CC BY
34
individual profile of asymmetry in early ONTOGENESIS
E. Berdichevskaya, Doctor of Medical Sciences, Professor, Head of Physiology Department E-mail: emberd@mail.ru
Y. Kudryashova, Candidate of Biological Sciences, Associate Professor of Anatomy Department E-mail: ykudrashova@mail.ru
Federal State Budget Institution of Higher Professional Education « Kuban State University of Physical Education, Sport and Tourism», Krasnodar
Contact information for correspondence: 350015, Krasnodar, Budennogo Str., 161
This study examines features of interhemispheric distribution of selected functions among 240 children of 3-7 years old identified by testing individual profile of asymmetry (IPA) under the scheme: "hand" - "foot" - "eyesight" - "hearing." It is shown that the lateral sensorimotor preferences in early ontogenesis are characterized by a variety
of interhemispheric dominance and interaction choices. Structure of individual laterality of some paired organs distribution depends on their functionality and it is dynamic in microintervals of early ontogenesis.
Key words: individual profile of asymmetry, children of 3-7 years old.
УДК 612.06 -053
динамика ээг при планировании и реализации
произвольных движений у юношей и мужчин зрелого возраста с различным уровнем
невнимательности, импульсивности и гиперактивности
Аспирант Д. М. Самарский,
Кубанский государственный университет физической культуры, спорта и туризма, г. Краснодар. 350015, г. Краснодар, ул. Буденного, 161.
В исследовании приняли участие юноши и мужчины первого периода зрелости в возрасте 24±6 лет. На основании полученных данных посредством модифицированного Test of Variable of Attention было выделено две группы: первая группа здоровых включала 45 человек, вторая группа с СДВГ - 46 человек. ЭЭГ регистрировалась в 31 отведении по модифицированной системе 10-20 униполярно на компьютерном электроэнцефалографе фирмы «Мицар» в частотном диапазоне 4-60 Гц и ЭМГ M. Adduction Thumb в частотном диапазоне 5-150 Гц. Посредством программного обеспече-
ния Win EEG были рассчитаны топографические карты мощности спектра ЭЭГ в частотных диапазонах 4-7, 8-10, 11-13, 1424, 25-35, 36-47, 48-60 Гц в следующих экспериментальных условиях: в положении сидя с открытыми глазами, а также в фазе подготовки и реализации произвольного движения. Сравнительный анализ показал, что у лиц с СДВГ организация произвольного движения существенно нарушается на уровне коры больших полушарий на этапах планирования моторного акта преимущественно в лобных долях и его реализации - в первичной моторной коре и теменной
области за счет существенного увеличения их пространственной активации.
Ключевые слова: СДВГ у лиц зрелого возраста; ЭЭГ; произвольное движение.
В настоящее время внимание исследователей привлекает проблема синдрома дефицита внимания с гиперактивностью (СДВГ) у лиц зрелого возраста. Данная мозговая дисфункция сохраняется у взрослых и трудно диагностируется. Многие считают, что использование DSM IV и DSM V не позволяет объективно поставить диагноз [9]. Достаточно широкое распространение для определения СДВГ получил тест T.O.V.A. Однако он имеет определенные недостатки: нет нормативных данных для лиц зрелого возраста, он не определяет важного клинического проявления синдрома - гиперактивности. Разработанный новый методический подход (патент РФ № 2467686) позволяет объективно оценивать весь клинический спектр СДВГ у лиц зрелого возраста -невнимательность, импульсивность и гиперактивность [3]. Исследования показали, что доминирующим фактором, определяющим данную мозговую дисфункцию в этом возрасте, является гиперактивность, которая обусловлена нарушением моторных функций. Однако физиологические механизмы данного феномена не ясны. Одним из объективных инструментов исследования моторного контроля является анализ ЭЭГ в различные фазы произвольных движений человека. Такие исследования были проведены с участием детей с СДВГ [1, 2]. Специфика ЭЭГ у лиц с СДВГ зрелого возраста описана лишь в состоянии покоя [5, 7, 10, 13]. В связи с вышеизложенным целью исследования явилось выявление специфики электрической активности головного мозга при подготовке и реализации произвольных движений у юношей и мужчин зрелого возраста с различным уровнем невнимательности, импульсивности и гиперактивности.
