Особенности биоэлектрической активности головного мозга студенток выпускного курса в зависимости от их уровня тревожности

Введение. В настоящее время на личность человека воздействует множество негативных факторов, которые влияют на индивидуально-психические качества личности и впоследствии ведут к формированию устойчивого эмоционального состояния – тревожности [15].

Тревожность рассматривается как постоянно или ситуативно проявляемое свойство человека, определяющее его способность приходить в состояние повышенного беспокойства, а также испытывать тревогу и бессознательный страх в ситуациях, связанных с новизной. Тревожность способна вызывать функциональные изменения в деятельности органов и систем на психологическом, нейроэндокринном и соматическом уровнях [2].

Высокий уровень тревожности может вы- ступать как причиной, так и следствием стресса, являться деструктивной личностной чертой и оказывать неблагоприятные воздействия на жизнедеятельность человека, его умственную работоспособность, эффективность адаптации к обучению [7, 8, 13].

Хорошо известно, что более эффективным и оправданным является исследование эмоциональных проявлений на центральном уровне методом регистрации биопотенциалов [2], так как его можно проводить в условиях непосредственного эмоционального реагирования, что совершенно безопасно для обследуемого.

Тревожность встречается у женщин в 2 раза чаще, чем у мужчин. Предполагают, что это связано с преувеличенным контролем эффективности действий при обнаружении ошибок и активацией передней поясной коры [19, 21].

Материалы и методы исследования. В исследовании приняли участие 32 студентки 4 курса в межсессионный период и 24 студентки в сессионный период. Исследование проводилось в межсессионный период с октября по ноябрь 2014 г., а также в феврале 2015 г., и в сессионный период – январь 2015 г.

Для определения уровня тревожности наиболее удобна методика Чарльза Спилбер-гера и его коллег – STAI (State-Trait Anxiety Inventory), адаптированная Ю.Л. Ханиным, которая является простым, но при этом наиболее точным и надежным клиническим и исследовательским инструментом тревожности [1]. Опросник включает в себя две самостоятельные подшкалы для отдельного измерения той и другой формы тревожности: подшкала оценки ситуативной тревожности (СТ) с вопросами о самочувствии в данный момент времени и подшкала оценки (ЛТ), отвечающая на вопрос об обычном самочувствии испытуемого [11].

Электроэнцефалография проводилась на комплексной электрофизиологической установке «Нейрон-спектр» в лаборатории психофизиологических и электрофизиологических методов исследования Института биологии Тюменского государственного университета.

Регистрацию ЭЭГ осуществляли монополярно, с помощью хлорсеребряных электродов от 16 энцефалографических отведений, установленных в соответствии с международной схемой [20].

Для обнаружения связей между различными участками мозга был использован когерентный анализ ЭЭГ.

С помощью данного метода оценивали уровень функционирования мозга как единого целого благодаря оценке степени согласованности электрической активности в разных точках головного мозга и вовлеченности разных участков коры в обеспечение выполнения функций мозга.

Значения коэффициентов когерентности варьируют от 0 до 1: чем выше этот показатель, тем согласованнее активность данной области с другой выбранной зоной. В «норме» наибольшие связи выражены в лобных долях, а, например, при лобной недостаточности активнее формируются межполушарные взаимодействия в области затылка.

Одним из преимуществ когерентного анализа является независимость коэффициента когерентности (КК) от амплитуды колебаний сигналов различных областей мозга. Эта особенность позволяет выявлять средние характеристики КК для группы испытуемых, в которую входят лица с различными типами ЭЭГ. Однако применение когерентного метода обработки ЭЭГ до сих пор ограничивается преимущественно научными целями. Одной из причин, препятствующих широкому внедрению метода в клиническую практику, является его сравнительная трудоемкость, так как приходится оперировать большим количеством цифровых данных [5, 9].

Полученные результаты были обработаны на ЭВМ при помощи электронных таблиц Microsoft Excel 2010 и программы BIOSTAT. Показатели представлены в виде М ± m, где М – средняя арифметическая величина, m – стандартная ошибка средней арифметической. О статистической значимости различий судили по t-критерию Стьюдента, с определением уровня значимости Р по таблицам. Достоверными считали различия при уровнях значимости Р < 0,05; Р < 0,01; Р < 0,001.

