Изменение паттерна электроэнцефалограммы у правшей и левшей при воображении движений

Автор: Моренова К.А., Ведясова О.А.

Журнал: Ульяновский медико-биологический журнал @medbio-ulsu

Рубрика: Физиология

Статья в выпуске: 1, 2019 года.

Бесплатный доступ

Цель работы - анализ изменений паттерна электроэнцефалограммы (ЭЭГ) у правшей и левшей при мысленном представлении движений ведущей и неведущей ног. Материалы и методы. Обследованы студенты (40 правшей и 20 левшей), профиль моторного доминирования у которых определяли по стандартным тестам. ЭЭГ регистрировали на нейровизоре NVX 36 digital DC EEG по системе «10-20» в покое и при воображении вращательных движений правой, затем левой ногами. Анализировали амплитуду ритмов ЭЭГ стандартных частотных диапазонов, также оценивали коэффициенты межполушарной асимметрии изменений фронтальных и центральных альфа- и бета1-ритмов как ЭЭГ-коррелятов воображаемой деятельности. Результаты. Воображение движений вызывало снижение амплитуды альфа-, бета1-, тета- и дельта-ритмов на ЭЭГ у всех испытуемых, при этом выраженность наблюдаемых изменений у правшей и левшей различалась в симметричных отведениях. Что касается фронтального и центрального альфа- и бета1-ритмов, маркирующих изменения паттерна ЭЭГ при представлении движений, то у правшей уровень их депрессии в симметричных корковых областях существенно зависел от воображаемого использования ведущей и неведущей ног и доминировал в левом или правом полушариях соответственно...

Еще

Ээг, альфа-ритм, бета1-ритм, воображаемые движения ног, межполушарная асимметрия, правши, левши

Короткий адрес: https://sciup.org/14116363

IDR: 14116363   |   DOI: 10.34014/2227-1848-2019-1-85-92

Текст научной статьи Изменение паттерна электроэнцефалограммы у правшей и левшей при воображении движений

Введение. В настоящее время значительно возрос интерес к нейронным механизмам и электрофизиологическим коррелятам моторной деятельности человека, в частности к особенностям ЭЭГ при мысленном представлении различных двигательных актов. Изучение паттернов ЭЭГ при воображаемых движениях актуально в плане решения проблемы нейрокомпьютерных интерфейсов [1], а также важно для понимания причин двигательных расстройств центрального генеза и выбора стратегии их коррекции [2, 3]. Успешное решение этих задач требует детального изучения нейрофизиологических основ двигательных функций с применением анализа ЭЭГ-коррелятов движений у людей, в т.ч. с учетом их индивидуальных эндофено- типов. Среди последних важнейшим является тип функциональной межполушарной асимметрии, который определяет не только индивидуальный профиль моторного доминирования, но и характер внутрицентральных взаимодействий в процессе планирования и реализации двигательных актов [4, 5]. В первую очередь об этом свидетельствуют ЭЭГ-кор-реляты движений рук. Например, показано, что у правшей и левшей при воображении действий руками имеются различия в изменениях частоты и амплитуды мю-ритма в париетальных и фронтальных отведениях правого и левого больших полушарий [6]. Установлена неодинаковая связь между характером пространственно-временной организации ритмов ЭЭГ альфа- и тета-диапазонов и уровнем межполушарной когерентности ЭЭГ в симметричных центральных отведениях у правшей и левшей при использовании ведущей и неведущей рук [7]. Что касается динамики ритмов ЭЭГ при реальных и воображаемых движениях ног у представителей с разными профилями моторного доминирования, то этот вопрос, от решения которого зависит понимание многих теоретических и клинических аспектов двигательной асимметрии, до сих пор остается практически не изученным.

Цель исследования. Проанализировать изменения паттерна ЭЭГ у правшей и левшей при мысленном представлении движений ведущей и неведущей ног.

Материалы и методы. Исследование проведено на 60 студентах (юношах и девушках) в возрасте 18–23 лет, подписавших добровольное информированное согласие на участие в эксперименте. Индивидуальный профиль моторного доминирования устанавливали по результатам тестов на определение ведущей руки и ноги [7]. В группу правшей были включены испытуемые со значениями коэффициентов праворукости/правоногости более 15 % (n=40), в группу левшей - с коэффициентами менее - 15 % (n=20).

