УДК 612.821
ИССЛЕДОВАНИЕ ЛОКАЛЬНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ЭЭГ У ДЕТЕЙ С НАРУШЕНИЯМИ ПСИХИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ МЕТОДОМ НЕЗАВИСИМЫХ КОМПОНЕНТ
© 2014 г. Н. Ю. Кожушко, С. А. Евдокимов, Ю. К. Матвеев, Е. П. Терещенко, Ю. Д. Кропотов
ФГБУН Институт мозга человека им. Н.П. Бехтеревой РАН, Санкт-Петербург
E-mail: kozhushko56@list.ru Поступила в редакцию 05.05.2014 г.
Проведен анализ фоновой ЭЭГ методом независимых компонент в диапазоне от 3 до 13 Гц у детей с нарушениями психического развития перинатального генеза в состоянии бодрствования с открытыми глазами. При более тяжелых формах отставания выявлено достоверное повышение спектров мощности 9-диапазона в лобно-височных отделах коры левого и височных отделах правого полушарий, что позволяет рассматривать эти области в качестве гипотетических источников медленной активности и маркеров повреждения/незрелости фронто-таламической системы, а также височных отделов, отвечающих за слуховой анализ и синтез речевых сигналов, интеграцию аудио- и визуальной информации.
Ключевые слова: ЭЭГ, метод независимых компонент, перинатальная патология, нарушения психического развития.
DOI: 10.7868/S0131164614050087
Изменения в психическом развитии у детей вследствие перинатальной патологии ЦНС являются одной из нейрофизиологических моделей, позволяющей понять мозговые механизмы нарушений (дисфункции, повреждения, незрелости) высших психических процессов. Однако особенности поведения отстающих детей — снижение/отсутствие реакции на инструкции при проведении обследования, расторможенность, неадекватные эмоциональные реакции — создают значительные трудности для исследователей при попытках получить достаточно продолжительную безартефактную запись ЭЭГ в состоянии бодрствования, особенно при закрытых глазах. В связи с этим актуальным является поиск ЭЭГ-маркеров нарушений развития в естественных условиях бодрствования, когда глаза открыты.
В последние годы новые возможности понимания функционального значения биоэлектрической активности мозга открыл метод независимых компонент (ICA), который относится к классу методов выделения сигналов от источников, которые нельзя зарегистрировать непосредственно с помощью доступных датчиков [1, 2]. Метод основан на предположении о статистической независимости временных рядов, соответствующих сигналам от "генераторов" компонент. И целью его применения при анализе ЭЭГ является выде-
ление независимых сигналов, генерируемых различными мозговыми "источниками".
Целью настоящей работы было исследование различий спектральной мощности ЭЭГ в диапазоне от 3 до 13 Гц, полученных методом разделения на независимые компоненты, у детей с разной степенью отставания в психическом развитии в состоянии бодрствования с открытыми глазами.
МЕТОДИКА
Обследовано 108 детей с последствиями перинатального поражения ЦНС в возрасте от 3 до 8 лет. Группы выравнены по представленности детей дошкольного и школьного возраста с целью уменьшения влияние фактора возраста (средние значения по группам достоверно не различались по ¿-критерию Стьюдента). По результатам психолого-логопедического тестирования уровня развития высших психических функций и речи [3] дети были разделены условно на 4 группы.
1 группа была контрольной, ее составляли дети, осваивающие по возрасту программы обучения в массовых дошкольных и школьных образовательных учреждениях (1 класс) — 17 человек, средний возраст — 5 ± 2 лет.
Дети с нарушениями психического развития были разделены на три следующие группы.
Группа 2Л — дети с легким отставанием в развитии (темповые задержки речевого развития, общее недоразвитие речи, дизартрии стертой формы и другие нарушения экспрессивной и им-прессивной речи, не сопровождающиеся отставанием в развитии других психических процессов) —
39 человек, средний возраст 5.5 ± 2 года.
Группа 2С — дети со средней степенью отставания в развитии, обучающиеся в специализированных детских садах и школах (классах) коррек-ционного направления. Это дети с задержками психического развития, нетяжелыми формами расстройств аутистического спектра — с сочетан-ными нарушениями развития высших психических процессов (зрительно-пространственного восприятия, внимания, памяти, мышления, им-прессивной и экспрессивной речи, коммуникативных функций и др.) — 35 человек, средний возраст — 5.2 ± 3 года.
Группа 2Т — дети с тяжелой степенью отставания в развитии с несформированными по возрасту навыками самообслуживания (еда, одевание, туалет и пр.), выраженными трудностями обучения (слабая реакция на обращенную речь, полевое поведение, низкий познавательный интерес и т.п.) — 17 человек, средний возраст 4.7 ± 2 года.
Регистрация ЭЭГ в состоянии бодрствования при открытых глазах (продолжительно-стью около 2 мин) производилась с помощью цифрового электроэнцефалографа "Мицар", пакет программного обеспечения WinEEG. Использовалось 19 хлорсеребряных мостиковых электродов, расположенных на поверхности кожи головы ребенка в соответствии с международной системой 10—20. Референтные электроды располагались на мочках ушей или на лбу. Сопротивление электродов не превышало 5 кОм. Частота оцифровки ЭЭГ составляла 250 Гц. Параметры фильтра высоких частот и фильтра низких частот составляли соответственно 0.53 Гц и 50 Гц. При анализе был использован монополярный монтаж "общий усредненный референт" (Лу).