Результаты исследования. Анализ результатов психологического тестирования по методике Спилбергера-Ханина позволил выявить, что среди большинства студенток характерна слабая СТ и высокая ЛТ. Достоверных различий между межсессионным и сессионным периодами выявлено не было. Мы связываем это факт с профессиональным становлением студентов и их адаптацией к учебным нагрузкам во время сессии. Высокий уровень ЛТ объясняется тем, что личностная тревожность входит в структуру личности и в основе этого свойства личности лежат относительно постоянные особенности функционирования ЦНС [2].

Спектральный анализ ЭЭГ позволил выявить амплитудные и частотные показатели ритмов. Все показатели соответствуют норме [4, 6].

Существенных различий по амплитуде и частоте альфа-ритма в межсессионный и сессионный периоды у обследуемых нами не было зарегистрировано, так как альфа-ритм, как правило, существенно не меняется у одних и тех же людей [14].

Установлено, что у выпускниц с более низкой СТ характерно повышение амплитуды альфа-ритма, что объясняется повышенным беспокойством у испытуемых с более высокой тревожностью [4]. Для тета-ритма было обнаружено повышение амплитуды не только в межсессионный период, но и в сессионный период.

При сравнении студенток с высокой и умеренной ЛТ наибольшие различия были выявлены для бета-ритма как в межсессионный, так и в сессионный периоды. Для альфа-ритма в сессионный период достоверные различия были выявлены в правых нижнелобной, теменной и затылочной долях. В межсессионный период достоверно значимых различий выявлено не было. Для тета-диапазона в межсессионный период отмечалось повышение амплитуды в лобных долях. В сессионный период различия отмечались лишь в правой нижнелобной области.

Анализ частотных показателей ЭЭГ показал, что различия в межсессионный и сессионный период наблюдались только для тета-диапазона.

При сравнении значений частотных показателей у девушек с умеренной и низкой СТ достоверные различия были выявлены в межсессионный период для бета-ритма в правой теменной доле, для тета-ритма – в левой нижнелобной области, правой височной и левой задневисочной областях. Для альфа-диапазона достоверных различий в межсессионный период выявлено не было. В сессионный период для альфа-ритма различия были найдены в правой лобной, левой нижнелобной, левой центральной и левой задневисочной областях. В бета-диапазоне достоверных различий выявлено не было. Для тета-ритма различия по частоте были обнаружены лишь в правой центральной и правой передневисочной зонах.

Для студенток с высоким уровнем ЛТ достоверные различия по частоте в альфа-ритме между межсессионным и сессионным периодами были обнаружены в правой лобной, правой нижнелобной зонах, в левой центральной и левой передневисочной областях. Для бета-ритма различий выявлено не было. В тета-диапазоне различия были обнаружены в левой лобной и нижнелобных зонах, в правой теменной и правой задневисочной областях. Среди студенток с умеренным уровнем ЛТ достоверно значимых различий для всех изученных ритмов выявлено не было.

При сравнении студенток с высокой и умеренной ЛТ было отмечено достоверное снижение частоты альфа-ритма во всех отведениях в межсессионный период. В сессион- ный период таких различий не отмечалось. Для бета-диапазона в межсессионный период различия были обнаружены лишь в правой центральной области. Для тета-диапазона в межсессионный период достоверные различия были выявлены в правых нижнелобной и теменной зонах. В сессионный период – в левой нижнелобной области.

Анализ индекса ритма показал, что доминирующим ритмом являлся альфа-ритм, что является нормой в состоянии бодрствования [4]. Меньше всего была представлена бета- и тета-активность. Известно, что бета-ритм отражает напряжённость человека [17], поэтому можно предположить, что наиболее напряжены были студентки с высокой ЛТ в межсессионный период, так как их индекс ритма был достоверно более высоким, чем у студенток с умеренной ЛТ.

Тета-ритм также связывают с эмоциональным напряжением и высокой тревожностью [12]. Повышение тета-активности свидетельствует об усилении концентрации внимания, кодирования в памяти новой информации и её последующего воспроизведения. Наибольший индекс тета-ритма в межсессионный период был зарегистрирован у студенток в височных и центральных долях. Это объясняется тем, что в этот период студентки сидят на лекционных занятиях, и у них активно задействованы отдела мозга, отвечающие за слух, долговременную память и моторику [4].

