CC BY
27
УДК 796.01:612
динамика электроэнцефалограммы при решении
моторных задач у детей 7-10 лет с различным уровнем невнимательности и импульсивности
Доктор биологических наук, профессор А. Б. Трембач, кандидат биологических наук, и. о. доцента Т. В. Пономарева, кандидат биологических наук, доцент О. Г. Пастухов, студентка магистратуры О. С. Попова,
Кубанский государственный университет физической культуры, спорта и туризма, г. Краснодар. Контактная информация для переписки: 350015, г. Краснодар, ул. Буденного, 161.
в статье рассматриваются особенности электрофизиологических коррелятов центральных программ по динамике ЭЭГ у детей с различным уровнем невнимательности и импульсивности в период подготовки, реализации и прекращения произвольных движений. Результаты исследования можно рассматривать как основу для разработки новых методов диагностики синдрома дефицита внимания с гиперактивностью.
Ключевые слова: синдром дефицита внимания с гиперактивностью; электроэнцефалография; тест непрерывной деятельности ^^А; диагностика невнимательности и импульсивности; двигательная активность; фазы произвольного движения.
введение. ^ндром дефицита внимания с гиперактивностью (СДВГ) является одной из наиболее распространенных форм минимальных мозговых дисфункций (ММД), возникающих вследствие различных причин, но имеющих однотипную неврологическую симптоматику, которая проявляется в виде невнимательности, импульсивности, гиперактивности, трудностей в обучении и в нарушении поведения [1]. Она частично компенсируется по мере роста и созревания мозга [2]. Клиницисты и нейрофизиологи проявляют значительный интерес к СДВГ в связи с его высокой распространенностью в детской популяции (5-15%). Механизмы развития СДВГ не выяснены. Существуют различные мнения (возрастная незрелость головного мозга, родовые травмы, генетическая предрасположенность) [6], которые полностью не объясняют развитие патологического процесса. Дисфункция головного мозга при СДВГ проявляется в нарушении моторных и
ментальных функций. Ментальные функции достаточно изучены на примере вызванных когнитивных потенциалов. У детей с СДВГ они существенно отличаются от таковых у здоровых [4]. Однако изменения электрической активности головного мозга при формировании и реализации произвольных движений, которые косвенно характеризуют гиперактивность, изучены недостаточно. В настоящее время большое внимание уделяется высокочастотной составляющей ЭЭГ, которая играет существенную роль в формировании ментальных и моторных функций у человека [5]. Объективным критерием формирования и реализации произвольных движений являются электрофизиологические корреляты центральных моторных программ, которые можно выявить при математическом анализе ЭЭГ [5]. В связи с вышеизложенным целью настоящей работы явилось изучение динамики ЭЭГ у здоровых детей и детей СДВГ 7-10 лет в различные фазы реализации произвольных движений.
Методы и организация исследования. В исследовании с письменного согласия родителей приняли участие учащиеся младших классов (135 детей) общеобразовательной школы № 26 и дети, состоящие на учете в городском психоневрологическом диспансере с диагнозом СДВГ. На первом этапе им было проведено тестирование посредством Test of Variable of Attention (T.O.V.A.), результаты которого позволили объективно оценить уровень невнимательности и импульсивности. Тест основан на предъявлении испытуемому значимых зрительных стимулов (требующих ответной реакции, или Go) и незначимых (не требующих ответной реакции, или NOGO). Согласно моторной задаче, испытуемый должен был отвечать нажатием на кнопку
компьютерной «мыши» на предъявляемые значимые визуальные сочетания двух картинок животного и животного (GO) и игнорировать незначимые стимулы, т. е. все остальные сочетания картинок растения, животного или человека (NOGO). Длительность экспозиции каждого стимула составляла 100 мс, межстимульный интервал равнялся 2 с. 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). Диагноз СДВГ у учащихся подтверждался детским неврологом. На основании полученных данных из числа обследованных детей было выделено две группы: первая группа здоровых включала 39 человек, вторая группа с СДВГ - 46 человек.
ЭЭГ регистрировалась в 31 отведении по 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) на компьютерном электроэнцефалографе фирмы «Мицар» в частотном диапазоне 4-60 Гц. Хлорсеребряные электроды диаметром 8 мм фиксировались посредством специальной шапочки. Межэлектродное сопротивление не превышало 4 кОм.
Запись ЭЭГ осуществлялась в состоянии покоя, в положении стоя с открытыми глазами, а также при подъеме на носки без потери равновесия по зрительным предупреждающим и разрешающим сигналам посредством программы PSYTASK.
На следующем этапе исследования проводился анализ электрофизиологических коррелятов центральных программ у двух выделенных групп детей. Посредством программного обеспечения Win EEG рассчитывались топографические карты мощности спектра ЭЭГ в частотных диапазонах 4-7, 8-10, 11-13, 14-24, 25-35, 36-47, 48-60 Гц в следующих экспериментальных условиях: в положении сидя и стоя с открытыми глазами, а также в фазы подготовки, реализации и прекращения произвольных движений. Далее, усредненные по группам (здоровые дети и дети с СДВГ) 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 при переходе из одного экспериментального условия в следующее. Достоверность различий исследуемых показателей определялась посредством дисперсионного анализа (Statistika 5.5).
