ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2010, том 36, № 6, с. 24-31
УДК 616.073.75-52
ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАММА, ВЫЗВАННЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ В УСЛОВИЯХ ИЗБИРАТЕЛЬНОГО ВНИМАНИЯ И УРОВЕНЬ РЯДА МЕТАБОЛИТОВ В ПРЕФРОНТАЛЬНОЙ КОРЕ ГОЛОВНОГО МОЗГА
© 2010 г. И. С. Лебедева1, Н. А. Семенова2, А. В. Петряйкин3, А. Ю. Аграфонов3,
А. А. Митрофанов1, Т. А. Ахадов3
Учреждение РАМН Научный центр психического здоровья РАМН, Москва 2Институт химической физики им Н.Н. Семенова РАН, Москва 3Научно-исследовательский институт неотложной детской хирургии и травматологии, Москва
Поступила в редакцию 22.12.2009 г.
Результаты предварительного анализа на первом этапе проводимого исследования выявили статистически значимые взаимосвязи между электрофизиологическими показателями и уровнем ряда метаболитов (определяемых методом протонной магнитно-резонансной спектроскопии) в дорзо-латеральной префронтальной коре левого полушария. Обнаруженные закономерности, как предполагается, опосредуются индивидуально-специфичными особенностями активации данной области головного мозга и ее вклада в обеспечение функций обработки информации. При этом нейрофизиологические маркеры сниженного функционального состояния головного мозга ассоциируются с более низким уровнем Ж-ацетиласпартата и холинсодержащих веществ и более высоким уровнем креатина/фосфокреатина в тестируемой области префронтальной коры левого полушария.
Ключевые слова: ЭЭГ, слуховые вызванные потенциалы, парадигма oddball, магнитно-резонансная спектроскопия, дорзолатеральная префронтальная кора.
Регистрация ЭЭГ и вызванных потенциалов (ВП) является одними из наиболее часто применяемых неинвазивных методов исследования работы головного мозга благодаря объективности и, вместе с тем, доступности, позволяющей охватить большие выборки испытуемых. С другой стороны, при высокой временной разрешающей способности нейрофизиологический анализ характеризуется относительно малой возможностью определить топографическую локализацию выявленных феноменов. Для повышения пространственной точности электрофизиологических данных перспективным является подход, предусматривающий сочетание ЭЭГ и ВП с данными, полученными с помощью других способов нейровизуализации и определения функций головного мозга, в том числе и таким, как протонная магнитно-резонансная спектроскопия (МРС).
Последний метод дает возможность прижизненного неинвазивного определения в выбранных зонах головного мозга ряда метаболитов, таких как, например, Ж-ацетиласпартат (ЖАА), холинсодержа-щие соединения (СНв), креатин и фосфокреатин (Сг), глутамат и глутамин, миоинозитол (т1), лактат.
Многочисленные исследования связывают изменения в концентрациях этих веществ с гибелью или поражением нейронов (ЖАА), пролиферацией гли-
альных клеток (ml), воспалительными процессами (Cho), нарушением энергетического обмена (Cr), что позволяет успешно разрабатывать спектроскопические показатели для применения в клинической практике [1, 2]. Вместе с тем, значение вариабельности биохимических характеристик, определенных методом протонной МР-спектроскопии, в популяции здоровых испытуемых, особенно в отношении когнитивных функций, остается еще недостаточно изученными.
Так, в ряде исследований было показано, что в левой лобной области (белом веществе) индекс NAA/Cr был связан с уровнем так называемых исполнительных (executive) функций у пожилых испытуемых, в сходной по возрасту группе людей уровень NAA во всем сером веществе головного мозга был связан с вербальной памятью, а показатели зрительной памяти коррелировали с уровнем Сг (с положительным знаком) и Cho (с отрицательным знаком) в височных зонах [3]. Юнг и др. [4] указали на взаимосвязь между уровнем NAA и Cho (в белом веществе теменно-затылочных зон левого полушария) и суммарной оценкой по нейропсихологическому тестированию, в другом исследовании [5] уровень NAA, усредненный для левого хвостатого ядра, левой лобной и затылочной зоны, правой доли мозжечка, по-
ложительно коррелировал с фактором, отражающим глобальное когнитивное функционирование.
Одной из топографических зон головного мозга, где выделение подобных ассоциаций между биохимическими маркерами метаболизма и характеристиками когнитивного функционирования головного мозга можно было бы ожидать с высокой вероятностью, является префронтальная кора — область, связанная с обеспечением высших интегративных функций, с процессами поддержания оперативной (рабочей) памяти, принятия решения, оценки значимости поступающей информации.
Надо сказать, что опубликованные к настоящему времени результаты таких исследований единичны. Так, не были выявлены корреляции между индексом NAA/Cr в префронтальной коре правого и левого полушария и показателем выполнения по тесту Струп [6], между NAA/Cr и активацией коры во время выполнения Висконсинского теста сортировки карточек [7], между NAA и уровнем исполнительных функций [8]. Вместе с тем, как было показано, уровень Cho в левой префронтальной области обратно связан с показателем так называемого "позитивного аффекта" (уровня активности, энтузиазма, внимания) [9].
