научная статья по теме “ЭЭГ-МАРКЕРЫ” НАРУШЕНИЯ СИСТЕМНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МОЗГА ПРИ ГИПОКСИИ Биология

Текст научной статьи на тему «“ЭЭГ-МАРКЕРЫ” НАРУШЕНИЯ СИСТЕМНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МОЗГА ПРИ ГИПОКСИИ»

ностей и предварительного опыта адаптации к данным воздействиям, наличия генетических и приобретенных программ адаптивного поведения при смене условий [11, 12], текущего функционального состояния и т.д.

В связи с этим, требуется проведение специальных исследований, направленных на расшифровку базисных механизмов индивидуальной чувствительности и устойчивости человека к природному, техногенному и социальному стрессу, и поиск объективных маркеров дезинтеграции системной деятельности мозга, приводящей к срыву деятельности и неадекватности поведенческих реакций. Над данной проблемой работает ряд отечественных и зарубежных лабораторий, однако указанные выше проблемы пока не решены. Одним из адекватных методов моделирования экстремального воздействия на организм, способного вызывать постепенное нарастание напряжения систем регуляции и развитие дезинтеграции системной деятельности мозга, является острая экспериментальная гипоксия с использованием гипоксических газовых смесей [13].

Основной целью настоящей работы являлось изучение нейрофизиологических механизмов, лежащих в основе дезинтеграции системной деятельности мозга на разных стадиях развития острой гипоксии и поиск "ЭЭГ-маркеров" этих нарушений.

МЕТОДИКА

Исследования выполнены с участием 37 здоровых мужчин-добровольцев возрасте от 25 до 34 лет. Перед проведением исследований у всех испытуемых собирали анамнез об общем самочувствии, и режиме труда и отдыха в течение двух предыдущих дней. Лица, испытывающие даже легкое недомогание, психологический дискомфорт, употреблявшие накануне алкогольные напитки или медикаменты, принимавшие участие в интенсивных физических тренировках или спортивных соревнованиях, к исследованию не допускались.

Гипоксическое воздействие осуществлялось с помощью гипоксических газовых смесей (ГГС) с 8% содержанием кислорода в азоте. Время дыхания ГГС составляло 15-30 мин, длительность восстановительного периода после перевода испытуемого на дыхание атмосферным воздухом составляла 15 мин.

Проводили комплексное электрофизиологическое исследование с использованием компьютерной энцефалографии (электроэнцефалограф ЭЭГА-21/26 "Энцефалан-131-03", фирмы "Медиком МТД", Россия), компьютерной реоэнцефало-графии (реоанализатор-монитор РиД-115, фирмы "Диамант", Россия) с непрерывной регистрацией кислородной сатурации гемоглобина и динамики частоты сердечных сокращений (пульсоксиметр

"Nonin 8500", США), с регистрацией артериального давления, при мониторинге тканевого (транскутанного) напряжения кислорода и углекислого газа (транскутанный монитор ТСМ-3, фирмы "Radiometer", Дания), газового анализа вдыхаемого и выдыхаемого воздуха (компьютерный on-line-газоанализатор КАД-БШ (разработка ИЭФБ РАН, Россия) с датчиком кислорода КЕ-25 фирмы "Figaro", Япония, и датчиком объема воздушного потока РК 80150 серии AWM700 фирмы "Honeywell", США). Вся указанная аппаратура объединена в единый аппаратно-программный сопряженный комплекс, что позволяло регистрировать все физиологические параметры одновременно и проводить совокупный анализ данных.

При математической обработке ЭЭГ использовали спектральный анализ и частотный анализ волн, оценку структуры взаимодействия основных компонентов ЭЭГ [9], динамическую локализацию источников пароксизмальных высокоамплитудных вспышек [14], изучение локальных и пространственных особенностей биопотенциального поля мозга с помощью факторного анализа структуры корреляционных отношений между различными отведениями ЭЭГ [15].

После удаления фрагментов, содержащих артефакты, вычисляли коэффициенты корреляции (КК) между ЭЭГ от всех отведений попарно и формировали матрицы КК ЭЭГ (16 х 16 отведений ЭЭГ) в последовательных эпохах анализа продолжительностью по 3 с. Матрицы КК ЭЭГ анализировали методом "объемов" [16]. Матрицы позволяют представить каждую ЭЭГ как вектор единичной длины в евклидовом пространстве так, что косинус угла между векторами есть КК между соответствующими ЭЭГ. Чем больше скоррелированы процессы, тем меньше углы между векторами. С целью измерения степени линейной зависимости между всеми ЭЭГ, одновременно регистрируемыми в различных отведениях, использован параметр "объем", предложенный Барвинком [16]. Параметр "объем" описывает степень рассеяния кластера векторов и может служить мерой уровня пространственной синхронизации потенциалов мозга. Методом "объемов" оценивали: а) величину VOL - степень рассеяния всего кластера из 16 векторов ЭЭГ, характеризующую глобальную пространственную синхронизацию ЭЭГ. При этом, если VOL = 0, процессы линейно зависимы, если VOL = l, процессы максимально линейно независимы (вектора пучков попарно ортогональны); б) величины RHи LH, характеризующие "объемы" кластеров из 8 векторов ЭЭГ, соответствующих правому и левому полушарию отдельно (степень пространственной ЭЭГ-синхронизации для правой и левой гемисфе-ры); в) величины V(i), i = l, ..., 16, 0% < V(i) < l00% для каждого из ЭЭГ-отведений.