Достоверно большая тета-активность была выявлена у лиц с умеренной ЛТ в межсессионный период. Наши данные согласуются с исследованиями Г.Г. Князева и соавт. [17], в которых также показано снижение тета-активности для тревожных испытуемых.

В сессионный период для студенток с высокой ЛТ в лобных долях были достоверно наиболее высокие отличия в тета-ритме, чем в межсессионный период.

Для лиц с умеренной ЛТ в межсессионный период была характерна наибольшая тета-активность в лобных, центральных, левой теменной и левой затылочных зонах и правой нижневисочной области. В сессионный период различия были выявлены лишь в правой затылочной и правой нижневисочной долях.

Для девушек с умеренной СТ достоверных различий в тета-волнах в сессионный и межсессионный периоды выявлено не было. Для лиц с низкой СТ выявлены различия в левой центральной доле, в затылочных долях и левой задневисочной доле, что объясняется большей вовлеченностью этих девушек в учебный процесс.

По сравнению с обследованными с умеренной СТ, для студенток с низкой СТ была характерна наибольшая тета-активность в левой височной доле, правой теменной доле и в затылочных долях. В сессионный период большая тета-активность была зарегистрирована в теменной, височной и задневисочных долях, так как эти участки мозга ответственны за долговременную память [4].

С помощью когерентного анализа был получен коэффициент когерентности – КК, который колеблется в диапазоне от 0 до 1. Отклонений по КК также выявлено не было (рис. 1, 2).

При сравнении студенток с различным уровнем СТ было показано, что достоверно высокое повышение коэффициента когерентности в сессионный период по сравнению с межсессионным было характерно в основном для лобно-центральных и центрально-темен- ных зон в правом полушарии. Это согласуется с данными о том, что у студентов с высоким уровнем мотивации и СТ перед экзаменом наблюдается увеличение относительной спектральной мощности колебаний дельта-диапазона ЭЭГ в правых заднелобных отведениях [3, 16]. При сравнении девушек с различным уровнем ЛТ также было характерно повышение КК в сессионный период в этих зонах. Мы связываем этот факт с активной умственной деятельностью студенток, формированием у них намерений на сдачу сессии. Усиление когерентности в центрально-теменной зоне можно объяснить утомляемостью и мышечным напряжением после экзамена.

При сравнении студенток с низким и умеренным уровнем СТ было выявлено, что для девушек с более низким уровнем тревожности характерно понижение КК: для альфа-ритма – в височной извилине левого полушария, для бета-диапазона в межсессионный

А                    Б                   В

Рис. 1. Топография формирования функциональных связей корковых областей у девушек с низкой и умеренной ситуативной тревожностью: А – для альфа-ритма, Б – для бета-ритма, В – для тета-ритма. Сплошная линия – межсессионный период, пунктир – сессионный период

Fig. 1. Functional connections of cortical areas in girls with low and moderate situational anxiety: A – for alpha rhythm, B – for beta rhythm, B – for theta rhythm.

Solid line – intersession period, dashed line – session period

Рис. 2. Топография формирования функциональных связей корковых областей у студенток с умеренной и высокой личностной тревожностью в межсессионный период для тета-ритма. Сплошная линия – межсессионный период, пунктир – сессионный период

Fig. 2. Functional connections of cortical areas in girls with moderate and high personal anxiety (theta rhythm). Solid line – intersession period, dashed line – session period период – в левой теменно-затылочной зоне, левой лобно-теменной и правой лобно-височной зоне, в сессионный период – в правой лобноцентральной зоне и левой лобно-височной зоне. Для тета-диапазона различия были выявлены только в межсессионный период в правой лобно-затылочной зоне. Полученные нами результаты соответствуют литературным данным [10], которые свидетельствуют, что в ходе экспериментально индуцированных тревожных размышлений у испытуемых растет когерентность для альфа, бета и тета-ритмов.

При сравнении студенток с высокой и умеренной ЛТ не было выявлено достоверного понижения или повышения КК. Наиболее существенные различия были выявлены для тета-ритма в межсессионный период, которые наблюдались в левой центрально-теменной зоне, правой и левой теменно-затылочной зонах, левой височно-нижневисочной зоне и правой лобно-височной зоне.