Методы и организация исследования. В исследовании с письменного согласия приняли участие юноши и мужчины первого периода зрелости в возрасте 24±6 лет, у которых предварительно был проведен модифицированный Test of Variable of Attention (T.O.V.A.) с определением невнимательности, импульсивности и гиперактивности на стабилометрическом кресле «Стабилан - 01» («ОКБ»РИТМ», Таганрог). Испытуемому предъявлялся ряд значимых, требующих ответной реакции (Go), и незначимых, не требующих ответной реакции (ЫоСо), слуховых стимулов различной частоты. Согласно моторной задаче, испытуемый должен был отвечать нажатием на кнопку компьютерной мыши на предъявляемые значимые стимулы низкой частоты 50 Гц ^о) и игнорировать незначимые стимулы высокой частоты 200 Гц (NоGо). Длительность экспозиции каждого стимула составляла 300 мс, межстимульный интервал равнялся 1500 мс. Общее время тестирования составляло 22,5 мин. После проведения теста определялись невнимательность - как количество неправильных ответов на значимый стимул (%), импульсивность -
как количество неправильных ответов на незначимый стимул (%), время реакции или скорость мыслительных процессов (мс) и изменчивость времени реакции или устойчивость внимания (мс). На основании полученных данных из числа обследованных было выделено две группы: первая группа здоровых включала 45 человек, вторая группа с СДВГ - 46 человек.
ЭЭГ регистрировалась в 31 отведении по модифицированной системе 10-20 (Fp1; Fpz; Fp2; F7; F3; Fz; F4; F8; FT7; FC3; FCz; FC4; FT8; T3; C3; Cz; C4; T4; FP7; CP3; CPz; CP4; TP8; T5; P3; Pz; P4; T6; O1; Oz; O2) униполярно на компьютерном электроэнцефалографе фирмы «Ми-цар» в частотном диапазоне 4-60 Гц и ЭМГ M. Adduction Thumb в частотном диапазоне 5-150 Гц. Межэлектродное сопротивление не превышало 4 кОм.
Расположение электродов корректировалось по отведению С3, которое определялось посредством магнитной стимуляции первичной моторной коры с использованием магнитного стимулятора «Нейро-МС». Продолжительность магнитного стимула составляла 350 мкс. При картировании области моторной коры определялась точка С3, соответствующая максимальному моторному ответу M. Adduction Thumb. Запись ЭЭГ осуществлялась в состоянии покоя, в положении сидя с открытыми глазами, а также при отведении пятого пальца правой руки.
На следующем этапе исследования проводился анализ электрофизиологических коррелятов центральных программ у участников двух выделенных групп. Посредством программного обеспечения Win EEG были рассчитаны топографические карты мощности спектра ЭЭГ в частотных диапазонах 4-7, 8-10, 11-13, 14-24, 2535, 36-47, 48-60 Гц в следующих экспериментальных условиях: в положении сидя с открытыми глазами, а также в фазе подготовки и реализации произвольного движения. Мощность спектра рассчитывалась в процентах в каждом диапазоне по отношению к суммарной мощности сигнала всего исследуемого спектра ЭЭГ. Усредненные по группам топографические карты пространственного распределения мощности спектра ЭЭГ сравнивались между собой в исследуемых частотных диапазонах и в одинаковых экспериментальных условиях путем вычитания из последующей топографической карты предыдущей. Такая операция позволяла выявить изменения мощности спектра ЭЭГ, характерные для каждой фазы произвольного движения. Достоверность различий исследуемых показателей определялась посредством дисперсионного анализа (Statistika 5.5). По результатам статистического анализа представлены топографические карты значимых изменений мощности спектра и когерентности ЭЭГ.
