Спектрально-пространственные показатели бета-2 ритма и результативность интеллектуальной деятельности человека с различными характеристиками фоновой ЭЭГ

В последние годы «фоновое» состояние активности коры головного мозга стало привлекать все большее внимание исследователей. В частности большой интерес вызывают исследования поддиа- пазонов альфа ритма ЭЭГ. Доказано, что изменения в различных частотных диапазонах альфа активности являются коррелятами разных когнитивных функций [9, 12].

Результаты наших исследований позволяют предположить, что исходные фоновые характеристики альфа активности, а именно преобладание в фоновой ЭЭГ выраженности низкого или высокого диапазонов альфа ритма, могут рассматриваться в качестве прогностических критериев результативности отдельных видов интеллектуальной деятельности [5, 7]. Учитывая, что специфика мозговой организации невербальной деятельности характеризуется динамикой когерентности быстроволновых диапазонов ЭЭГ [2, 4], в данной работе наше внимание было сосредоточено на динамике спектрально-когерентных показателей бета-2 ритма ЭЭГ у лиц с различными спектральными характеристиками альфа ритма фоновой ЭЭГ. Интерес к динамике показателей именно этого диапазона ЭЭГ обусловлен еще и тем, что изменение спектральнокогерентных характеристик бета2-ритма рассматривают в качестве коррелятов разных когнитивных процессов, в частности внимания и перцепции [11].

Методика. Испытуемым (юноши в возрасте 18-21 года, правши), предлагался модифицированный и компьютеризированный нами тест «Установление закономерностей», суть которого подробно описана в наших предыдущих публикациях [3, 5]. Рассчитывали коэффициент успешности (КУ) выполнения тестового задания по формуле, учитывающей общее число просмотренных цифровых групп и число допущенных при этом ошибок [6]. ЭЭГ регистрировали монополярно (по схеме “10 – 20” в затылочных (О2, О1), теменных (Р4, Р3), центральных (С4, С3), лобных (F4, F3) и височных (Т4, Т3) отведениях; референтные электроды располагались на мочках ушей) в исходном состоянии, на 1-й и 3-й минутах выполнения теста и после завершения тестирования. Безартефактные фрагменты записи обработаны с помощью пакета программ «НЕЙРО-КМ» (ООО «Статокин»). Спектральнокогерентный анализ проводили на основе быстрого преобразования Фурье, при эпохе анализа 4 сек и длительности каждого анализируемого фрагмента в 1 минуту. Рассчитывали спектральную мощность (СМ) и коэффициент когерентности (Кког) бета-2 диапазона ЭЭГ, который определяли для всех 45-ти возможных комбинаций меж- и внутриполушарных пар отведений электродов. Статистическую обработку результатов проводили с использованием пакета программ “STATISTICA v.6”. Достоверность различий анализируемых показателей у студентов выделенных групп оценивали с помощью дисперсионного анализа “Breakdown and one-way ANOVA”. Достоверность изменения значений по- казателей в разных ситуациях у одной группы испытуемых оценивали с использованием t-критерия для связанных выборок.

Результаты и обсуждение.

По выраженности СМ альфа-1 и альфа-2 диапазонов в затылочных отведениях ЭЭГ, зарегистрированной в исходном состоянии при закрытых глазах, были выделены две группы испытуемых. В 1-ю группу (n=8) вошли лица, у которых СМ альфа-1 ритма (7-10 Гц) составляла больше 70% от мощности общего диапазона альфа ритма; во 2-ю группу (n=9) составили испытуемые, у которых СМ альфа-2 ритма (10-13 Гц) была больше 70% от общей мощности диапазона альфа-ритма.

Сравнительный анализ результата показал, что КУ был достоверно выше в 1-й группе (32,2+1,8 в 1-й и 24,7+1,7 во 2-й группе; р=0,009) за счет большего количества просмотренных (34,0+1,8 в 1й и 28,2+1,8 во 2-й группе р=0,038) и большего количества правильно отмеченных (11,9+0,6 в 1-й и 8,6+0,7 в 2-й группе р=0,005) цифровых групп.

Таким образом, результативность теста была выше в группе студентов с исходно высокой мощностью альфа-1 диапазона ЭЭГ.

В исходном состоянии СМ бета-2 ритма была достоверно выше у студентов 2-й группы в правых и левых затылочных (р=0,002 и 0,015), теменных (р=0,022 и 0,045) и правом центральном (р=0,014) отведениях ЭЭГ. При выполнении теста ее значения у студентов 2-й группы увеличивались относительно исходного состояния (значимо в O2, р<0,05) в правой и левой затылочных областях коры на первой и третьей минутах работы. Таким образом, на первой минуте работы с тестом СМ бета-2 ритма была достоверно выше у студентов 2-й группы в правом и левом затылочных (р=0,002 и 0,027) и правых теменном (р=0,007) и центральном (р=0,045) отведениях ЭЭГ. На третьей минуте выполнения теста СМ бета-2 ритма оставалась достоверно выше у студентов 2-й группы в правых и левых затылочных (р=0,001 и 0,009), теменных (р=0,002 и 0,048) и правом центральном (р=0,019) отведениях ЭЭГ. После выполнения теста СМ бета-2 ритма возвращалась к исходным значениям. У студентов 1-й группы значимых изменений СМ бета-2 ритма при выполнении теста не наблюдалось (рис. 1).

