Особенности типа фоновой электроэнцефалограммы по показателям средней амплитуды у подростков

Введение. Одними из основных показателей графического изображения электрической активности головного мозга электроэнцефалограммы (ЭЭГ) являются амплитуда и мощность. Их индивидуальная изменчивость определяется несколькими факторами. Показано, что амплитуда ЭЭГ, регистрируемая со скальпа, связана с толщиной черепной кости, определяемой с помощью ультразвуковой методики [1]. Сопоставление ЭЭГ и электрокортико-граммы также говорит о том, что ткани, лежащие на пути от коры до отводящего электрода, ослабляют амплитуду сигнала ЭЭГ [2]. Предполагается, что наследственные различия в толщине и свойствах этих тканей могут обусловливать определенную часть генетической изменчивости ЭЭГ. Однако указывают на незначительность данного фактора в виду отсутствия серьезных половых различий в ЭЭГ, в то время как толщина костей черепа у мужчин и женщин отличается.

Анализ литературных данных показывает, что снижение амплитуды основных ритмов ЭЭГ в возрасте до 20 лет может частично объясняться увеличением сопротивления промежуточных тканей, и в первую очередь – утолщением костей черепа, поскольку эти ткани являются не только «усреднителями», но и «ослабителями» амплитуды колебаний биопотенциалов [3]. Созревание левого и правого полушарий происходит длительно, гетерохронно и проходит фазно [4]. В период от 6 до 16 лет развивается правополушарное доминирование при зрительно-пространственном конструировании [5] приблизительно в том же возрастном диапазоне формируется специфическое участие правого полушария в опознании эмоционально окрашенных объектов [6].

Эмоциональные и речевые процессы тесно взаимосвязаны между собой, то есть при нарушении импрессивной стороны речи (поражении височных отделов коры левого полушария) нарушается восприятие эмоциональных состояний, а при нарушении экспрессивной стороны речи (при повреждении заднелобных отделов левого полушария) страдает воспроизведение эмоций [7].

Показано, что у детей, в отличие от взрослых, не выявляется четкой функциональной специализации полушарий при внимании и они функционируют не по принципу взаимодо-полнительности, а как взаимозаменяемые структуры, заимствующие друг у друга их будущие свойства. Возрастной особенностью мозгового обеспечения внимания у детей является его избыточность, что снижает функциональную значимость предстимульного периода [8].

Таким образом, литературные данные свидетельствуют об актуальности проблемы индивидуальных особенностей обеспечения высших психических функций у подростков.

Целью нашей работы явилось изучение структуры типов ЭЭГ, определённых по данным средней апмлитуды фоновых значений подростков в зависимости от половых особенностей, отражающих физиологический статус испытуемых.

Объекты наблюдения и методы исследования. В исследовании принимали участие учащиеся колледжа в возрасте 11–13 лет в количестве 22 человек. Все испытуемые привлекались к участию в 2-х экспериментах, в каждом из которых предлагались для прослушивания отрывки из литературных произведений с положительной (I серия) и отрицательной (II серия) эмотивной окраской. Перед прослушиванием проводилась беседа по сценарию. Схема эксперимента описана в предыдущих работах [9, 10].

Отведение и регистрацию ЭЭГ проводили с помощью автоматизированного комплекса на базе IBM PC/AT и электроэнцефалографа ВSТ1 с использованием программы «Polygraph» [11]. Электроды для отведения ЭЭГ располагали в точках С3 и С4 (по международной системе 10– 20 %), что соответствует проекции на центральную область ассоциативной коры. Считается [12], что регистрация ЭЭГ в этих точках отражает тип доминирующего ритма ЭЭГ. Указанные зоны наиболее информативны при исследовании межполушарных отношений [13, 14].

Применяли стандартную схему наложения электродов:

• -    С3 – левый центральный (слева от макушки испытуемого, удалён на 3–4 см от средней линии головы);

• -    С4 – правый центральный (симметричен С3);

• -    два объединенных индифферентных электрода (электроды сравнения) над сосцевидной костью черепа (на коже позади уха). Соединение электродов в пару позволило увеличить надёжность отведения за счёт более стабильного контакта;

• -    электрод-заземление крепился на запястье правой руки и включался в гнездо «земля».