Параметр V(i) (вклад пространственно-асинхронной составляющей) измеряет отличие анализируемой локальной ЭЭГ от совокупности всех остальных регистрируемых процессов (геометрически, насколько данный вектор выделяется из всей совокупности векторов). По результатам факторного анализа матриц КК ЭЭГ оценивали число общих факторов и их вклад в общую факторную дисперсию, вычисляли нагрузки соответствующих ЭЭГ на каждый из факторов. Поскольку значительная доля совокупной факторной дисперсии (до 85-90%) приходится на первые три фактора, в первом приближении можно ограничиться трехмерным факторным пространством, при этом удобно представить пучок ЭЭГ-векторов в виде проекции на плоскости I—II и II-Ш факторов [17]. Строили проекции радиус-векторов (соответствующих 16 отведениям ЭЭГ) на плоскость I—II и II—III факторов. Такое построение позволяло эффективно визуализировать результаты корреляционного анализа многоканальной ЭЭГ и оценивать степень вклада основных систем мозга в пространственно-временную организацию кортикальной активности.

Для оценки активности глубоких структур мозга и их роли в генерации тех или иных паттернов ЭЭГ (в том числе и пароксизмальных) в процессе развития острой гипоксии использовался метод локализации эквивалентных электрических ди-польных источников (ЭЭДИ) [14]. Кратко суть метода заключается в следующем.

Совокупность электрических потенциалов (ЭЭГ), регистрируемых одновременно в различных пространственно разнесенных точках, представляет собой скалярное поле ф, порождаемое многочисленными биоэлектрическими явлениями, протекающими в мозге. Согласно классической теории поля [18], потенциал в точке с радиус-вектором R0, создаваемый указанными биоэлектрическими явлениями в точках с радиус-векторами ri (начало системы координат выбрано внутри мозга), представляют в виде:

ф = £ etl(\Ro-r.|). (1)

Естественно, что (R0 — r) является радиус-вектором от rj до точки, в которой ищется потенциал ф^0). После разложения потенциала ф в ряд по степеням (1/R0) получают ряд:

ф( Ro) = ф(0)( Ro) + Ф( 1)( Ro) + ф(2)( Ro) + ... (2)

Ряд (2) называют мультипольным разложением потенциала.

Первый член ряда (2) представляет собой сумму всех зарядов и для ЭЭГ он равен нулю. Второй член ряда называют дипольным потенциалом. Он определяется дипольным моментом (вектором, получающимся при предельном сближении разноименных зарядов или источника и стока, направление

которого совпадает с осью диполя, а длина равна расстоянию между разноименными зарядами, из которых образован диполь), третий член - квадру-польный потенциал и т.д. Каждый член ряда вносит свой вклад в общий потенциал. Чем больше членов ряда (2) удерживают, тем точнее описание потенциала ф. Поскольку в (2) член ф(и) пропорционален 1/Я0(" + Х), то на больших расстояниях Я0 наибольший вклад в общий потенциал вносит дипольная компонента, если она не нуль (в противном случае основную роль начинает играть квадрупольный потенциал). Диполь рассматривается биофизически как совокупность предельно близких, по сравнению с расстоянием до точки наблюдения, точечных источника и стока. Например, по мере распространения потенциала действия по волокну токи выходят из одной пространственной точки и входят в другую. Диполь описывают его координатами и вектором его момента. Длина этого вектора пропорциональна величине дипольного тока. Если оценивать мощность дипольного источника, то она будет пропорциональна длине вектора дипольного момента, для краткости в дальнейшем полученную длину вектора дипольного момента будем называть "мощностью диполя".

Имея разложение (2), можно попытаться решить обратную задачу - по измеренным на скальпе электрическим потенциалам (ЭЭГ) найти диполь-ный источник, порождающий это поле. Предложено много методов для решения этой задачи в применении к биоэлектрическим явлениям [17, 19].

Мы воспользовались алгоритмом, предложенным для решения задачи трехмерной локализации дипольных источников электрокардиограммы [19]. В этом алгоритме применен принцип минимизации вклада недипольных компонент (а именно минимизируется вклад квадрупольного члена) в пространственный профиль потенциального поля ЭЭГ, и использована модель подвижного эквивалентного электрического диполя в изотропном пространстве. Алгоритм был реализован в компьютерной программе 3DLocEEG [14].

Для каждого отсчета оцифрованной ЭЭГ программа вычисляет координаты эквивалентного электрического диполя в соответствии с указанным алгоритмом. Непрерывно изменяющиеся потенциалы ЭЭГ порождают перемещение точки в трехмерном пространстве головного мозга. Траектория этой точки визуализируется и отображается на анатомические структуры головного мозга в соответствии с данными атласа [20]. В указанном атласе используется система внутримозговых координат Talairach [21].

В системе координат Talairach [21] координаты точек мозга определяются посредством референтных ортогональных координатных плоскостей: горизонтальной, сагиттальной и вертикально-фронтальной. В этой системе координат гори-

зонтальные плоскости располагаются от высшей до низшей точек гемисферы и параллельны меж-комиссуральной плоскости, прох

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