СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ, 2007, том 21, № 4, с. 299-308
СЛУХОВАЯ И ВЕСТИБУЛЯРНАЯ СИСТЕМЫ
УДК 612.014.45
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ОТВЕТЫ С ПОСТОЯННОЙ ЛАТЕНТНОСТЬЮ, ПОЛУЧЕННЫЕ ПРИ РЕГИСТРАЦИИ ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАММЫ, СВЯЗАННЫЕ С ТАКТИЛЬНЫМИ, СЛУХОВЫМИ ОЩУЩЕНИЯМИ И БОЛЬЮ
© 2007 г. Е. М. Цирульников, Е. С. Титков, Г. А. Оганесян, А. И. Смирнова, А. М. Маркович
Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова, РАН 194223 Санкт-Петербург, пр. Тореза 44 E-mail: tsiruln@iephb.ru Поступила в редакцию 17.05.2007 г.
Во время регистрации электроэнцефалограммы (ЭЭГ) получены электрические ответы мозга на стимулы фокусированного ультразвука, вызывающие тактильные ощущения и кожную боль, а также на звуковые стимулы, вызывающие слуховые ощущения. Выделены ответы, характерные для всех стимулов. Одновременное предъявление звукового и ультразвукового стимулов, вызывавших соответственно слуховое и тактильное ощущения, увеличивало амплитуду ответа, по сравнению с ответом на какой-либо один из стимулов, не изменяя его латентности. Ответы на одиночные стимулы сочетались с характерными движениями глаз. Электрические ответы на серию импульсов, связанные с болью, соответствовали по конфигурации ответам при тактильных ощущениях, но с большей амплитудой и увеличивающейся латентностью третьего колебания при изменении его формы. Стимуляция вызывала десинхронизацию ЭЭГ. Полученные электрические ответы на разные стимулы были сходны с описанными в литературе к-комплексами, возникающими спонтанно или в ответ на разномодальные стимулы. Предположительно ответы отражают генерализованную реакцию коры мозга на стимуляцию афферентных кожных и глубинных, в частности, суставных, рецеп-торно-нервных структур.
Ключевые слова: электрические ответы мозга, ЭЭГ, фокусированный ультразвук, тактильная чувствительность, слух, боль, к-комплексы.
В исследованиях с применением фокусированного ультразвука оказалось возможным инициировать различные ощущения: тактильные, температурные, слуховые, мышечную, суставную и другие виды боли, в их числе пять видов кожной боли (Цирульников, 1993; Цирульников и др., 2000; Davies й а1., 1996).
Цель настоящего исследования - охарактеризовать электрические реакции мозга, связанные с ощущениями, инициируемыми с помощью фокусированного ультразвука в первую очередь с тактильными ощущениями и кожной болью, поскольку их можно было вызвать импульсами ультразвука одной и той же интенсивности. Учитывая, что наибольшее количество исследований с регистрацией вызванных электрических реакций мозга было проведено в ответ на звуковые стимулы (Хечинашвили, Кеванишвили, 1985; Гнездицкий, 1997; Альтман, Таварткиладзе, 2003), для сравнения с электрическими ответами на стимуляцию фокусированным ультразвуком использовали получаемые в работе реакции на звук. Основное вни-
мание было сосредоточено на мало изученных медленных электрических колебаниях с латентностью порядка 500 мс и более (Корепина и др., 1998; Корепина, 1999; Новотоцкий-Власов, 2000; Bromm, Scharein, 1982; Bromm, Treede, 1991; Handwerker, Kobal, 1993; Arendt-Nielsen,1994; Davis et al., 1966; Bragard et al., 1996; Spiegel et al., 1996; Towell et al., 1996).
МЕТОДИКА
Электрические ответы регистрировали при помощи аппаратно-программного комплекса для полиграфического картирования электрической активности мозга "Нейро-КМ" фирмы Статокин. Регистрация включала четыре электроэнцефалографических отведения, два лобных (Fp1, Fp2) и два височных (T3, T4) при расположении электродов по международной схеме 10-20 (Jasper, 1958); два отведения для электроокулограмм, по одному для электромиограммы и электрокардиограммы - всего восемь отведений. Стимулирую-
Fp1 Fp2 Т3 Т4
5
6
1Ык Ли ьДЛл/илЛАь -1 мД ь А 1 Л.1 Л. А л
ТГ* Л 1 N г туг ^ •у ч 1/ 'у* Щ/ УМ
■ДА*К,^ V ж
и -—й- гР ) < ч
^Мм ч> И2 А /¡Г '
к -3 Г
у^Мпл^ 1 мм рАЛ №
К V И 1 Д II/*' №
-х/Л/Ч? Др ^-Л / р Ц—А А
V * Д/_-_ -—V
X -— ЛАА/^
Ч/ [100 мк] В - /ж г- „
\г\ Лг Л --^Г^ гп II гл и,
-К -Ы л^нг £
Секунды
Рис. 1. Электрический ответ при стимуляции фокусированным ультразвуком подушечки правого указательного пальца Интенсивность ультразвука - пороговая для тактильного ощущения (в представленном на рисунке случае ощущение отсутствовало); длительность стимула ультразвука - 1 мс. Амплитуда ритмов ЭЭГ уменьшилась до стимуляции после предупреждения испытуемого о включении стимула словом "внимание". По горизонтальной оси - время, с; по вертикальной оси сверху вниз - обозначение отведений от первого к восьмому; калибровка усиления - 100 мкВ. Начало стимуляции совпадает с ультразвуковым артефактом (представлен во всех восьми отведениях), окончание действия артефакта отмечено стрелкой над первым отведением. Цифры 1, 2,3, в отведении Т 3 - нумерация ответных электрических колебаний нулевой линии в ЭЭГ.