Испытуемые сидели в тёмной звукоизолированной и электрически-экранированной камере в удобном кресле с подголовником. Им предлагали занять удобное положение, расслабиться и постараться ни о чём не думать, не совершать лишних движений. Этим достигалось снижение тонуса речедвигательного аппарата, а также обеспечивалось психическая и ЭЭГ-релаксация. Длительность каждого эксперимента в среднем составляла около 25–30 минут, что по мнению испытуемых не вызывало у них утомления и чувства усталости. У обследуемых подростков оценивали величину средней амплитуды (Аср, мкВ) и мощность спектра (МС, мкВ2) ЭЭГ каждого выделенного частотного диапазона и для каждого полушария в отдельности по фоновым значениям [15]. Оценку межполушарной асимметрии (МПА) осуществляли по данным коэффициента асимметрии. Значения коэффициента асимметрии (Кас) рассчитывали по средним показателям МС и Ам спектров ритма по следующей формуле:

(А1 – А2)×100/(А1 + А2), где А1 – МС (Аср) правого полушария; А2 – МС (Аср) левого полушария.

Экспериментальный материал регистрировался и обрабатывался в реальном режиме времени с использованием вычислительного комплекса на базе персонального компьютера с помощью оригинального программного обеспечения «Polygraph».

Обработка полученных результатов осуществлялась с помощью стандартных пакетов компьютерных программ «Statistica 8.0». Используя критерий Колмогорова-Смирнова, оценивали соответствие распределений нормальному закону. Достоверность различий оценивали с помощью t-критерия Стьюдента [16].

Результаты и их обсуждение. Анализ спектральных характеристик фоновых значений ЭЭГ установил, что величина средних амплитуд (А ср ) в каждом из выделенных частотных диапазонов при сравнении деятельности левого и правого полушарий у испытуемых достоверно не различалась, что вероятно связано с индивидуальными колебаниями показателя (рис. 1).

Рис. 1. Величина средних амплитуд (А ср ) в выделенных частотных диапазонах левого и правого полушарий у испытуемых

Вместе с тем следует отметить, что прослеживалась тенденция к достоверности различий значений А ср . в диапазонах δ - и θ -ритмов в обоих полушариях головного мозга испытуемых и относительно равное соотношение α-ритма.

Анализ индивидуального разнообразия параметров электрической активности коры головного мозга испытуемых указывает на явные тенденции к доминированию в общем спектре ЭЭГ отдельных ритмов. Таким образом, с учётом данного критерия можно выделить три группы испытуемых, характеризующиеся доминированием какого-либо из высокочастотных или низкочастотных ритмов ЭЭГ, или отсутствием доминирования:

I – доминирование α -активности;

• II    – доминирование низкочастотных составляющих ЭЭГ ( δ - и θ -диапазонов);

• III    группа со смешанной активностью с равным соотношением вышеперечисленных ритмов.

В связи с этим дальнейший анализ экспериментальных данных будет построен с учётом данного индивидуально-конституционального признака.

Всем испытуемым для прослушивания было предъявлено два текста с противоположной эмоциональной окраской: отрицательной и положительной в разные экспериментальные сроки, что подразумевает наличие двух фоновых записей ЭЭГ перед прослушиванием каждого из текстов (фон 1 и фон 2). Фон 1 предшествовал прослушиванию положительного текста, предъявляемого первым, а фон 2 – отрицательного.

Раздельный анализ двух фоновых записей ЭЭГ позволил выявить конституциональные особенности их динамики (табл. 1).

Таблица 1

Особенности фоновых значений средней амплитуды после бесед по сценарию ЭЭГ

Возрастная группа	Анализируемый фон ЭЭГ	Ритмы ЭЭГ
		Полушария головного мозга
		правое					левое
		δ	θ	α	β	γ	δ	θ	α	β	γ
Подростки	Ф 1	5.9	4,5	5,3	2,4	1,4	7,4	5,8	5,8	2,7	1,3
	Ф 2	6,0	4,5	4,6	2,1	1,2	6,9	4,8	4,5	2,1	1,2

Примечание: Ф 1 – фон 1; Ф 2 – фон 2.

