НЕИРОХИМИЯ, 2007, том 24, № 2, с. 172-179
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РАБОТЫ
УДК 577.152
СИСТЕМНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ БИОХИМИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАФИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ ИНФОРМАЦИОННОЙ НАГРУЗКИ
© 2007 г. О. В. Ведерко1, Н. Н. Данилова1' *, М. В. Онуфриев2, Б. М. Коган3, Н. А. Лазарева2, М. К. Ставицкая1, М. Ю. Степаничев2, Н. В. Гуляева2
1 Кафедра психофизиологии, факультет психологии Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова
2Лаборатория функциональной биохимии нервной системы, Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН 3Лаборатория нейрохимии, Государственный научный центр социальной и судебной психиатрии им. В.П. Сербского
В зависимости от условий решения арифметических задач выявлены два уровня активности организма, различающиеся по показателям мощности гамма- и альфа-ритмов, частотному спектру ритмо-граммы сердца и биохимическим показателям (содержанию адреналина, норадреналина, продуктов свободнорадикального окисления, реагирующих с тиобарбитуровой кислотой, антирадикальной су-пероксидперехватывающей активности и метаболитов оксида азота). Полученные результаты свидетельствуют о вовлеченности компонентов системы свободнорадикального окисления, нитрергиче-ских механизмов, а также адреналина и норадреналина в возникновение локальных реакций активации, представленных в ЭЭГ увеличением мощности гамма-ритма под отдельными электродами.
Ключевые слова: гамма-ритм, функциональное состояние.
ВВЕДЕНИЕ
Высокочастотная активность мозга, обозначаемая как гамма-ритм (30-200 Гц), является одним из электроэнцефалографических показателей локальной активности мозга, связанной с реализацией сенсорных, когнитивных и исполнительных процессов. Усиление мощности гамма-осцил-ляций наблюдается при привлечении внимания к стимулу, при узнавании и опознании объекта, при запоминании и извлечении информации из памяти, при подготовке и исполнении двигательного акта [1-7]. Вместе с тем, использование комплекса реакций организма часто позволяет более надежно идентифицировать функциональные состояния (ФС) человека [8, 9]. Ранее мы впервые выявили связь мощности гамма-ритма с биохимическими параметрами, определяемыми по моче и характеризующими свободнорадикальные процессы в организме, которая зависела от знака зрительно воспринимаемой эмоции, представленной в фотографиях лиц, переживающих эмоцию "счастья" или "ужаса" [10]. Эти отношения и их зависимость от знака эмоции были обнаружены только у одной из трех групп, на которые были разделены все испытуемые.
* Адресат для корреспонденции: 103009 Москва, ул. Моховая, д. 11, кор. 5, МГУ им. М.В. Ломоносова, факультет психологии; e-mail: danilovan@maiI.ru
В качестве биохимических показателей в той работе были использованы ТБКАП - продукты, реагирующие с 2-тиобарбитуровой кислотой; супероксид перехватывающая активность - СПА; а также уровни метаболитов оксида азота - MNO, которые, согласно литературным данным, отражают не только свободнорадикальный статус организма, но и в определенной степени представляют собой периферические маркеры состояний человека [11].
В рассматриваемой группе испытуемых восприятие эмоции "ужаса" сочеталось с ростом мощности гамма-ритма в частотном диапазоне 30-45 Гц и снижением в моче содержания СПА, MNO, ТБКАП, а также с появлением отрицательных связей между биохимическими показателями, что интерпретировалось как напряженное функциональное состояние. Состояние, возникающее при восприятии эмоции "счастье", вызывало менее интенсивные активационные процессы по показателям гамма-ритма, которые сочетались с противоположным изменением биохимических показателей, а именно, с параллельным ростом содержания в моче СПА, MNO и ТБКАП при появлении положительных связей между ними.
Чтобы получить более надежные доказательства существования функциональных состояний, характеризующихся связью гамма-ритма с биохимическими показателями свободнорадикального
окисления, и тем самым подтвердить различное влияние на состояние человека воспринимаемых эмоций с противоположным знаком, требовалось применить разработанный нами метод комплексной оценки состояния по биохимическим и ЭЭГ-показателям к ФС, различающимся степенью напряженности. Цель настоящего исследования -получить функциональные состояния, подобные тем, которые были выявлены при восприятии лицевой экспрессии противоположного знака и исследовать для них корреляционные отношения между катехоламинами (адреналином, норадре-налином), биохимическими параметрами свобод-норадикального окисления (СПА, MNO и ТБКАП) и электроэнцефалографическими показателями активности в виде мощности гамма- и альфа-ритма, дополнительно контролируя функциональное состояние по ЭКГ.
Для этого были проведены два новых исследования. Они различались условиями исполнения одного и того же арифметического задания, что должно было привести к формированию функциональных состояний с разной степенью напряженности.
ИСПЫТУЕМЫЕ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Оба исследования включали задачу на перемножение двузначных чисел. В первом исследовании без ограничения времени на решение каждого арифметического примера, во втором с ограничением до 15 с. В обоих исследованиях участвовали по 13 человек в возрасте от 19 до 40 лет (по 6 мужчин и 7 женщин): они состояли из фоновой серии и серии с арифметической нагрузкой. Длительность фоновой серии 180 с.