Справа от первой (левой) вертикальной штриховой линии - зарегистрированный во время стимуляции артефакт при отсутствии электрического колебательного изменения нулевой линии ЭЭГ в ответ на стимул ультразвука длительностью 1мс, интенсивностью на 10 дБ ниже порога тактильного ощущения. Окончание артефакта (возвращение ЭЭГ к нулевой линии) отмечено второй (правой) вертикальной штриховой линией (испытуемый 69 лет).
щие воздействия на кожу осуществляли фокусированным ультразвуком частотой около 2.5 МГц, одиночными импульсами длительностью 1 и 5 мс, а также разной продолжительности сериями импульсов, следующих с частотой 50 импульсов в секунду. Центр фокальной области ультразвукового излучателя (Гаврилов, Цирульников, 1980) устанавливали на кожу подушечек пальцев, тыла кисти в промежутке между большим и указательным пальцами, на кожу козелка уха и кожу щеки на середине расстояния между козелком и углом рта. Наибольший диаметр поперечного сечения фокальной области составлял 2 мм. Интенсивность одиночных ультразвуковых импульсов (стимулов) изменялась от 5 дБ ниже и до 15 дБ выше порога тактильного ощущения. Порог определяли при увеличении интенсивности стимулов шагом в 1дБ до появления ощущения и принимали после не менее двух положительных ответов из трех измерений. Фокусированный ультразвук получали пои помощи ультразвукового
генератора медицинского назначения (УЗГМ) и фокусирующего излучателя, выполненного на основе пьезокерамики (Гаврилов, Цирульников, 1980; Сенсорное восприятие, 1985). Ультразвук фокусировался на кожу через дегазированную воду, соприкасавшуюся с кожей и с пьезокерами-кой. Во время предъявления ультразвука во всех восьми отведениях появлялся артефакт (рис. 1), который использовали для контроля длительности воздействия и определения латентности электрической ответной реакции мозга - от окончания стимуляции до вершины пика колебания изо-электрической (нулевой) линии в ЭЭГ. Артефакт без ответной реакции занимал промежуток времени после окончания стимуляции до восстановления нулевого уровня в ЭЭГ около 300 мс (рис. 1) Воздействия одиночными стимулами проводили не чаще, чем через 10 с, сериями импульсов - не чаще, чем через 2 мин после предыдущей стимуляции.
7
8
мкВ
дБ
Рис. 2. Изменения амплитуды ответного медленного колебания в зависимости от интенсивности ультразвукового стимула
(Учитывалась наибольшая величина амплитуды в одном из четырех отведений в ответах на стимул фокусированного ультразвука длительностью 1мс) По горизонтальной оси - интенсивность ультразвука, дБ относительно порога тактильного ощущения, по вертикальной оси - амплитуда ответа, мкВ. (испытуемый 69 лет, стимуляция подушечки правого указательного пальца).
Принципиально важно, что для получения тактильных ощущений использовали одиночные импульсы фокусированного ультразвука, а боль вызывали с помощью серий таких же импульсов; при этом воздействия осуществлялись строго локально в одних и тех же местах и, следовательно, на одни и те же рецепторно-нервные структуры. Все это давало возможность проследить изменения ответных электрических реакций при переходе от тактильных ощущений к боли.
В отдельных экспериментах испытуемым предъявляли моноурально одиночные звуковые стимулы как самостоятельно, так и одновременно с тактильной стимуляцией импульсами фокусированного ультразвука. Звуковые стимулы -щелчки возникали в результате подачи импульса постоянного тока длительностью 1мс на акустический телефон ТД-56. Интенсивность щелчков изменяли от 15 дБ ниже порога слухового ощущения до 60 дБ выше порога. Порог определяли методически однотипно с измерением тактильных порогов, при усилении звуковых стимулов шагом по 5 дБ.
О появлении ощущений испытуемые сигнализировали словесно, а также движением пальцев или смещая на ладони тумблер, включающий экспериментатору световой сигнал. Стимуляцию осуществляли внезапно или после предупреждения словом "внимание". Испытуемые удобно располагались в тихом помещении, сидя или лежа с закрытыми глазами.
Секунды
Рис. 3. Изменения амплитуды и инверсия электрических ответов на стимулы фокусированного ультразвука ниже и выше порога тактильного ощущения, при изменении интенсивности по 1 дБ. Длительность ультразвукового стимула - 1 мс, интенсивность - от -3 до + 5дБ. Максимальная амплитуда ответа отрицательной полярности ( вверх от изоэлектри-ческого уровня) при интенсивности стимула - 3 дБ. Инверсия ответа (смена отрицательной полярности на положительную) наступила при интенсивности стимула +3 дБ (отмечена цифрой 1 на отведении Т3) По горизонтальной оси - время, с. Вертикальная линия отмечает момент окончания действия стимула. Слева от вертикальной линии: 1-4 - нумерация, Fp - обозначение лобных отведений, Т - височных отведений. Калибровка усиления - 100 мкВ. Штриховая вертикальная линия ограничивает усредненную латентность ответа (испытуемый 68 лет, воздействие ультразвуком на подушечку правого указательного пальца).
В исследованиях участвовали 17 здоровых испытуемых в возрасте от 21 до 71 года, восемь мужчин и девять женщин. Работу проводили в согласии с положениями Российского национальн
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.