Анализ межполушарной когерентности (табл. 1, 2) показал, что наиболее вовлеченным в сессионный период у студенток явилось

Таблица 1

Table 1

Сравнение межполушарной когерентности ЭЭГ-сигналов в межсессионный и сессионный периоды в зависимости от уровня СТ (М ± m) (n = 56) Comparison of the interhemispheric coherence of EEG signals in the intersession and session periods depending on the level of situational anxiety (М ± m) (n = 56)

о я S < н	Пары Pairs	Коэффициент когерентности / Coefficient of coherence
		Альфа-ритм / Alpha rhythm1		Бета-ритм / Beta rhythm		Тета-ритм / Theta rhythm
		Период / Period
		Межсессион. Intersession (n = 7)	Сессионный Session (n = 6)	Межсессион. Intersession (n = 7)	Сессионный Session (n = 6)	Межсессион. Intersession (n = 7)	Сессионный Session (n = 6)
и < и 2 & "О О О	F3-F4	0,90 ± 0,04	0,89 ± 0,05	0,77 ± 0,02	0,86 ± 0,05	0,77 ± 0,04	0,90 ± 0,03 *
	F7-F8	0,75 ± 0,07	0,78 ± 0,08	0,61 ± 0,06	0,69 ± 0,08	0,70 ± 0,03	0,78 ± 0,07
	C3-C4	0,76 ± 0,08	0,86 ± 0,08	0,79 ± 0,06	0,87 ± 0,04	0,70 ± 0,03	0,80 ± 0,08
	P3-P4	0,87 ± 0,05	0,86 ± 0,08	0,82 ± 0,04	0,83 ± 0,06	0,77 ± 0,03	0,76 ± 0,08
	O1-O2	0,85 ± 0,04	0,89 ± 0,05	0,78 ± 0,02	0,84 ± 0,05	0,83 ± 0,05	0,72 ± 0,06
	T3-T4	0,83 ± 0,07	0,84 ± 0,05	0,64 ± 0,03	0,77 ± 0,06	0,78 ± 0,02	0,77 ± 0,07
	T5-T6	0,70 ± 0,08	0,82 ± 0,06	0,74 ± 0,03	0,73 ± 0,07	0,60 ± 0,04	0,78 ± 0,06 *
н о < - 00 и	Пары Pairs	Период / Period
		Межсессион. Intersession (n = 25)	Сессионный Session (n = 18)	Межсессион. Intersession (n = 25)	Сессионный Session (n = 18)	Межсессион. Intersession (n = 25)	Сессионный Session (n = 18)
	F3-F4	0,92 ± 0,01	0,92 ± 0,03	0,69 ± 0,03	0,75 ± 0,03	0,77 ± 0,03	0,82 ± 0,03
	F7-F8	0,87 ± 0,01 ΔΔ	0,84 ± 0,04	0,50 ± 0,05	0,55 ± 0,05	0,55 ± 0,03 Δ	0,68 ± 0,05 *
	C3-C4	0,91 ± 0,01 ΔΔ	0,90 ± 0,02	0,66 ± 0,03	0,79 ± 0,03 **	0,69 ± 0,03	0,82 ± 0,03 **
	P3-P4	0,94 ± 0,01	0,92 ± 0,02	0,68 ± 0,02 ΔΔ	0,75 ± 0,03	0,77 ± 0,02	0,82 ± 0,02
	O1-O2	0,93 ± 0,01 ΔΔ	0,92 ± 0,02	0,72±0,02	0,78 ± 0,04	0,78 ± 0,02	0,79 ± 0,04
	T3-T4	0,85 ± 0,02	0,84 ± 0,03	0,50 ± 0,04	0,59 ± 0,05	0,69 ± 0,01 ΔΔΔ	0,74 ± 0,04
	T5-T6	0,71 ± 0,03	0,74 ± 0,05	0,48 ± 0,02 ΔΔΔ	0,58 ± 0,05*	0,58 ± 0,02	0,62 ± 0,05

Примечание. СТ – ситуативная тревожность; * – статистическая значимость различий между параметрами в межсессионный и сессионный периоды на уровне значимости Р < 0,05; ** – статистическая значимость различий между параметрами в межсессионный и сессионный периоды на уровне значимости Р < 0,01; Δ – статистическая значимость различий между параметрами с низкой СТ и умеренной СТ на уровне значимости Р < 0,05; ΔΔ – статистическая значимость различий между параметрами с низкой СТ и умеренной СТ на уровне значимости Р < 0,01; ΔΔΔ – статистическая значимость различий между параметрами с низкой СТ и умеренной СТ на уровне значимости Р < 0,001.

