научная статья по теме ОСОБЕННОСТИ ЭЭГ ЧЕЛОВЕКА ПРИ КОГНИТИВНО-МНЕСТИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА ФОНЕ ГИПОКСИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ Биология

Текст научной статьи на тему «ОСОБЕННОСТИ ЭЭГ ЧЕЛОВЕКА ПРИ КОГНИТИВНО-МНЕСТИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА ФОНЕ ГИПОКСИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ»

ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2007, том 33, № 2, с. 48-59

УДК 612.821

ОСОБЕННОСТИ ЭЭГ ЧЕЛОВЕКА ПРИ КОГНИТИВНО-МНЕСТИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА ФОНЕ ГИПОКСИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

© 2007 г. Э. А. Бурых, Е. Г. Сергеева

Межинститутская лаборатория сравнительных эколого-физиологических исследований Института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М.Сеченова РАН и Международного научно-исследовательского центра "Арктика" ДВО РАН, Санкт-Петербург

Поступила в редакцию 27.04.2006 г.

Исследованы амплитудно-частотные и пространственно-временные показатели ЭЭГ человека при выполнении различных видов когнитивно-мнестической деятельности в условиях дозированного гипоксического воздействия. Выявлено, что, начиная с 6-й мин гипоксии, достоверно уменьшается скорость и правильность выполнения тестов по сравнению с нормоксическими условиями. Обнаружено, что амплитуда и средний период доминирующей активности ЭЭГ в данном функциональном состоянии выше, чем в ЭЭГ при выполнении тех же тестов в условиях нормоксии, и ниже, чем при гипоксии, не сопровождающейся выполнением деятельности. Пространственно-временные характеристики ЭЭГ в данном состоянии имеют черты, характерные как для гипоксического воздействия - уменьшение кросскорреляции ЭЭГ в пределах передних областей коры больших полушарий, так и для реализации когнитивно-мнестической деятельности - увеличение скоррелированности ЭЭГ дистантно удаленных зон передних и задних областей коры. Высказано предположение, что описанное "промежуточное" положение ЭЭГ при выполнении когнитивно-мнестических тестов в условиях гипоксии отражает противоположно направленные влияния гипоксии и нагрузки на функциональную активность нейронов мозга.

В современном мире вероятность возникновения экстремальных ситуаций, когда наряду с необходимостью принятия быстрых и ответственных решений на человека действуют неблагоприятные факторы внешней среды, многократно возрастает [1, 2]. Поэтому исследование когнитивно-мнестической деятельности человека на фоне экстремальных внешних воздействий приобретает особую актуальность. Гипоксия является одним из ключевых факторов, препятствующих эффективной деятельности мозга [3, 4], поэтому изучение мыслительных процессов у человека при гипоксическом воздействии имеет важное теоретическое и практическое значение.

В настоящее время, несмотря на неослабевающий интерес к изучению высших психических функций, в том числе при помощи компьютерной оценки мозговых процессов [5-9], имеется относительно мало работ по исследованию деятельности мозга человека при гипоксии. Вместе с тем, многие вопросы до сих пор требуют разрешения, например: почему при гипоксии происходит снижение эффективности и рост числа ошибок при умственной деятельности [3]? Ответ на этот вопрос, казалось бы, очевиден - происходит снижение функциональной активности нейронов, участвующих в обеспечении тех или иных видов деятельности, возникающее в силу кислородного и, как следствие, энергетического дефицита. Од-

нако неясно, является ли это снижение чисто пассивным - в ответ на уже возникший энергодефицит - или оно обусловлено активными превентивными механизмами, направленными на экономизацию потребления кислорода мозгом уже на ранних стадиях гипоксии, когда еще нет выраженного кислородного голодания. Поиск ответа на этот и другие вопросы и является предметом рассмотрения настоящей работы.

МЕТОДИКА

В работе принимали участие две группы испытуемых в возрасте от 21 до 39 лет. Каждый из испытуемых 1-й группы (19 человек) участвовал в трех сериях исследований. В первой серии изучали особенности выполнения различных когнитивно-мнестических тестов в нормоксических условиях, во второй - осуществлялось гипоксиче-ское воздействие - дыхание гипоксической газовой смесью с 8% содержанием кислорода в азоте (ГГС-8) в течение 15 минут, не сопровождавшееся выполнением тестов, в третьей - гипоксическое воздействие (ГГС-8) сочеталось с выполнением тестов. Условные обозначения серий - соответственно ТН, Г и ТГ.

Испытуемые 2-й группы (14 человек) участвовали в отдельной серии исследований (ТН2), основной целью которой являлась оценка измене-

ний параметров дыхания и потребления кислорода при выполнении когнитивно-мнестических тестов в условиях нормоксии. В настоящей работе представлены результаты по одному тесту с условным названием "300 минус 7", который прошли все испытуемые 2-й группы. Суть его заключается в последовательном вычитании числа 7 сначала от 300, далее от полученного результата и далее подобным образом вплоть до получения наименьшего положительного результата, который озвучивается испытуемым. Вычисления производятся в уме с закрытыми глазами.