При анализе А ср по фоновым значениям без деления по половым признакам, представленным в таблице 1, у подростков в двух фоновых ЭЭГ доминировала А ср δ -ритма в левом (фон 1) или в обоих полушариях (фон 2) головного мозга.

При делении экспериментальной группы по типам доминирующей ЭЭГ активности с учетом половых особенностей мы получили следующие результаты.

У испытуемых с доминированием δ -активности в первой фоновой ЭЭГ наибольшее значение А ср зарегистрированы у мальчиков в α - и β -диапазонах левого в диапазонах θ -, α - и β -ритмов правого полушария головного мозга по сравнению с девочками (p < 0,05). Аналогичная, но недостоверная (p > 0,05) тенденция прослеживалась для А ср и в диапазонах γ -ритма левого полушария, а также для δ - и γ -ритмов правого полушария головного мозга (табл. 2). При смешанном типе активности во всех частотных диапазонах величина средней амплитуды была больше у девочек, чем у мальчиков. Для δ -, θ - и α -ритмов эти различия были достоверны (p < 0,05).

Во второй фоновой ЭЭГ у испытуемых с доминирующей δ -активностью наибольшие значения показателя отмечены для мальчиков в δ -диапазоне обоих полушарий (p < 0,05) и в α - и β -ритмах левого полушария по сравнению с девочками (p < 0,05). При смешанном типе активности во второй фоновой ЭЭГ такие, как и в первом случае наблюдали меньшие значения А ср в отдельных частотных диапазонах, наоборот, у мальчиков. Но эти различия находились на уровне тенденции (p > 0,05).

Таким образом, величина средней амплитуды определялось не только возрастом испытуемых, но и эмотивностью полученной предварительно информации.

Необходимо отметить и то, что в исследовании принимали участие одни и те же испытуемые и в первой, и во второй серии эксперимента, но при делении на типы доминирующей активности по половому признаку девочек не оказалось ни в первом ни во втором случае в группе с доминированием α -активности. Следовательно, амплитуда α -ритма у девочек формируется позже чем у мальчиков. Это указывает на необходимость учета эмотивного смысла информации, подаваемой мальчикам и девочкам.

Таблица 2

Фоновые значения средней амплитуды выделенных частотных диапазонов подростков

Анализируемый фон ЭЭГ	Доминирующий ритм	Пол	Ритмы ЭЭГ
			Полушария головного мозга
			правое					левое
			δ	θ	α	β	γ	δ	θ	α	β	γ
Ф 1	δ	м	6,6	5,0	↑ 5,6	↑ 3,7	2,0	8,5	↑ 8,4	↑ 6,2	↑ 3,9	2,0
		д	6,6	5,4	4,1	2,5	1,4	7,7	6,7	5,1	2,5	1,2
	α	м	4,9	3,4	6,5	1,4	1,0	6,9	4,4	7,4	2,1	1,0
		д	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
	с	м	↓ 4,2	↓ 3,2	↓ 4,8	↓ 1,8	↓ 0,9	↓ 5,4	↓ 4,2	↓ 4,9	↓ 2,3	↓ 1,1
		д	7,0	5,0	6,0	2,5	1,6	7,5	6,0	6,5	2,7	1,5
Ф 2	δ	м	↑ 9,0	4,2	↑ 5,5	↑ 3,5	1,9	↑ 9,1	4,1	4,5	2,4	1,7
		д	4,8	4,0	3,5	1,7	1,0	5,9	4,7	4,0	2,0	1,3
	α	м	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
		д	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
	с	м	5,6	↓ 3,8	5,5	1,9	↓ 0,7	5,7	4,2	5,2	1,9	0,8
		д	5,6	4,2	5,9	1,7	1,2	6,2	4,4	5,6	1,8	1,4

Примечание: Ф 1 – фон 1; Ф 2 – фон 2.

В более старшем возрасте происходит увеличение доминирования правого полушария [5, 17].

Анализируя показатели асимметрии, необходимо определиться по поводу положительных и отрицательных значений. Поскольку мы вычитали значения левого полушария из значений правого, то отрицательные показатели Кас будут свидетельствовать о доминировании левого полушария. В основном обращают внимание на показатели α-ритма, мы проанализировали весь спектр ЭЭГ, данные представлены в таблице 3.