Note. SА – situational anxiety; * – statistical significance of the differences between the parameters in the intersession and session periods at a significance level of P < 0.05; ** – statistical significance of the differences between the parameters in the intersession and session periods at a significance level of P < 0.01; Δ – statistical significance of the differences between the parameters with low SA and moderate SA at a significance level of P < 0.05; ΔΔ – statistical significance of the differences between the parameters with low SА and moderate SА at a significance level of P < 0.01; ΔΔΔ – statistical significance of the differences between the parameters with low SА and moderate SА at a significance level of P < 0.001.

правое полушарие. Известно, что правое полушарие отвечает за эмоции [20], поэтому очевидно, что при высоком уровне тревожности именно оно будет задействовано больше всего.

Более высокая степень выраженности тревожности в значительной степени коррелирует с активацией лобных долей коры правого полушария [18, 22]. С тревожными расстройствами также больше коррелирует правая теменная область по сравнению с левой [22].

Для улучшения состояния людей, подверженных тревожным расстройствам, подтверждено положительное влияние трансцендентальной медитации [23], способной снижать признаки как личностной, так и ситуативной тревожности. Показано, что левое полушарие более чувствительно к данной медитации, а большинство изменений было обнаружено в затылочной и височной областях коры.

При сравнении межсессионного и сессион-

Таблица 2

Table 2

Сравнение межполушарной когерентности ЭЭГ-сигналов в межсессионный и сессионный периоды в зависимости от уровня ЛТ (М ± m) (n = 56) Comparison of the interhemispheric coherence of EEG signals in the intersession and session periods depending on the level of PA (М ± m) (n = 56)

i-Q H О . И о * * О й S < н	Пары Pairs	Коэффициент когерентности / Coefficient of coherence
		Альфа-ритм / Alpha rhythm1		Бета-ритм / Beta rhythm		Тета-ритм / Theta rhythm
		Период / Period
		Межсессион. Intersession (n = 18)	Сессионный Session (n = 14)	Межсессион. Intersession (n = 18)	Сессионный Session (n = 14)	Межсессион. Intersession (n = 18)	Сессионный Session (n = 14)
н ^ < ё ^ в к m	F3-F4	0,92 ± 0,01	0,91 ± 0,03	0,74 ± 0,02	0,72 ± 0,05	0,78 ± 0,02	0,86 ± 0,02 **
	F7-F8	0,83 ± 0,04	0,84 ± 0,05	0,54 ± 0,02	0,61 ± 0,05	0,61 ± 0,02	0,73 ± 0,05 *
	C3-C4	0,88 ± 0,03	0,87 ± 0,04	0,71 ± 0,03	0,81 ± 0,03 *	0,63 ± 0,03	0,81 ± 0,04 ***
	P3-P4	0,91 ± 0,02	0,90 ± 0,04	0,72 ± 0,02	0,81 ± 0,03 *	0,73 ± 0,03	0,82 ± 0,04
	O1-O2	0,86 ± 0,03	0,91 ± 0,03	0,75 ± 0,01	0,81 ± 0,05	0,76 ± 0,02	0,77 ± 0,04
	T3-T4	0,83 ± 0,03	0,82 ± 0,04	0,58 ± 0,02	0,63 ± 0,05	0,71 ± 0,01	0,75 ± 0,04
	T5-T6	0,66 ± 0,05	0,76 ± 0,05	0,54 ± 0,03	0,61 ± 0,05	0,63 ± 0,03	0,64 ± 0,05
н . S & "О	Пары Pairs	Период / Period
		Межсессион. Intersession (n = 14)	Сессионный Session (n = 12)	Межсессион. Intersession (n = 14)	Сессионный Session (n = 12)	Межсессион. Intersession (n = 14)	Сессионный Session (n = 12)
	F3-F4	0,91 ± 0,02	0,90 ± 0,04	0,66 ± 0,05	0,77 ± 0,03	0,77 ± 0,06	0,82 ± 0,05
	F7-F8	0,85 ± 0,02	0,81 ± 0,06	0,45 ± 0,06	0,56 ± 0,07	0,61 ± 0,04	0,70 ± 0,06
	C3-C4	0,90 ± 0,02	0,91 ± 0,03	0,61 ± 0,05	0,80 ± 0,03 **	0,74 ± 0,04 Δ	0,82 ± 0,04
	P3-P4	0,93 ± 0,01	0,90 ± 0,03	0,65 ± 0,02 ΔΔ	0,73 ± 0,05	0,80 ± 0,04	0,79 ± 0,03
	O1-O2	0,94 ± 0,01	0,91 ± 0,04	0,70 ± 0,03	0,78 ± 0,04	0,78 ± 0,03	0,77 ± 0,05
	T3-T4	0,84 ± 0,02	0,85 ± 0,03	0,43 ± 0,02 ΔΔΔ	0,64 ± 0,06 **	0,69 ± 0,02	0,76 ± 0,06
	T5-T6	0,71 ± 0,03	0,76 ± 0,06	0,45 ± 0,02 Δ	0,563 ± 0,07	0,63 ± 0,02	0,70 ± 0,06