Результаты исследований и их обсуждение. Анализ топографических карт мощности спектра ЭЭГ показал, что электрическая активность коры больших полушарий существенно изменялась в фазах подготовки и реализации произвольного движения и значительно различалась у здоровых испытуемых и лиц с СДВГ. У здоровых при подготовке к произвольному
движению (1 с до движения) по сравнению с состоянием покоя (рис. 1) мощность спектра ЭЭГ в диапазоне 4-7 Гц преимущественно возрастала в премоторных и моторных областях, а также в дорзальных отделах обеих теменных долей. Однако когерентность уменьшалась, что говорит о снижении функциональной взаимосвязи между нейронами этих областей. В диапазоне 8-10 Гц мощность спектра ЭЭГ увеличивалась в передних отделах лобных долей и теменных долях, а также в правых префронтальных, премоторных и моторных областях. Между ними возрастала преимущественно внутрипо-лушарная когерентность, что обеспечивало функциональные связи между нейронами лобных и теменных долей. Межполушарная когерентность снижалась между всеми исследуемыми отведениями. В диапазоне 14-24 Гц в центральных отделах лобных долей повышалась мощность спектра ЭЭГ и внутриполушарная когерентность. В высокочастотных диапазонах (25-35, 36-47, 48-60 Гц) мощность спектра ЭЭГ значительно снижалась. Повышенная когерентность в диапазоне 25-35 Гц имела специфическую направленность: она преимущественно проявлялась между передними отделами лобных долей и нижнетеменными долями правого полушария. В диапазонах 36-47 и 48-60 Гц она снижалась практически между всеми исследуемыми отведениями. Когерентность между мощностью спектра ЭЭГ в диапазонах 4-7, 11-13, 14-24, 25-35 и 48-60 Гц и мощностью спектра ЭМГ M. Adduction Thumb существенно снижалась.
У лиц с СДВГ при инициации произвольного движения (рис. 2) мощность спектра ЭЭГ в отличие от здоровых испытуемых возрастала лишь в теменных (4-7 Гц) и
снижалась преимущественно в затылочных долях (8-10 Гц). Количество положительных когерентных связей между этими областями незначительно повышалось, а в остальных областях коры снижалось. Когерентность между ЭЭГ и ЭМГ возрастала. В диапазоне 11-13 Гц мощность спектра ЭЭГ увеличивалась в моторных и соматосенсорных областях коры обоих полушарий. Межполушарная когерентность увеличивалась между нейронами моторной, соматосенсорной коры и теменной доли. В высокочастотных диапазонах мощность спектра ЭЭГ снижалась, а внутриполушарная когерентность преимущественно увеличивалась, включая когерентность между ЭЭГ и ЭМГ (25-35, 36-47 Гц). В диапазоне 48-60 Гц вышеописанные показатели существенно снижались.
При реализации движения по сравнению с его инициацией у здоровых испытуемых мощность спектра ЭЭГ и внутри- и межполушарная когерентность в диапазонах 4-7 и 8-10 Гц преимущественно снижалась по всей коре больших полушарий. В диапазоне 11-13 Гц мощность спектра ЭЭГ возрастала в левой префрон-тальной области и центральных областях затылочной доли. Между ними устанавливались повышенные функциональные взаимосвязи. В диапазоне 14-24 Гц повышение мощности спектра ЭЭГ определялось только в левой премоторной области. Эта область находилась в центре положительных когерентных связей между нижнетеменной областью правого полушария и лобной долей левого полушария. Во всех описанных частотных диапазонах имелись положительные (11-13, 14-24, 25-35 и 36-47 Гц) и отрицательные (4-7, 8-10 Гц) когерентные связи между электрической активностью
4-7 Гц fc-ЮГц 11-13113 14-24Гц
25-35 Гц 34-17 Гц АЫАГц
Рисунок 1. Топографические карты значимых изменений мощности спектра, выраженной в % (кружки различного диаметра в областях отведений), и когерентности (линии между отведениями) ЭЭГ при инициации движения у здоровых испытуемых
Примечание в данном и последующих рисунках:
а) черный цвет обозначает повышение, серый - снижение исследуемых параметров;
б) кружки малого диаметра характеризуют изменение мощности спектра ЭЭГ до 1%; среднего диаметра - до 2%; большого диаметра - до 3% и выше.
мот п-ии] 14-^+1 и
Рисунок 2. Топографические карты значимых изменений мощности спектра, выраженной в % (кружки различного диаметра в областях отведений), и когерентности (линии между отведениями) ЭЭГ при инициации движения у лиц с СДвГ
4.7 141 Б-Ш1 ш II Ш II 1-1-М1 II
Рисунок 3. Топографические карты значимых изменений мощности спектра, выраженной в % (кружки различного диаметра в областях отведений), и когерентности (линии между отведениями) ЭЭГ при реализации движения у здоровых испытуемых
+■■> 1*1 <41 11-1 М 11 ".-41
Рисунок 4. Топографические карты значимых изменений мощности спектра, выраженной в % (кружки различного диаметра в областях отведений), и когерентности (линии между отведениями) ЭЭГ при реализации движения у лиц с СДвГ
левого полушария и ЭМГ M. Adduction Thumb, которая участвовала в реализации данной моторной задачи. Их максимальное положительное количество определялось в диапазоне 14-24 Гц.