Для регистрации ЭЭГ использовали нейровизор NVX 36 digital DC EEG, шлем-сетку и набор электродов, располагаемых по системе «10–20». Референтный (объединенный ушной) электрод закрепляли на мочке правого уха. Испытуемые в процессе электроэнцефалографии размещались в удобном кресле с закрытыми глазами в темной звукоизолированной комнате. ЭЭГ записывали в следующем порядке: в покое (20 с), при мысленном представлении движения (вращение педали велосипеда) сначала правой, затем левой ногами. Двигательные задания выполнялись по звуковой команде в течение 5 с каждое, интервал между заданиями составлял 10 с. Анализировали изменения амплитуды (мкВ) ритмов ЭЭГ стандартных частотных диапазонов: альфа (8–13 Гц), бета1 (13–22 Гц), тета (4-8 Гц), дельта (0,3-4 Гц). Отводимые сигналы обрабатывались автоматически с помощью быстрых преобразований Фурье. Дополнительно рассчитывали коэффициенты межполушарной асимметрии (КМА) измене- ний амплитуды альфа- и бета1-ритмов при воображении движений правой и левой ног:

(Апок ^вд7 пП  V Адок  ^Вд7

КМ А = у------^—у------х 100 %,

(Адок — ^вд!дП + (^пок — ^вд)пп где (Апок - Авд) - разность между значениями амплитуды ритмов ЭЭГ в левом (ЛП) и правом (ПП) больших полушариях в покое (Апок) и при воображении движения (Авд).

Для статистической обработки применяли программный пакет SigmaPlot 12.5 (Systat Incorporated, USA). Полученные данные представляли в виде средних арифметических значений и их ошибок. Нормальность распределения выборок оценивали по методу Шапиро–Уилка, достоверность изменений амплитуды ритмов ЭЭГ определяли с помощью t-теста. Статистически значимыми считали различия с уровнем p<0,05.

Результаты и обсуждение. Анализ изменений паттерна ЭЭГ в процессе воображения движений ногами выявил у всех испытуемых снижение амплитуды альфа-, бета1-, тета- и дельта-волн в большинстве отведений. При этом закономерный интерес в плане понимания механизмов активации мозга при воображаемых движениях вызывает динамика ритмов ЭЭГ более высоких частот. Согласно литературным данным, одним из электрофизиологических коррелятов воображения и выполнения движений может служить активация сенсомоторных корковых зон, оцениваемая по реакции десинхронизации/синхронизации альфа- и бета1-ритмов во фронтальных и центральных отведениях [8–10]. У обследованных нами правшей и левшей мысленные движения правой и левой ног сопровождались десинхронизацией альфа- и бета1-ритмов как в отведениях F3, F4, так и С3, С4. Выраженность наблюдаемых изменений различалась у лиц с правым и левым профилями моторного доминирования (табл. 1).

У правшей более выраженная десинхронизация альфа-ритма отмечалась в центральных зонах коры, причем особенно заметно в отведении С3 доминирующего левого полушария, где амплитуда уменьшалась на 12,44±0,96 мкВ (p<0,001) при воображении движения правой и на 11,92±0,76 мкВ

(p<0,001) - левой ногой. Во фронтальных зонах у правшей изменения альфа-ритма были несколько слабее, но при этом в большей мере зависели от латерализации воображаемого движения: в случае ведущей ноги амплитуда ритма сильнее снижалась в ипсилатеральном (F3), а в случае неведущей - в контралатеральном (F4) полушарии (рис. 1А).