Когнитивно-мнестические тесты, предъявляемые в сериях ТН и ТГ, имели сходную временную структуру - предъявлялись в одни и те же моменты от начала эксперимента. По времени предъявление тестов было организовано следующим образом. Тесты были объединены в 3 блока по 5 минут в каждом. В каждом блоке повторялись в одной и той же последовательности 5 различных тестов - "Память на цифры" (ПЦ), "Простая сен-сомоторная реакция" (ПСМР), "Арифметический счет" (АС), "Сложная сенсомоторная реакция" (ССМР) и "Цветные квадраты" (ЦК). Каждый тест длился 50 секунд, после чего следовала инструкция: "Отдых 10 секунд. Глаза закрыть". Затем предъявлялся новый тест. Тест ПЦ требовал воспроизведения семизначной последовательности цифр согласно эталону, предъявленному на одну секунду. В тесте АС предъявлялись примеры на сложение и вычитание двузначных чисел. Во избежание речевых артефактов на ЭЭГ свои ответы в данных тестах испытуемые набирали и вводили в компьютер. В тестах на скорость реакции на экране компьютера предъявлялись квадраты - в тесте ПСМР - только красный, в тесте ССМР - красный и зеленый. Испытуемый должен был быстро отвечать нажатием клавиши мыши только на появление красного квадрата. В тесте ЦК необходимо было собрать согласно эталону матрицу из 15 квадратов, состоящих из двух разноцветных треугольников. Квадраты можно было менять местами и вращать при помощи компьютерной мыши. Критерием эффективности данного вида деятельности было количество квадратов, поставленных в нужном положении в нужные клетки матрицы. Моменты предъявления примеров и моменты ответов фиксировались в памяти компьютера для строгого сопоставления с соответствующими отрезками в ЭЭГ. В тестах ПЦ и АС в течение 50 с могло предъявляться несколько примеров в зависимости от скорости решения примеров испытуемым. При неправильном ответе пример предъявлялся заново, при правильном - предъявлялся новый пример. Оценкой точности (ошибочности) выполнения теста служил процент правильных (неправильных) ответов, оценкой скорости - время, затрачиваемое на выполнение одного элемента теста. В тестах ПЦ

и АС элементом теста являлся одиночный пример, в тестах ПСМР и ССМР - реакция на одиночную вспышку, в тесте ЦК - постановка одного квадрата в нужную клетку матрицы в правильном положении.

ЭЭГ регистрировали от 21 отведения по международной схеме 10-20 (Fp1, Fpz, Fp2, F7, F3, Fz, F4, Fg, T3, C3, Cz, C4, T4, T5, P3, Pz, P4, T6, Oi, Oz, 02) с помощью компьютерного энцефалографа "Те-лепат-104" фирмы "Потенциал" (Россия). Во всех трех сериях регистрировали фоновую ЭЭГ в условиях нормоксии в состоянии спокойного бодрствования с закрытыми глазами. При последующей обработке был использован амплитудно-волновой анализ на основе выделения волн ЭЭГ соответственно моментам пересечения энцефалограммой "нулевой" линии. Для каждого из 5 тестов в каждом из 3 блоков, и следующих за ними отрезков "Отдых после теста" (всего таким образом 30 отрезков) проводили статистическую оценку параметров выделенных волн, включавшую в себя вычисление средней амплитуды и периода всех безартефактных волн ЭЭГ. В серии Г, в которой тесты не предъявлялись, усреднение указанных параметров проводилось в отрезках, соответствующих по времени началу и окончанию тестов в сериях ТН и ТГ.

Для оценки пространственно-временной организации электрической активности мозга использовали коэффициенты корреляции (КК) ЭЭГ, рассчитанные для всех возможных парных комбинаций из 21 отведения ЭЭГ.

Для оценки изменений ЭЭГ в каждой из серий сравнивали статистические показатели ЭЭГ в состояниях Г, ТГ, ТН с фоновой ЭЭГ, соответствующей каждой из серий. Такое сравнение проводилось как для отдельных тестов в том или ином блоке, так и для усредненных оценок по всем трем блокам для каждого из тестов, а также при усреднении по всем пяти тестам для каждого из блоков.

Оценка параметров дыхания и потребления кислорода в серии ТН2 проводилась при помощи разработанного в нашей лаборатории компьютерного анализатора на основе датчика скоростей потоков в газовых средах фирмы "Honeywell" и датчика концентрации кислорода "КЕ-25" фирмы "Figaro".

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Любая деятельность требует для своего осуществления энергетических затрат. Поскольку кислород в организме человека является основным источником энергии, то уровень потребления кислорода человеком при какой-либо деятельности характеризует энергетические затра-

Таблица 1. Изменения потребления кислорода и параметров дыхания при выполнении испытуемыми теста "300 минус 7" в сравнении с фоном

Показатель Фон Тест Тест/фон, %

ДО, мл 485 ± 73 568 ± 53 123 ± 16

ЧД, цикл/мин 13.5 ± 2.7 17.4 ± 1.7 133 ± 24

МОД, мл/мин 6250±1451 9875 ±1319 165 ± 26

Потребление О2, мл/мин 223 ± 44 314 ± 47 146 ± 24

Примечания. ДО - дыхательный объем, ЧД - частота дыхания, МОД - минутный объем дыхания. Жирным шрифтом в последнем столбце выделены достоверные отличия (р < 0.05) от уровня 100%.

ты организма, необходимые для ее выполнения. В особенной мере это справедливо в отношении мозговой деятельности, поскольку мозг теплокровных является строгим "аэробом" и нуждается в постоянном снабжении кислородом [10].

В табл. 1 представлены результаты оценки потребления кислорода и некоторых параметров внешнего дыхания при выполнении испытуемыми 2-й группы теста "300 минус 7" в сравнении с фоном. Эти результаты убедительно свидетельствуют о том, что потребление

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