В наших предыдущих исследованиях зарегистрировано снижение СМ бета-1 ритма при выполнении зрительно пространственной задачи у более успешных испытуемых с исходно высоким поддиапазоном альфа-1 [7]. В исследовании [8] высказывается предположение, что повышение активности в бета диапазоне ЭЭГ приводит к ухудшению гибкости поведенческих и когнитивных функций. Некоторые авторы также наблюдали эффекты снижения мощности бета активности в процессе выполнения когнитивных заданий [10]. Это, по мнению исследователей, происходит потому, что в процессе активации коры имеет место разрушение таламокортикальных синхронизирующих механизмов, что является причиной десинхронизированной ЭЭГ. Однако в большинстве работ факт снижения СМ бета-2 диапазона не сопоставляется с эффективностью деятельности.

фон 1       1 мин       3 мин       фон 2

Рис. 1. Спектральная мощность бета-2 диапазона ЭЭГ (M+m) у студентов 1-й и 2-й групп в исходном состоянии (Ф1), на первой и третьей минутах выполнения теста и после завершения работы (Ф2).

Исходя из наших данных настоящего и предыдущих исследований, следует думать, что снижение (или отсутствие изменений как показано в данной работе) СМ быстроволновых диапазонов у испытуемых с исходно высокой СМ поддиапазона альфа-1 способствует получению ими более высокого результата интеллектуальной деятельности.

В исходном состоянии у студентов 2-й группы достоверно более высокие значения Кког диапазона бета-2 зарегистрированы между правой затылочной и левыми теменной и центральными областями коры. Анализ изменений Кког на 1-й и 3-й минутах работы показал, что по сравнению с исходным состоянием у студентов 1 группы имело место снижение, а у студентов 2-й группы увеличение Кког что явилось причиной установления достоверных межгрупповых различий. На 1-й минуте выполнения теста когерентность бета-2 диапазона была достоверно выше у испытуемых 2-й группы в парах отведений: Р3-О2 (р=0,041), Р4-О1 (р=0,0260), Р3-Р4 (р=0,036) и Р4-Т3 (р=0,047).

Рис. 2. Графическая карта коэффициентов когерентности бета-2 диапазона ЭЭГ в исходном состоянии (Ф1), на первой и третьей минутах выполнения теста и после завершения работы (Ф2). Линиями обозначены пары отведений, коэффициент когерентности которых был достоверно ниже у испытуемых 1-й группы.

На 3-й минуте работы с тестом значения Кког бета-2 была достоверно выше у студентов 2-й группы в парах отведений: Р3-О2, р=0,001; С3-О2, р=0,0005; F3-O2, р=0,025; Т3-О2, р=0,008; Р4-О1, р=0,008; С4-О1, р=0,017; F4-O1, р=0,035; Р3-Р4, р=0,007; С3-Р4, р=0,021; Т3-Р4, р=0,029; С4-Р3, р=0,036; F4-P3, р=0,030; Т4-Р3, р=0,008; Т4-С3, р=0,006; T4-F3, р=0,044; Т3-Т4, р=0,005 (рис. 2).

На 3-й минуте работы с тестом значения Кког бета-2 была достоверно выше у студентов 2-й группы в парах отведений: Р3-О2, р=0,001; С3-О2, р=0,0005; F3-O2, р=0,025; Т3-О2, р=0,008; Р4-О1, р=0,008; С4-О1, р=0,017; F4-O1, р=0,035; Р3-Р4, р=0,007; С3-Р4, р=0,021; Т3-Р4, р=0,029; С4-Р3, р=0,036; F4-P3, р=0,030; Т4-Р3, р=0,008; Т4-С3, р=0,006; T4-F3, р=0,044; Т3-Т4, р=0,005 (рис. 2).

Таким образом, основные различия между группами испытуемых в значениях Кког диапазона бета-2 были отмечены на 3-й минуте работы с тестом и носили исключительно межполушарный характер. В исследовании [1] также выявлено достоверное снижение уровня когерентности бета-2 диапазона при мысленной работе разного вида по сравнению с состоянием пассивного бодрствования.

Как следует из наших данных, в группе более успешных испытуемых по мере выполнения теста имело место снижение межполушарного взаимодействия на частотах бета-2, что привело к значимым различиям значений Кког между выделенными группами испытуемых. Причем, если на 1 минуте работы различия регистрировались в 4-х парах межполушарных отведений, то на 3 минуте межполушарное взаимосодействие было значимо ниже у студентов 1-й группы уже в 16 парах отведений. Таким образом, работа с тестом сопровождалась постепенным снижением сопряженной активности полушарий и, как следствие, усилением роли специализации полушарий для более успешной реализации данного вида интеллектуальной деятельности.

Выводы.

• 1.    Результативность теста «Установление закономерностей» была выше в группе студентов с исходно высокой мощностью альфа-1 диапазона ЭЭГ за счет большего количества просмотренных и правильно отмеченных цифровых групп.

• 2.    У испытуемых с преобладанием в фоновой ЭЭГ высокочастотного альфа ритма спектральная мощность бета-2 диапазона была достоверно выше в затылочных, теменных и правой центральной областях коры, как в состоянии спокойного бодрствования, так и при работе с тестом. Кроме этого при работе с тестом у них имело место увеличение спектральной мощности бета-2 ритма в правой затылочной области коры.

• 3.    У студентов с преобладанием в фоновой ЭЭГ низкочастотного альфа ритма коэффициент когерентности в диапазоне бета-2 был значимо ниже. Основные различия между группами

испытуемых в значениях Кког диапазона бета-2 были отмечены на 3-й минуте работы с тестом и носили исключительно межполушарный характер.