научная статья по теме СВЕРХМЕДЛЕННАЯ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ГОЛОВНОГО МОЗГА ЧЕЛОВЕКА ПРИ ДЕЙСТВИИ РАЗЛИЧНЫХ СЕНСОРНЫХ СТИМУЛОВ Биология

Текст научной статьи на тему «СВЕРХМЕДЛЕННАЯ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ГОЛОВНОГО МОЗГА ЧЕЛОВЕКА ПРИ ДЕЙСТВИИ РАЗЛИЧНЫХ СЕНСОРНЫХ СТИМУЛОВ»

СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ, 2013, том 27, № 3, с. 274-288

УДК: 612.843.7:612.825.55:612.825.57

СВЕРХМЕДЛЕННАЯ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ГОЛОВНОГО МОЗГА ЧЕЛОВЕКА ПРИ ДЕЙСТВИИ РАЗЛИЧНЫХ

СЕНСОРНЫХ СТИМУЛОВ

© 2013 г. И. В. Филиппов, А. А. Кребс, К. С. Пугачев, П. М. Маслюков, Е. В. Зюзин

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославская государственная медицинская академия " Министерства здравоохранения Российской Федерации (ГБОУ ВПО ЯГМА Минздрава России), 150000, г. Ярославль, ул. Революционная, д. 5.

E-mail: filippov@yma.ac.ru

Поступила в редакцию: 31.01.2013 г.

Цель работы - выявить и проанализировать перестройки сверхмедленной биоэлектрической активности (СМБА) над областями проекций зрительной коры (ЗК), слуховой коры (СК) и лобной коры (ЛК) головного мозга испытуемых при предъявлении зрительных, акустических и вкусовых стимулов соответственно. В исследовании приняли участие 15 испытуемых-добровольцев: мужчин и женщин в возрасте 24-41 год (n = 30 экспериментальных наблюдений). Динамика СМБА была зарегистрирована с использованием хлорсеребряных электродов (отведения Fp1 T3, O1), а также многоканальных усилителя и аналого-цифрового преобразователя. Над областями ЗК, СК и ЛК в различных условиях наблюдений выявлена сверхмедленная спонтанная активность в виде постоянного присутствия секундных (период 4-10 с), многосекундных (период 28-60 с), минутных волн (период 4 мин и более), на фоне преимущественно низких значений относительно устойчивого потенциала милливольтового диапазона (от -20 до +20 мВ). При предъявлении различных сенсорных стимулов (зрительных, акустических и вкусовых) над областями ЗК, СК и ЛК соответственно были обнаружены статистически значимые перестройки динамики преимущественно секундных волн, которые проявлялись как стимул-специфические спектральные паттерны, связанные с типом действующих стимулов. Также в ответ на сенсорную стимуляцию возникали статистически значимые перестройки многосекундных волн над изученными областями головного мозга, при этом отсутствовали статистически значимые изменения динамики минутных волн и уровня относительно устойчивого потенциала милливольтового диапазона. Полученные результаты указывают на вовлеченность перестроек динамики различных диапазонов СМБА в процессы переработки зрительной, слуховой и вкусовой сенсорной информации головным мозгом человека.

Ключевые слова: сверхмедленная биоэлектрическая активность, зрительная кора, слуховая кора, лобная кора, функциональные состояния, сенсорные стимулы.

ВВЕДЕНИЕ

В современной научной литературе все более пристальное внимание уделяется исследованию крайне медленных (сверхмедленных) форм биоэлектрической активности головного мозга с частотами менее 0.5 Гц и их участию в различных нейрофизиологических процессах, в том числе в переработке сенсорной информации в ЦНС (Van-hatalo et al., 2005; Nir et al., 2008; Lorincz et al., 2009; Hughes et al., 2011; Van Someren et al., 2011; Kekovic et al., 2012). Общепринятой является классификация (Аладжалова, 1962; 1979; Илюхи-

на, 1977; 1986; 2004) сверхмедленной биоэлектрической активности (СМБА) мозга, которая включает в себя относительно устойчивый потенциал милливольтового диапазона и сверхмедленные колебания потенциалов (СМКП): секундные волны с частотами 0.5-0.1 Гц (период от 2 до 10 с); многосекундные волны с частотами 0.1-0.0167 Гц (период от 10 до 60 с); минутные и многоминутные волны с частотами менее 0.0167 Гц (период более 1 мин).

В наших предыдущих исследованиях было установлено присутствие секундных, многосекундных и минутных СМКП на уровне таламо-

кортикальных представительств зрительной, слуховой и вкусовой сенсорных систем головного мозга крыс. Также нами было установлено, что СМКП в этих таламо-кортико-таламических сенсорных системах у крыс претерпевают характерные перестройки при их сенсорной и электрической стимуляции (Филиппов и др., 2006 а, б, 2008; 2007; Филиппов и др., 2012; Filippov, 2003, 2005; 2008; Filippov, Frolov, 2005; Filippov et al., 2007, 2012).

Вместе с тем следует упомянуть, что результаты экспериментальных исследований на животных имеют некоторые ограничения: во-первых, для исключения артефактов эксперименты проводятся на наркотизированных животных (Albrecht et al., 1998; He, 2003; Filippov et al., 2012); во-вторых, для регистрации СМКП в ходе хронических экспериментов используются металлические ин-трацеребральные электроды (Cooper, Crow, 1966; Хон, Илюхина, 1981; Ikeda et al., 1998; Илюхина, 1977, 1986, 2004; Филиппов и др., 2006 а, б; 2008; 2007; 2012; Filippov, 2003, 2005, 2008; Filippov, Frolov, 2005; Filippov et al., 2007, 2012); в-третьих, актуален вопрос о том, насколько данные, полученные на крысах, могут быть экстраполированы на человека.

