые травмы, воспалительные заболевания или иного рода органическую патологию ЦНС.
В группу контроля (норму) вошли лица от 18 до 55 лет, средний возраст - 28 ± 6 лет, мужчин - 20, женщин - 18. Группу больных шизофренией составили 17 больных от 18 до 54 лет, средний возраст - 30.3 ± 10.6, 9 мужчин и 8 женщин. К моменту обследования все больные находились вне терапии нейролептиками не менее 7 дней перед исследованием. Все испытуемые подписывали Информированное согласие на участие в исследовании.
ЭЭГ у всех испытуемых регистрировали в состоянии покоя (с закрытыми глазами) и в процессе выполнения когнитивных проб на счет в уме, пространственное воображение и мысленный счет часов по воображаемому циферблату при закрытых глазах (последняя задача составлена так, что она адресовалась к обоим полушариям коры головного мозга). Регистрацию ЭЭГ при предъявлении тестов проводили с последующим контролем полученных результатов тестирования.
Электроды располагали по международной схеме 10-20%. Фильтры высоких частот были установлены на 45 Гц, постоянная времени -0.3 с. Испытуемые во время записи ЭЭГ сидели в кресле в затемненной, относительно звукоизолированной, экранированной камере. Запись ЭЭГ проводили монополярно относительно ушных электродов в 16 отведениях: Fp1, Fp2, F3, F4, F7, F8, С3, С4, Т3, Т4, Т5, Т6, Р3, Р4, 01, 02 на установке, состоящей из 16-канального усилителя фирмы МБН (Москва) и персонального компьютера (частота опроса 100 Гц).
ЭЭГ регистрировали в течение 100 с для каждой функциональной пробы. Для записи данных и вычисления спектральных показателей использовали программу "НЕЙРОКАР-ТОГРАФ" фирмы МбН. При расчете спектральных показателей проводили усреднение данных анализа 10 эпох длительностью 5 с отдельно для каждой функциональной пробы (задачи). В работе использовали значения спектральной мощности по 11 диапазонам: 6 общим - дельта (0-4 Гц), тета1 (4-6 Гц), те-та2 (6-8 Гц), альфа (8-13 Гц), бета1 (13-20 Гц), бета2 (20-40 Гц), - и 5 дополнительным - альфа1 (8-9 Гц), альфа2 (9-11 Гц), альфа3 (11-13 Гц), низкочастотной бета2 (20-30 Гц) и гамма (30-
"Ошибки включения" (см. текст) каждого из спектрально-топографических показателей ЭЭГ, вошедших согласно выполненному комбинаторному анализу в диагностические признаки для классификации записей ЭЭГ в отношении их принадлежности здоровым испытуемым или больным шизофренией
Частотные полосы
Тест дельта тета1 тета2
отвед. ОВ, % отвед. ОВ, % отвед. ОВ, %
I Е7 17 Т5 14
II Е8 17 Е3 16 С4 17
Е7 17
Е8 13
С3 18
Т3 16
Т5 16
02 18
III Ер2 16 С4 16
Е8 12 02 10
Т6 17
IV Ер1 12 Т5 9
Ер2 13
Е8 8
Примечание. ОВ - ошибка включения; отвед. - ЭЭГ-отведения в стандартных обозначениях; условия тестирования: I - фон, II - арифметический счет, III -пространственное воображение, IV - счет часов.
40 Гц). В результате для каждой пробы каждого испытуемого анализировали 176 показателей - оценки спектральной мощности в 11 диапазонах ЭЭГ по 16 отведениям.
Для классификации записей ЭЭГ по спектральным диапазонам проводили многопараметрический комбинаторный анализ ЭЭГ-за-писей по 176 показателям на основе алгоритма распознавания образов (программа "Кора-п"), впервые адаптированного для анализа ЭЭГ в работе А. Я. Каплана и др. [1]. На первом этапе классификации каждый из показателей ЭЭГ кодировали в бинарном виде в зависимости от того, выше или ниже определенного порога оказывалось его значение для данной записи. Порог для каждого показателя ЭЭГ подбирался автоматически таким образом, чтобы здоровые испытуемые и пациенты максимально разделились по обе стороны порога. Указанный порог фиксировался при достижении минимально возможного значения "ошибки включения" - половинной суммы долей испы-
туемых (в процентах) в каждой группе, попавших при наи
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.