Результаты исследования и их обсуждение. У детей с СДВГ в различных экспериментальных условиях были выявлены (рис. 1) специфические паттерны электрической активности головного мозга в исследуемых частотных диапазонах. В положении стоя по сравнению с положением сидя с открытыми глазами наибольшие
изменения мощности спектра обнаружены в диапазонах 4-7, 11-13, 25-35, 36-47 Гц. В большинстве частотных диапазонов мощность спектра возрастала. Она локализовалась в центральных (4-7 Гц), премоторных (11-13 Гц), теменных (36-47 Гц) корковых областях. Лишь в частотном диапазоне 25-35 Гц выявлено снижение мощности спектра в области соматосенсорного центра правого полушария.
При подъеме на носки активность коры больших полушарий изменялась в соответствии с фазами произвольного движения. За 1 секунду до движения повышение мощности спектра ЭЭГ выявилось в высокочастотных диапазонах 25-35, 48-60 Гц. Существенные различия были обнаружены в премоторных и моторных центрах правого полушария в частотном диапазоне 25-35 Гц, а также в лобных долях и левой премотор-ной области в частном диапазоне 48-60 Гц.
При реализации движения мощность спектра ЭЭГ повышалась в диапазоне 8-10 Гц в вертексе, левой височной и затылочной областях левого полушария. В диапазоне 36-47 Гц существенное увеличение мощности спектра ЭЭГ выявлялось преимущественно в левом полушарии в моторном центре и нижнетеменной области, в диапазоне 48-60 Гц - в центральных областях (премоторные и моторные центры и нижнетеменные области).
При прекращении движения в частотном диапазоне 4-7 Гц понижение мощности спектра ЭЭГ выявлялось в лобных долях, в диапазоне 8-10, 11-13 Гц - в правой височной доле и нижнетеменных областях коры больших полушарий. В диапазоне 48-60 Гц она также снижалась в лобных долях преимущественно левого полушария и нижнетеменной области правого полушария.
У здоровых детей динамика мощности спектра в различные фазы подготовки и реализации произвольного движения существенно отличалась от таковой у детей с СДВГ (рис. 2).
В экспериментальных условиях стоя с открытыми глазами выявлялось повышение мощности спектра ЭЭГ в премоторных и моторных центрах, затылочной области правого полушария в диапазоне 8-10 Гц.
За 1 секунду до движения на топографических картах определялось снижение мощности спектра в лобных долях, височной области левого полушария, премоторных и моторных центрах обоих полушарий, а также в зрительных областях в частотном диапазоне 8-10 Гц. Повышение мощности спектра ЭЭГ наблюдалось в лобных долях обоих полушарий в частотном диапазоне 36-47 Гц.
При реализации произвольного движения отмечалось снижение мощности спектра ЭЭГ в правой височной области в диапазоне 8-10 Гц и в центральных областях и нижнетеменной области левого полушария в диапазоне 11-13 Гц. Повышение мощности спектра ЭЭГ выявлялось в премоторных и моторных центрах, верхнетеменной и нижнетеменной областях правого полушария в диапазоне 25-35 Гц. Повышение мощности спектра ЭЭГ в диапазоне 36-47 Гц выявлялось в лобных
Рисунок 1.
Топографические карты детей 7-10 лет с синдромом дефицита внимания с гиперактивностью в различные фазы произвольного движения. Экспериментальные условия: А - стоя с открытыми глазами, Б - 1 секунда до движения, В - подъем на носки без потери равновесия, Г - прекращение движения; 1 - (4 -7 Гц), 2 - (8-10 Гц), 3 - (11-13 Гц), 4 - (14-24 Гц), 5 - (25-35 Гц), 6 - (36-47 Гц), 7 - (48-60Гц).
долях, премоторных и моторных областях, левой нижнетеменной и затылочных областях. В диапазоне 48-60 Гц активизировались центральная премоторная и моторная области, нижнеменная и затылочная области левого полушария.
В фазу прекращения движения повышение мощности спектра ЭЭГ выявилось в правом полушарии: в соматосенсорном и вестибулярном центрах, нижнете-
менной области в диапазоне 8-10 Гц. Мощность спектра ЭЭГ в центральных областях коры повышалась в диапазоне 11-13 Гц.
Сравнительный анализ топографических карт мощности спектра ЭЭГ при подготовке и реализации движений у детей с СДВГ и здоровых сверстников показал, что динамика электрической активности коры больших полушарий в исследуемых экспериментальных ус-
Рисунок 2.