Все это и послужило основанием для проведения настоящей работы, которая была направлена на преодоление указанных ограничений. Исследование предполагало изучение СМБА у бодрствующих испытуемых с использованием непо-ляризующихся хлорсеребряных электродов, при максимальном сохранении общей методологической основы предыдущих работ нашей лаборатории (тип, свойства и нормированный характер действующих сенсорных стимулов). Подобный подход представляется обоснованным с учетом доказательств того, что регистрируемая с поверхности головы СМБА человека не является кожно-гальваническим феноменом, а воспроизводимые типовые изменения СМБА, одновременно записанные с интрацеребральных и поверхностных электродов у человека сходны. Также, известно, что от одной и той же пары электродов можно без артефактов зарегистрировать различные виды СМКП на фоне потенциала милливольтового диапазона, значения которого выше амплитуды различных диапазонов СМКП (Аладжалова, 1979; Илюхина, 1977; Viopio et al., 2003; Nita et al., 2004).

Цель данной работы - проанализировать перестройки сверхмедленной биоэлектрической активности над областями проекций зрительной (затылочной) коры, слуховой (височной) коры и

вкусовой коры (лобной коры, в том числе нижних отделов лобной коры) головного мозга испытуемых при предъявлении зрительных, акустических и вкусовых стимулов соответственно.

Задача исследования - проанализировать перестройки динамики СМБА над областью проекции зрительной коры при последовательном предъявлении зрительных стимулов (темноты и ритмической фотостимуляции); провести анализ динамики СМБА над областью проекции слуховой коры при последовательном предъявлении слуховых стимулов (тишины и ритмической фоностимуля-ции); проанализировать динамику СМБА над областью проекции вкусовой части нижней лобной коры при последовательном предъявлении вкусовых стимулов (орошении полости рта вкусовыми веществами с нейтральным, сладким и соленым вкусовыми свойствами).

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Работа проведена в соответствии с принципами Хельсинской декларации всемирной медицинской ассоциации. Каждый включенный в исследования испытуемый был ознакомлен их целями, принципами и ходом. Перед исследованием все испытуемые давали письменное информированное согласие на участие в исследованиях. В исследовании приняли участие 15 относительно здоровых испытуемых добровольцев (восемь мужчин и семь женщин в возрасте от 24 лет до 41 года). Средний возраст мужчин составил 29.1 лет, женщин - 25.6 лет. Каждый испытуемый проходил двукратное исследование (п = 30 повторных наблюдений). Испытуемые находились в экранированной камере в максимально комфортном положении (полулежа), в состоянии бодрствования (глаза открыты). При проведении исследований осуществлялся постоянный визуальный мониторинг поведенческой и двигательной активности испытуемого (чтобы исключить из анализа те участки электрограмм, когда наблюдалось дремотное состояние, а также те фрагменты, которые совпадали с двигательной активностью). Экспериментальные серии в данной работе включали изучение СМБА (СМКП и уровня относительно устойчивого потенциала милливольтового диапазона) в различных условиях (при максимальной изоляции испытуемых от действия посторонних сенсорных стимулов).

Над областями зрительной (затылочной) коры. Испытуемые находились в темноте (0 люкс),

в светонепроницаемых очках и при ритмической фотостимуляции. Для этих целей использовали компьютерный программно-аппаратный комплекс, включавший персональный компьютер, а также управляемый от компьютера светодиодный ЭЭГ фотостимулятор (FSS4, МКС, Россия) и набор прикладного программного обеспечения. Параметры ритмической фотостимуляции: интенсивность 0-1500 люкс, частота 5 Гц, длительность вспышки 0.04 с, длительность паузы между двумя соседними вспышками 0.16 с, скважность светодиодов 20%, паттерн фотостимуляции - четные светодиоды. Все испытуемые во время проведения исследования находились в звукоизолирующих закрытых динамических супра-ауральных наушниках с соответствующими амбушюрами (Sennheiser HD202, Germany).

Над областями слуховой (височной) коры. Испытуемые находились в свето-изолирующих очках, в звукоизолирующих наушниках, в тишине и при ритмической фоностимуляции. Для этого использовали компьютерный программно-аппаратный комплекс, включающий персональный компьютер, звуковую карту (разрешение 16 бит, частота дискретизации 44.1 кГц, амплитуда сигнала на выходе 1 В), программное обеспечение генерации звука с заданными параметрами (Virtins Multi Instruments Pro 3.2, Singapore), а также указанные выше наушники со следующими характеристиками: диапазон воспроизводимых частот 18-18 000 Гц, чувствительность (стандартное звуковое давление) - 115 дБ (на частоте 1 кГц, при амплитуде звукового сигнала на входе 1 В). Параметры фоностимуляции: "щелчки" с интен-сивностю 40 дБ, частота основного звукового тона 1000 Гц, тип тона - синусоидальный, длительность - 0.001 с, интервал между соседними стимулами 0.15 с, стимуляция монофоническая бинауральная.

Над областями вкусовой коры (лобной, в том числе нижней лобной). Испытуемые находились в светонепроницаемых очках, а также в звукоизолирующих наушниках в условиях максимальной изоляции от действия зрительных, звуковых и тактильных раздражителей

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.

Показать целиком