Таблица 1

Изменение амплитуды альфа- и бета1-ритмов во фронтальных и центральных отведениях у студентов при воображении движений, % от покоя

Ритм ЭЭГ

Действие

Правши

Левши

F3

F4

C3

C4

F3

F4

C3

C4

Альфа

ВДПН

- 18,6

*

- 13,6

*

- 24,3

***

- 17,3 **

- 4,8

- 10,7

- 28,7 ***

- 29,7

***

ВДЛН

- 12,7 *

- 18,3 *

- 23,3

***

- 17,1 **

- 0,2

- 4,4

- 16,1

*

- 12,4

*

Бета1

ВДПН

- 38,9

***

- 44,9

***

- 29,6

***

- 32,0

***

- 32,2

***

- 39,6

***

4,0

5,6

ВДЛН

- 26,9

***

- 14,8

***

- 11,0

*

- 14,6

*

- 55,2

***

- 62,2

***

2,5

9,6

Список литературы Изменение паттерна электроэнцефалограммы у правшей и левшей при воображении движений

  • Фролов А.А., Федотова И.Р., Гусек Д., Бобров П.Д. Ритмическая активность мозга и интерфейс «мозг-компьютер», основанный на воображении движений. Успехи физиологических наук. 2017; 48 (3): 72-91.
  • Kaplan F.Y. Neurophysiological foundations and practical realizations of the brain-machine interfaces in the technology in neurological rehabilitation. Human physiology. 2016; 42 (1): 103-110.
  • Котов С.В., Турбина Л.Г., Бобров П.Д., Фролов А.А., Павлова О.Г., Курганская М.Е., Бирюкова Е.В. Применение комплекса «интерфейс «мозг-компьютер» и экзоскелет» и техники воображения движения для реабилитации после инсульта. Альманах клинической медицины. 2015; 39: 15-21.
  • Жаворонкова Л.А. Правши и левши: особенности межполушарной асимметрии мозга и параметров когерентности ЭЭГ. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2007; 57 (6): 545-662.
  • Пятин В.Ф., Колсанов А.В., Сергеева М.С., Захаров А.В., Антипов О.И., Коровина Е.С., Тюрин Н.Л., Глазкова Е.Н. Информационные возможности использования мю- и бета-ритмов ЭЭГ доминантного полушария в конструировании нейрокомпьютерного интерфейса. Фундаментальные исследования. 2015; 2-5: 975-978.
  • Маркина Л.Д., Баркар А.А. Межполушарная асимметрия головного мозга: морфологический и физиологический аспекты. Тихоокеанский медицинский журнал. 2014; 1: 66-70.
  • Жаворонкова Л.А. Правши - левши: межполушарная асимметрия электрической активности мозга человека. М.: Наука; 2006. 222.
  • Аликина М.А., Махин С.А., Павленко В.Б. Сравнение эффектов реактивности сенсомоторного ритма ЭЭГ в условиях синхронной имитации биологического и небиологического движений. Ученые записки Крымского федерального университета им. В.И. Вернадского. Биология. Химия. 2017; 3 (4): 3-12.
  • Hari R., Forss N., Avikainen S., Kirveskari E., Salenius S., Rizzolatti G. Activation of human primary motor cortex during action observation: a neuromagnetic study. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1998; 95: 15061-15095.
  • Pfurtscheller G., Brunner C., Schlögl A., Lopes da Silva F.H. Mu rhythm (de)synchronization and EEG single-trial classification of different motor imagery tasks. NeuroImage. 2006; 31: 153-159.
  • Александров А.А., Тугин С.М. Изменения μ-ритма при различных формах двигательной активности и наблюдении движений. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2010; 96 (11): 46-54.
  • Лазуренко Д.М., Кирой В.Н., Асланян Е.В., Шепелев И.Е., Бахтин О.М., Миняева Н.Р. Электрографические характеристики связанных с движениями потенциалов. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2017; 67 (4): 430-444.
  • Sasaoka T., Mizuhara H., Inui T. Dynamic parieto-premotor network for mental image transformation revealed by simultaneous EEG and fMRI measurement. J. Cogn. Neurosci. 2014; 26 (2): 232-246.
  • Klimesch W. Alpha-band oscillations, attention, and controlled access to stored information. Trends Cogn. Sci. 2012; 16 (12): 606-617.
  • Лукоянов М.В., Крылов В.Н. Когерентность ЭЭГ при пассивном восприятии линий с различным углом наклона у левшей и правшей. Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2012, 5: 135-139.
  • Demiralp T., Basar-Eroglu C. Theta rhythmicities following expected visual and auditory targets. Int. J. Psychophysiol. 1992; 13: 147-160.
Еще
Статья научная