Таблица 3

Показатели фоновых значений коэффициента асимметрии у подростков с различным типом доминирования частотных диапазонов

Анализируемый фон ЭЭГ	Доминирующий ритм	Пол	Показатели асимметрии Кас
			δ	θ	α	β	γ
Ф 1	δ	м	–12,58	–25,37	–5,08	–2,63	–4
		д	–7,69	–10,74	–10,86	–5	7,69
	α	м	5,37	–12,82	–6,47	–20	–2
		д	–	–	–	–	–
	с	м	–12,5	–13,51	–1,03	–12,19	–6,45
		д	–3,45	–9,09	–4	–3,84	3,23
Ф 2	δ	м	–0,55	–3,45	10	18,64	5,56
		д	–11,77	–8,05	–6,67	–8,12	–13,04
	α	м	–	–	–	–	–
		д	–	–	–	–	–
	с	м	–0,88	–5	2,80	–3,8	–6,67
		д	–5,08	–2,33	2,61	–2,86	–7,69

Примечание: Ф₁– фон 1; Ф₂– фон 2 .

Как видно из представленных в таблице 4 данных, у подростков 11–13 лет преобладает активность левого полушария, что говорит о формировании к этому возрасту логического типа мышления. При анализе А ср мы обращали внимание на то, что испытуемые с доминированием α-активности особенно девочки, отсутствуют в обоих случаях. Но мальчики с доминированием данного типа мозговой активности также отсутствуют при получении предварительно отрицательной информации в беседах по сценарию.

Обращает на себя внимание тот факт, что при отрицательно окрашенной информации Кас у испытуемых с доминированием низкочастотных компонентов у мальчиков и в смешанной группе и у мальчиков, и у девочек начинает доминировать левое полушарие в диапазоне α-ритма. Таким образом, именно коэффициент асимметрии в нашем исследовании подтверждает мнение о специфическом участии правого полушария в опознании эмоционально окрашенных объектов [6].

Из полученных нами ранее данных [9], динамика Кас α -активности в периоде последействия положительной вербальной информации у подростков при доминировании α -ритма у большинства (70 %) обследуемых изменения МПА отсутствовали, а у 30 % случаев – инвертировали, снижение выраженности МПА отмечали у 60 % обследуемых с доминированием δ -активности, а у равного числа испытуемых наблюдали рост (20 %) или инверсию (20 %), увеличение в 67 % случаев – при смешанном типе ЭЭГ.

В периоде последействия отрицательной эмотивной информации при доминировании α -активности наблюдали инверсию (70 % обследуемых) и увеличение МПА (30 %). У обследуемых с доминированием δ -ритма в 50 % случаев наблюдали увеличение МПА, а у 50 % испытуемых изменения отсутствовали. При смешанном типе ЭЭГ увеличение, инверсия и отсутствие изменений регистрировали у равного числа обследуемых.

Таким образом, несмотря на различие в абсолютных значениях средней амплитуды в сравниваемых фоновых ЭЭГ существуют общие тенденции к инверсии Кас в диапазоне α-ритма у испытуемых смешанного типа ЭЭГ, независимо от пола испытуемых, и у мальчиков с доминированием низкочастотных компонентов при опознании отрицательной эмоционально окрашенной информации.

Отсутствие испытуемых с доминированием α-активности в опознании отрицательной эмоционально окрашенной информации противоречит мнению о том, что у детей не выявляется четкой функциональной специализации полушарий при внимании [8]. Это указывает на то, что отрицательная окраска информации у детей 11–13 лет приводит к угнетению α-ритма.

Выводы: 1. Величина средней амплитуды определяется не только возрастом испытуемых, но и эмотивностью полученной предварительно информации.

• 2.    Амплитуда α -ритма у девочек формируется позже, чем у мальчиков.

• 3.    Необходимо учитывать эмотивную окраску информации, подаваемой мальчикам и девочкам.

• 4.    Коэффициент асимметрии подтверждает мнение о специфическом участии правого полушария в опознании эмоционально окрашенных объектов.

• 5.    Отрицательная окраска информации у детей 11–13 лет приводит к угнетению α-ритма.