В высокочастотном диапазоне (36-47 Гц) повышение мощности спектра ЭЭГ выявлялось в премоторной и моторной областях с ограниченным количеством положительных связей между ЭЭГ и ЭМГ работающей мышцы. Положительные когерентные связи во всех частотных диапазонах были преимущественно межполу-шарные, а отрицательные - внутриполушарные.
У лиц с СДВГ при реализации движения картина топографических карт мощности спектра ЭЭГ в диапазонах 4-7 и 8-10 Гц существенно не отличалась от аналогичных карт здоровых в этих экспериментальных условиях (рис. 4). В диапазоне 11-13, 14-24 Гц повышение мощности спектра ЭЭГ выявлялось в затылочных долях и отсутствовало в лобных и премоторных областях левого полушария. По сравнению со здоровыми резко снизилось количество положительных внутри-полушарных связей и уменьшилось количество отрицательных межполушарных связей. В высокочастотных диапазонах повышение мощности спектра ЭЭГ определялось лишь в диапазоне 48-60 Гц в теменной доле левого полушария. Однако резко возрастало количество положительных когерентных связей между ЭЭГ и ЭМГ.
Сравнительный анализ топографических карт мощности спектра ЭЭГ в различные фазы произвольного движения у здоровых испытуемых и лиц с СДВГ показал, что данная мозговая дисфункция характеризуется спецификой динамики мощности спектра ЭЭГ определенных областей коры в различных частотных диапазонах.
При планировании движения у лиц с СДВГ значительно снижается тета- и альфа1-ритм ЭЭГ по всей поверхности коры больших полушарий, а также бета1-ритм в лобных долях. Положительные когерентные связи между передними и задними отделами мозга практически исчезают в низкочастотном спектре ЭЭГ и возрастают в гамма-диапазоне. Полученные данные свидетельствуют о снижении селективного внимания при ожидании разрешающего стимула [6,10,12].
При реализации произвольного движения у лиц с СДВГ в отличие от здоровых выявляется низкая активация лобных долей, включая левую премоторную область, ответственную за сохранение моторного опыта [4], а также существенно снижается количество положительных когерентных связей в этой области между нейронами. В высокочастотном диапазоне ЭЭГ (гамма-ритм) вместо локальной активации первичной моторной коры повышенная мощность спектра ЭЭГ распространяется на теменную долю левого полушария и область вертекса.
Таким образом, у лиц с СДВГ организация произвольного движения существенно нарушается на уровне коры больших полушарий на этапах планирования моторного акта преимущественно в лобных долях и
его реализации - в первичной моторной коре и теменной области за счет существенного увеличения их пространственной активации.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Иващенко, Е. А. Специфика электрофизиологических коррелятов моторных программ при планировании и реализации целенаправленных движений в простой и сложной моторной задаче у человека // Физическая культура, спорт -наука и практика. - 2014. - № 1. - С. 25-28.
2. Трембач, А. Б. Влияние тренинга позной устойчивости на уровень внимания, импульсивности и пространственное распределение мощности спектра ЭЭГ у детей с синдромом дефицита внимания и импульсивности / А. Б. Трембач, И. А. Волобуева, Е. В. Витько, Г. А. Гришина, О. В. Горбатова, Я. Е. Бу-гаец // Конф. получателей грантов регионального конкурса «Юг» Российского фонда фундаментальных исследований и администрации Краснодарского края. - Краснодар, 2008. -
C. 153-154.
3. Трембач, А. Б. Комплексный способ диагностики двигательных и ментальных функций у лиц с синдромом дефицита внимания с гиперактивностью / А. Б. Трембач, Д. М. Самарский, С. С. Слива, Я. Е. Бугаец // Патент РФ № 2467686, 2012.
4. Frenkel-Toledo, S. Dynamics of the EEG power in the frequency and spatial domains during observation and execution of manual movements / S. Frenkel- Toledo , S. Bentin, A. Perry ,
D.G. Eiebermann , N. Soroker // Brain Res. 2013 May 6.- 1509.