Коррекция артефактов морганий и горизонтальных движений глаз производилась методом анализа независимых компонент [4]. При анализе исключались также фрагменты ЭЭГ, содержащие высокоамплитудные артефакты быстрых колебаний частотой от 25 до 35 Гц, с амплитудой более
40 мкВ; производился также визуальный анализ и удаление скачков потенциала больше 150 мкВ. После описанной фильтрации отведения ¥8 и ¥7 были исключены из дальнейшего анализа в связи с выраженным подавлением активности по этим каналам методом независимых компонент (из-за артефактов движения электродов, связанных с
особенностями поведения отстающих детей — двигательное беспокойство, плач).
Для количественного анализа фоновой ЭЭГ использованы фрагменты, содержащие более 8 эпох безартефактной записи (более 30 с). При разделении на независимые компоненты индивидуальные ЭЭГ по всем группам объединялись в одну. В результате анализа получили 17 топогра-фий независимых компонент ЭЭГ, которые далее использовались для выделения компонент индивидуальных ЭЭГ. Это позволяло рассчитывать спектр компонент ЭЭГ раздельно для каждой локализации выделенной активности, что уменьшало их взаимное влияние.
Для определения локализации предполагаемых источников независимых компонент ЭЭГ был использован метод томографии низкого разрешения sLORETA [5]. Данный метод позволяет по топографии компоненты определить ее гипотетические источники и поля Бродмана, в которых они предположительно находятся. По данным о локализации все компоненты были ассоциированы с отведениями ЭЭГ по международной системе 10—20.
Для нормализации распределений средние значения спектральной мощности ритмов логарифмировались. Сравнение логарифмов спектральной мощности независимых компонент в настоящем исследовании проведено в диапазоне медленных частот (3—7 Гц) и а-активности (8— 13 Гц). Для определения статистически достоверных различий между группами детей с разной степенью отставания в развитии использовался двухфакторный дисперсионный анализ (ЛЖОШ). Для качественной оценки различий спектральной мощности ЭЭГ между группами детей вычислялся также размер эффекта Кохена.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Достоверные различия между всеми обследованными группами детей при использовании ЛЖОШ выделены в диапазоне медленных волн в лобно-височных отведениях — ¥рх, ¥3, Т3, Т4 и Т6: ¥(15, 276.5) = 1.98, б = 0.75, р < 0.016. В а-диапа-зоне таковые изменения при открытых глазах обнаружены не были: ¥ (15, 276.5) = 1.28; б = 0.83, р < 0.21.
Качественный анализ спектральной мощности независимых компонент по медленным частотам (с использованием эффекта Кохена) выявил постепенный прирост различий в соответствии со степенью тяжести нарушений психического развития (табл. 1). В частности, у детей 1 группы без нарушений развития ни в одном из отведений ЭЭГ проведенный анализ не выявил различий по сравнению с группой 2Л. В то же время сравнение детей группы 2Т (с самы-
Таблица 1. Межгрупповые различия спектральной мощности независимых компонент в диапазоне частот с использованием эффекта Кохена
медленных
Размер эффекта Кохена для логарифма спектральной мощности
ЭЭГ-отведения Группы сравнения
1-2Л 1-2С 2Л-2С 2С-2Т 2Л-2Т 1-2Т
Рр1** 0.09 0.85* 0.62* 0.43 1.11* 1.44*
РР2 0.25 0.77* 0.53* 0.39 1.00* 1.24*
р ** -0.12 0.43 0.47 0.82* 1.31* 1.41*
Рг -0.30 0.41 0.41 0.26 0.69* 0.87*
0.02 0.41 0.32 0.65* 1.11* 1.34*
т ** -0.12 0.51* 0.58* 0.78* 1.48* 1.49*
С3 0.21 0.33 0.12 0.45 0.71* 0.88*
Сг -0.07 0.06 0.13 0.40 0.64* 0.56*
С4 0.28 0.83* 0.66* 0.37 1.34* 1.38*
т ** т4 0.27 0.86* 0.47 0.61* 1.25* 1.84*
Т5 0.17 0.43 0.29 0.44 0.72* 0.82*
Р3 -0.22 0.28 0.37 0.73* 1.19* 1.40*
Рг -0.09 0.21 0.25 0.71* 1.14* 1.30*
Ра -0.35 0.19 0.79* 0.43 1.46* 0.65*
т ** 0.31 0.87* 0.45 0.55* 1.13* 1.72*
О1 0.26 0.54* 0.30 0.62* 1.06* 1.23*
О2 0.31 0.55* 0.19 0.38 0.54* 1.00*
* Значение эффекта на уровне аI > 0.5; ** достоверные различия между группами.
Таблица 2. Регионарные особенности спектральной мощности независимых компонент в покое при открытых глазах (в % к общему спектру ЭЭГ)
Области коры (отведения ЭЭГ)
Суммарные значения спектральной мощности
группы детей
1 2Л 2С 2Т
Лобно-височные (Рр1, Рр2, Т3, Т4) 41.6 31.2 30.2 35
Теменно-височные, затылочные (Т5, Т6, Рэ, Ра, Рг, Оь О2) 45.7 58.9 48.7 46.6
ми тяжелыми расстройствами) выявило отличия от всех остальных групп практически по всем отведениям (табл. 1, рис. 1, 2, 3).
В ЭЭГ-компонентах, где выделены достоверные различия спектральной мощности медленных ритмов (рис. 3), отмечены также спектральные пики: в /рх — на частоте 5.6 Гц (рис. 1); в F3, Т3 — на частоте 5 Гц (рис. 2, 3).
Анализ суммарной спектральной мощности независимых компонент (по всем диапазонам частот) продемонстрировал тенденци
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.