В первом исследовании 50 пар двузначных чисел для перемножения предъявлялись на мониторе, результат вычисления испытуемый сообщал вслух. Время экспозиции чисел - 1 с. Каждая следующая пара чисел предъявлялась после сообщения испытуемым результата вычисления, т.е. время на решение задачи не ограничивалось.
Во втором исследовании 100 пар двузначных чисел предъявлялись бинаурально через наушники. Запись звукового сигнала подавалась с компьютера. Время произнесения пары чисел варьировало от 1.8 до 2.5 с. Во время эксперимента глаза испытуемого были закрыты. Время решения каждой задачи было ограничено 15 с. В обоих исследованиях для повышения мотивации испытуемым сообщалось, что они будут соревноваться по скорости и качеству решения задач и в конце исследования будут объявлены победители.
Для предъявления стимулов и регистрации 16-канальной ЭЭГ, ЭКГ, использована система "BRAINSYS", которая обеспечивала спектраль-
ный анализ ЭЭГ и получение спектров ритмо-граммы сердца в диапазоне от 0.005 до 1 Гц, характеризующих вариабельность R-R-интервала. Частота оцифровки всех сигналов - 400 Гц. В соответствии с 4-компонентной теорией модуляции СР [8] мощность спектра ритмограммы сердца вычислялась в десяти частотных диапазонах: 0.01-0.05 Гц - полоса метаболической модуляции, 0.05-0.08 Гц и 0.08-0.10 Гц - полосы сосудистой модуляции, 0.10-0.12 Гц, 0.12-0.16 Гц, 0.160.25 Гц - низкочастотная дыхательная модуляция, 0.25-0.35 Гц, 0.35-0.45 Гц, 0.45-0.65 Гц, 0.650.80 Гц - высокочастотная дыхательная модуляция.
Перед началом фоновой серии и после окончания проведения нагрузочной у испытуемых брали пробу мочи. Методика проведения биохимического анализа мочи изложена в работе [11].
Анализ содержания СПА, ТБКАП и МШ (оксида азота, нитратов и нитритов) проводился по пробам мочи в лаборатории функциональной биохимии нервной системы Института ВНД и НФ РАН. Содержание адреналина (А) и норадреналина (НА) в пробах мочи измерялось в Лаборатории ней-рохимии Государственного научного центра социальной и судебной психиатрии им. В.П. Сербского. Для статистической обработки использовался Т-критерий Вилкоксона и Q-критерий Розенбаума.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Сравнение двух экспериментов с арифметической нагрузкой, различающихся условиями предъявления чисел для перемножения и временем, предоставляемым для вычисления, выявило различие в эффективности выполнения задания: в первом исследовании она составила 46% от общего числа предложенных задач, во втором лишь 18%. При этом среднее время по группе испытуемых для перемножения двузначного числа на двузначное в исследовании без ограничения времени составило 40 с. Это говорит о том, что дефицит времени (15 с) для второго исследования увеличивает информационную нагрузку и создает реальные трудности для выполнения задания. Действительно, арифметическая нагрузка в двух исследованиях вызывала различные ФС, о чем свидетельствуют противоположные изменения содержания адреналина (А), определяемого по моче. В опытах без ограничения времени и со зрительным предъявлением чисел содержание А достоверно росло относительно фонового уровня примерно на 40%, в опытах со слуховым предъявлением чисел и с дефицитом времени содержание А достоверно падало (рис. 1). Сравнение двух групп по изменениям А на нагрузку по Q-критерию показало достоверность его противоположных изменений: увеличение в первом исследовании и уменьшение во втором. В обоих типах опытов на уровне тен-
*
Рис. 1. (1) Абсолютные значения адреналина и норадреналина в фоне и во время арифметической нагрузки, усредненные по группе в первом (А) и во втором (Б) исследованиях (нмоль, пересчитанные на единицу объема и времени). (2) Изменение содержания адреналина и норадреналина в ситуации арифметической нагрузки относительно фона, выраженное в % от фоновых значений соответствующих показателей, для тех же двух исследований. * достоверное отличие от фона прир < 0.05.
денции наблюдалось и увеличение содержания норадреналина (НА), более выраженное в первом исследовании. Что касается показателей сво-боднорадикального окисления, то в первом ис-
80 70 60 50 40 30 20 10 0 60 50 40 30 20 10 0 10 20
Шх ТБКАП
Рис. 2. Изменения биохимических показателей СПА, МКО и ТБКАП под влиянием арифметической нагрузки представлены в % относительно фона. Групповые данные для первого (А) и второго (Б) исследований.
следовании наблюдается тенденция к увеличению содержания в моче всех трех переменных, тогда как во втором статистически значимо увеличивается только СПА на 65%, незначимо изменяется MNO и достоверно падает ТБКАП, демонстрируя тем самым отсутствие параллелизма в изменении всех трех биохимических показателей, что характерно для первого исследования (рис
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.