Следует отметить, что во всех вышеперечисленных работах биохимические показатели соотносились с данными психологического обследования, аналогичных по своим подходам публикаций, где использовали бы нейрофизиологические маркеры, найдено не было, а ведь последние являются высокообъективными характеристиками состояния головного мозга, в том числе и относительно когнитивных его функций. Так, к настоящему времени, накоплен обширный материал, например, позволяющий рассматривать параметры волн слуховых ВП в парадигме избирательного внимания (oddball) как маркеры отдельных этапов обработки информации. В рамках предлагаемого выше подхода, сравнение этих данных с результатами МР-спектроскопии у психически и неврологически здоровых испытуемых позволило бы проанализировать взаимосвязи между функциональным состоянием головного мозга, оцениваемым по электрографическим показателям, и биохимическим профилем (уровнем ряда маркеров метаболизма) префронтальной коры.
Настоящая публикация представляет результаты предварительного анализа, выполненного на первом этапе проводимого исследования. В данном фрагменте использовали нейрофизиологические маркеры функционального состояния во время спокойного бодрствования (фоновая ЭЭГ) и во время выполнения задачи на избирательное внимание (слуховые ВП в парадигме oddball).
МЕТОДИКА
Обследовали 8 психически и неврологически здоровых мужчин в возрасте 19—24 лет (22.0 ± 2.1),
все правши, без наследственного отягощения по психическим заболевания, без нарушений слуха, без черепно-мозговых травм в анамнезе (испытуемые рекрутировались из знакомых с известным анамнезом, данные также верифицировали по результатам короткого собеседования с врачом и проведенных обследований).
Все испытуемые подписали информированное согласие для участия в обследовании.
Магнитно-резонансную томографию (МРТ) и нейрофизиологическое обследование проводили в течение двух последовательных дней (6 испытуемых) или через сутки (2 человека), в течение данного временного интервала отсутствовали значимые изменения состояния (болезни, сильные стрессы), что определяли на основании опроса испытуемых.
Регистрацию ЭЭГ и слуховых ВП проводили на аппаратно-программном комплексе топографического картирования биопотенциалов мозга (Neuro KM, НМФ "Статокин", Россия) в комплекте с аудиогенератором (МБН, Россия), обработку проводили с помощью программы Brainsys ("Нейромет-рикс", Россия).
Процедура включала регистрацию фоновой ЭЭГ, затем регистрацию слуховых вызванных потенциалов.
Биоэлектрическую активность регистрировали в 16 отведениях (F7, F3, F4, F8, T3, C3, Cz, C4, T4, T5, P3, Pz, P4, T6, O1, O2; система 10—20), с референтным объединенным ушным электродом. Полоса пропускания составляла 1—35 Гц для фоновой ЭЭГ, 0.5— 35 Гц — для вызванных потенциалов, частота оцифровки в обоих случаях составляла 500 Гц.
На записи фоновой ЭЭГ "вручную" удаляли фрагменты с артефактами, спектральный анализ проводили для отрезка ЭЭГ длительностью 84—88 с с эпохой анализа 4 с (в анализ не брали 4-секундные отрезки, на которые попадал "разрыв" записи из-за удаленных артефактов). Результатом анализа являлись величины спектральной мощности в диапазонах А (1-4 Гц), 0 (4-8 Гц), а (8-13 Гц), ß1 (13-20 Гц), ß2 (20-30 Гц) (для корреляционного анализа брали десятичный логарифм этих показателей). Итоговая группа составила 7 человек - один испытуемый был исключен из анализа из-за большого числа артефактов в фоновой ЭЭГ.
Регистрацию слуховых вызванных потенциалов проводили в стандартной парадигме oddball с вероятностью предъявления значимого, целевого стимула (тон, частота 2 кГц, интенсивность 60 дБ) - 0.2 и незначимого, нецелевого (тон, частота 1 кГц, интенсивность 60 дБ) - 0.8. Последовательность подачи стимулов определялась компьютером псевдослучайно, межстимульный интервал составлял 2 секунды с вариацией в пределах 20%. В начале процедуры проводили обучающую серию.
Усреднение биоэлектрической активности проводили off-line после "ручного" удаления артефактов
Результаты корреляционного анализа между латентными периодами (ЛП) и амплитудами (Амп) волн вызванных потенциалов и данными МР-спектроскопии (уровни ЖАА, Сг, Скв в левом (Л) и правом (П) полушариях), топография значимых корреляций (отведения ЭЭГ) и соответствующие величины коэффициентов корреляций (в скобках)
N100(нецелевой) P200 N100(целевой) P300
NAA Л ЛП T3 (0.81), Pz (0.71), ЛП Cz (-0.79), C4 (-0.79) Амп Cz (0.82), C4 (0.82),
P4 (0.81) P3 (0.81), Pz (0.83)
П ЛП P3 (0.85) ЛП Т3 (0.72)
Cr Л Амп F8 (-0.78), T4 (-0.86),
Pz (-0.78), P4 (-0.78)
П Амп Т3 (-0.83)
Cho Л Амп Р3 (0.71) ЛП Cz (0.76), P3 (0.73), ЛП Т4 (-0.72)
P4 (0.8)
П Амп Т3 (-0.81)
отдельно для значимых и незначимых стимулов, только для тех предъявлений, которые были правильно отдифференцированы (у двух испытуемых наблюдали по 1 нажатию на нецелевой стимул).
Эпоха анализа составляла 700 мс, престимульный интервал — 200 мс. Усреднение для ВП на целевой стимул проводили для 30
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.