5. Hobbs, M.J. EEG abnormalities in adolescent males with AD/HD / M.J. Hobbs, A.R. Clarke, R.J. Barry, R. McCarthy, M. Selikowitz //Clin Neurophysiol. 2007 Fe, 118(2):363-71.
6. Inanaga, K. Frontal midline theta rhythm and mental activity /Inanaga K. //Psychiatry Clin Neurosci. 2013 Apr 3, 33(14), 6212-24.
7. Van Dongen-Boomsma, M. Relation between resting EEG to cognitive performance and clinical symptoms in adults with attention- deficit/hyperactivity disorder. / M. van Dongen-Boomsma, MM Lansbergen, E.M. Bekker, J.J. Kooij, M. van der Molen, J.L. Kenemans, J.K. Buitelaar //Neurosci Lett, 2010, Jan 18. - 469(1).
8. Karch, S. Increased у oscillations during voluntary selection processes in adult patients with attention deficit/hyperactivity disorder. / S. Karch, F. Segmiller, L Hantschk, A. Cerovecki, M. Opgen-Rhein, B. Hock, S. Dargel, G. Leicht, K. Hennig-Fast, M. Riede, O. Pogarell //J Psychiatr Res. 2012 Nov;46( 11): 1515- 23. doi: 10.1016/j,jpsychires.2012.07.017. Epub 2012 Aug 22.
9. Klein, R. Aging aspects of ADHD / R.Klein, S.Mannuzza // ADHD Attention Deficit and Hyperactivity Disorders// Official Journal of the World Federation of ADHD. -2009. - V.l. - N.l - P.59.
10. Koehler, S. Increased EEG power density in alpha and theta bands in adult ADHD patients / S. Koehler, P. Lauer, T. Schreppel, C. Jacob, M. Heine, A. Boreatti-Hiimmer, A.J. Fallgatter, MJ. Herrmann //J Neural Transm, 2009 Jan; 1 16(1):97-104.
11. Palva, J.M. Neuronal synchrony reveals working memory networks and predicts individual memory capacity / J.M. Palva , S. Monto , S. Kulashekhar, S. Palva //Proc Natl Acad Sci U S A. 2010 Apr 20;107(16):7580-5.
12. Schmidt, B. Dissociation between dorsal and ventral hippocampal theta oscillations during decision-making/В. Schmidt, J.R. Hinman, Т.К. Jacobson, E. Szkudlarek, M.Argraves, M.A. Escabi, E.J. Markus //J Neurosci. 2013 Apr 3;33( 14):6212-24
13. Woltering, S. Behavioral and Brain Functions Resting state EEG oscillatory power differences in ADHD college students and their peers //S. Woltering 1, J. Jungl, Z.Liul and R.Tannock //http:// www.behavioralandbrainfunctions.eom/content/8/l/60, 2012
dynamics of eeg in planning and implementation of voluntary movements in young men and middle-aged adults with different levels of inattention, impulsivity, and hyperactivity
Postgraduate student D. Samarsky
Federal State Budget Institution of Higher Professional Education « Kuban State University of Physical Education, Sport and Tourism», Krasnodar
Contact information for correspondence: 350015, Krasnodar, Budennogo Str., 161
The study involved boys and men of the first period of maturity at the age of 24 ± 6 years old. On the basis of the data obtained by a modified Test of Variable of Attention has been allocated two groups: the first group consisted of 45 healthy people, the second group with ADHD - 46 people. EEG was recorded in 31-leads with the help of unipolar modified 10-20 system on a computer electroencephalograph of firm "Mizar" in the frequency range of 4 - 60 Hz and EMG M. Adduction Thumb in the frequency range of 5 - 150 Hz. By software Win EEG topographic maps were calculated power spectrum of the EEG in the frequency ranges 4-7, 8-10, 11-13, 14-24, 25-35, 36-47, 48-60 Hz in the
following experimental conditions: sitting with his eyes open, as well as in the phase of preparation and implementation of voluntary movement. Comparative analysis showed that individuals with ADHD organization of voluntary movement are impaired at a level of the cerebral cortex in the planning stages of motor act predominantly in the frontal lobes and its implementation - in the primary motor cortex and the parietal region at the expense of a substantial increase in their spatial activation.
Key words: ADHD in middle-aged adults, EEG, voluntary movement.