Топографические карты здоровых детей 7-10 лет в различные фазы произвольного движения. Экспериментальные условия: А - стоя с открытыми глазами, Б - 1 секунда до движения, В - подъем на носки без потери равновесия, Г - прекращение движения; 1 - (4 -7 Гц), 2 - (8-10 Гц), 3 - (11-13 Гц), 4 - (14-24 Гц), 5 - (25-35 Гц), 6 - (36-47 Гц), 7 - (48-60Гц).
ловиях существенно выше у здоровых. Значительные отличия выявляются также в топографическом распределении активных областей коры в различных частотных диапазонах.
Электрические корреляты центральных программ у детей с СДВГ при инициации, реализации и прекращении произвольных движений имеют характерные
особенности. При подготовке к выполнению произвольного движения в высокочастотном диапазоне ЭЭГ (48-60 Гц) выявлялось повышение мощности спектра в премоторных, моторных центрах правого полушария, лобных долях. У здоровых же детей значительное повышение мощности спектра определялось в диапазоне 36-47 Гц.
При реализации движения у детей с СДВГ повышение электрической активности коры существенно ниже, чем в группе здоровых детей. Оно локализовалось в центральных областях передних отделов мозга и нижнетеменной области правого полушария в частотном диапазоне 36-47 Гц. У здоровых детей повышенная электрическая активность определялась почти во всех отделах коры больших полушарий в частотных диапазонах 36-47 и 48-60 Гц.
При прекращении движения у детей с СДВГ наблюдалось снижение мощности спектра в диапазоне 48-60 Гц в лобных долях левого полушария и нижнетеменной области правого полушария. У здоровых детей в высокочастотных диапазонах ЭЭГ статистического достоверного изменения мощности спектра выявлено не было. Однако мощность спектра ЭЭГ повышалась в правом полушарии в соматосенсорном и вестибулярном центрах, нижнетеменной области в диапазоне 8-10 Гц и в центральных областях коры - в диапазоне 11-13 Гц.
Выявленная динамика мощности спектра ЭЭГ при подготовке, реализации и прекращении произвольного движения может служить маркерами для уточнения и окончательной постановки диагноза лицам с различными нарушениями импульсивности, невнимательности и гиперактивности. Результаты исследования можно рассматривать как базу для дальнейшей разработки новых объективных методов диагностики различных мозговых дисфункций.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Беляев, М. А. Возрастная динамика внимания, импульсивности и позная устойчивость у детей 7-10 лет: дис. ... канд. биол. наук: 03.00.13 / М. А. Беляев. - Краснодар, 2003. - 23 с.
2. Кропотов, Ю. Д. Современная диагностика и коррекция синдрома нарушения внимания / Ю. Д. Кропотов. - СПб.: ЭЛБИ-СПБ, 2005. - 148 с.
3. Григорьева, Н. В. Клинико-электроэнцефалографиче-ское исследование детской гиперактивности с дефицитом внимания: автореф. дис. ... канд. мед. наук / Н. В. Григорьева. - М., 1999. - 23 с.
4. Hoshiyama, M., Sheean, G. Changes of somatosensory evoked potentials preceding rapid voluntary movement in Go/ No-go choice reaction time task Department of Integrative Physiology, National Institute for Physiological Sciences:/ Hoshiyama M, Sheean G.// Brain Res Cogn Brain Res 1998 Oct;7(2):137-42.
5. Singhal, A., T.Shafer A., Russell M., Gibson B., Wang L., Vohra S., Dolcos F. Electrophysiological correlates of fearful and sad distraction on target processing in adolescents with attention deficit-hyperactivity symptoms and affective disorders / Singhal A., T.Shafer A., Russell M., Gibson B., Wang L., Vohra S., Dolcos F. // Frontiers in integrative neuroscience. - 2012. - V. 16. - a. 119.
6. Swanson, J. M., Kinsbourne, M., Nigg, J. Etiologic subtypes of attention-deficit/hyperactivity disorder: brain imaging, molecular genetic and environmental factors and the dopamine hypothesis / J.M.Swanson, M.Kinsbourne, J.Nigg [et al.] // Neuropsychol Rev. - 2007. - V. 17 (1). - P. 39.
dynamics of electroencephalogram during motor activity of children aged 7-10 years with the different level of inattentiveness and impulsivity
A. Trembach, Professor, Doctor of Biological Sciences,
T. Ponomareva, acting as Assistant Professor, Candidate of Biological Sciences, O. Pastuhov, Assistant Professor, Candidate of Biological Sciences, O. Popova, Undergraduate student,
Kuban State University of Physical Education, Sport and Tourism, Krasnodar. Contact information: 350015, Krasnodar city, Budyennogo str., 161.
The peculiarities of electrophysiological correlates of central programmes according to the dynamics of EEG (Electroencephalogram) of children with different levels of inattention and impulsivity during the preparation, realization and termination of voluntary movements are revealed in the article. The results of the study can be considered as a basis for development of new methods of diagnostics of lack of attention and over-activity syndrome.
Key words: lack of attention and over-activity syndrome; electroencephalography; Test of Variables of Attention (T.O.V.A.); diagnostic of inattentiveness and impulsivity; motor activity; phases of the voluntary movement.