Примечание. ЛТ – личностная тревожность; * – статистическая значимость различий между параметрами в межсессионный и сессионный периоды на уровне значимости Р < 0,05; ** – статистическая значимость различий между параметрами в межсессионный и сессионный периоды на уровне значимости Р < 0,01; *** – статистическая значимость различий между параметрами в межсессионный и сессионный периоды на уровне значимости Р < 0,001; Δ – статистическая значимость различий между параметрами с умеренной ЛТ и высокой ЛТ на уровне значимости Р < 0,05; ΔΔ – статистическая значимость различий между параметрами с умеренной ЛТ и высокой ЛТ на уровне значимости Р < 0,01; ΔΔΔ – статистическая значимость различий между параметрами с умеренной ЛТ и высокой ЛТ на уровне значимости Р < 0,001.

Note. PA – personal anxiety; * – statistical significance of the differences between the parameters in the intersession and session periods at a significance level of P < 0.05; ** – statistical significance of the differences between the parameters in the intersession and session periods at a significance level of P < 0.01; *** – statistical significance of the differences between the parameters in the intersession and session periods at a significance level of P < 0.001; Δ – statistical significance of the differences between the parameters with low PA and moderate PA at a significance level of P < 0.05; ΔΔ – statistical significance of the differences between the parameters with low PA and moderate PA at a significance level of P < 0.01; ΔΔΔ – statistical significance of the differences between the parameters with low PA and moderate PA at a significance level of P < 0.001.

ного периодов обучения различия были выявлены для бета- и тета-ритмов в основном в лобных, центральных и височных долях головного мозга, т. е. участках мозга, ответственных за формирование намерений и суждений, долговременную память и моторику.

Достоверные различия для всех ритмов были выявлены только в межсессионный период для студенток с умеренной СТ по сравнению со студентками с низкой СТ. При сравнении студенток с высокой и умеренной ЛТ различия были выявлены также только в межсессионный период лишь для бета-диапазона в теменной и височных долях и для тета-ритма в центральной зоне.

Заключение. Для большинства студенток была характерна низкая ситуативная и высокая личностная тревожность в межсессионный и сессионный периоды. Для девушек с низкой ситуативной тревожностью характерно повышение амплитуды альфа-ритма в межсессионный период и тета-ритма в сессионный период. В межсессионный период наибольшая тета-активность была характерна для студенток с умеренной личностной тревожностью в верхне-лобных, центральных, левой теменной, левой затылочной и правой нижнелобной областях. В сессионный период у испытуемых с низким уровнем ситуативной тревожности отмечено понижение коэффициента когерентности в левой височной извилине для альфа-ритма и в правой лобноцентральной и левой лобно-височной зонах для бета-ритма. В межсессионный период у девушек с низкой ситуативной тревожностью было зарегистрировано снижение коэффициента когерентности в левой теменно-затылочной области, левой лобно-теменной и правой лобно-височной зонах для бета-диапазона и в правой лобно-затылочной зоне для тета-ритма.