CC BY
0
УДК 616
ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРЕССА У ДЕТЕЙ
М. С. Миронова1, Н. Л. Ильина2, Н. И. Микуляк3, И. А. Сорокин4
1'2'3'4Пензенский государственный университет, Пенза, Россия
1masha.1996180@gmail.com 2Шпап1@тай.ги 3normphys@mai1.ru 4ИиЬ30072001@yandex.ru
Аннотация. Рассматриваются основные аспекты применения электроэнцефалографических (ЭЭГ) биомаркеров для выявления стрессовых состояний у детей разных возрастов. Особое внимание уделяется анализу амплитуды и мощности ЭЭГ-ритмов, а также соотношению их мощностей, таких как альфа-, тета- и бета-ритмы, для выявления важных клинических биомаркеров стресса. В рамках исследования были изучены три случая наиболее выраженных ЭЭГ-ритмов у детей в возрасте от 5 до 14 лет. В первом случае на ЭЭГ ребенка преобладал медиально-фронтальный тета-ритм, который представляет собой волны, по амплитуде превышающие альфа-ритм, что для ее возраста является нормой. Во втором случае был рассмотрен дельта-ритм, как возрастная особенность, данный ритм может быть зарегистрирован и в бодрствующем состоянии. В третьем случае подробно рассматривался альфа-ритм. Отмечается, что у ребенка, испытывающего повышенный уровень тревожности, данный ритм должен снижаться. При эмоциональном стрессе и тревожности наибольшие изменения у детей проявлялись в альфа-ритме. Все изменения ритмов происходили в пределах нормы для каждого возраста, что позволяло делать выводы не только о физическом состоянии детей, но и об их психическом развитии. Исследование показывает, что анализ отдельных ЭЭГ-ритмов может быть полезным инструментом для диагностики и мониторинга уровня стресса в детском возрасте.
Ключевые слова: дети, биомаркеры стресса, электроэнцефалография, альфa-ритм
Для цитирования: Миронова М. С., Ильина Н. Л., Микуляк Н. И., Сорокин И. А. Электроэнцефалографические исследования стресса у детей // Вестник Пензенского государственного университета. 2024. № 2. С. 25-29.
Введение
Стресс встречается довольно часто в работе с детьми, и в настоящее время причины его возникновения стали намного разнообразнее: информационная нагрузка, постоянное использование гаджетов, пандемия и др. Существуют мнения о том, что дети не подвергаются стрессу, но это далеко не тaк, ведь стресс зaчacтую будет оказывать огромное влияние та растущий организм. На протяжении всей жизни стресс сопровождает человека. Если рассматривать стресс как патологическое состояние, его особенность заключается в том, что его решение требует комплексного подхода не только со стороны врачей различных специальностей, но также со стороны педагогов и психологов. На практике врачи-педиатры играют ключевую роль в своевременном выявлении стресса у детей, который может быть причиной нарушений функций внутренних органов и эмоционально-поведенческих особенностей. Это позволяет применять индивидуальный подход к лечению, возможно, с привлечением специалистов других областей [1].
Во время эмоционального напряжения ключевым показателем функционального состояния центральной нервной системы является изменение амплитуды и частоты электроэнцефалограммы.
© Миронова М. С., Ильина Н. Л., Микуляк Н. И., Сорокин И. А., 2024
25
Дети разных возрастов реагируют на стресс по-разному, используя различные стратегии совладаю-щего поведения. Исследование проблемы стресса у детей и его отражения на электроэнцефалограмме является важным направлением, а анализ отдельных ритмов позволяет оценить как наличие определенных заболеваний, так и общее развитие ребенка.
Цель работы - сравнительное изучение и анализ возрастных закономерностей динамики амплитуды дельта-, альфа- и тета-волн ЭЭГ во время эмоционального напряжения и стресса детей, имеющих предрасположенность к тревожному расстройству.
В ходе исследовательской работы были проанализированы 15 ЭЭГ детей, проживающих на територии Свердловской области, в возрасте от 5 до 14 лет, имеющих предрасположенность к тревожному расстройству. Были выделены 3 ЭЭГ с наиболее выраженными альфа-, дельта-и тета-ритмами, представляющие клиническую значимость.
Непрямые методы измерения биоэлектрической активности головного мозга основаны на регистрации изменений ионных токов, обеспечивающих электрическую связь между нейронами головного мозга, и включают в себя магнитоэнцефалографию (МЭГ) и функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ), включая ЭЭГ [2], используемую в нашем исследовании. ЭЭГ является наиболее распространенным методом регистрации суммарную активности постсинаптических потенциалов, генерируемых неокортексом. Однозначным преимуществом ЭЭГ является неинвазивность, а также данный метод считается одним из наиболее информативных и надежных диагностических инструментов в нейронауке. ЭЭГ-биомаркеры, в свою очередь, опираются на классификацию сигналов по их характерным частотам. В клинической практике выделяются следующие основные ритмы:
1) дельта-ритм (от 1 до 4 Гц);
2) тета-ритм (от 4 до 8 Гц);
3) альфа-ритм (от 8 до 14 Гц);
4) бета-ритм (от 14 до 30 Гц);
5) гамма-ритм (от 30 Гц и выше).
На электроэнцефалограмме семилетней девочки наблюдался ярко выраженный медиально-фронтальный тета-ритм, что является нормой для ее возраста. У здоровых детей в возрасте от 2 до 8 лет такой ритм обычно превышает альфа-ритм по амплитуде при нормальной активности. Однако наличие подобных изменений в более старшем возрасте может свидетельствовать о задержке психического развития, что требует проведения ЭЭГ, в особенности на фоне поведенческих изменений. Стоит отметить, что в данном возрасте в лобной доле регистрируется высокоамплитудная тета-активность. Медленные волны, в основном представленные тета-активностью с частотой 4-7 Гц, увеличиваются при беспокойстве и во время сна. При этом асимметрия медленной волновой активности может достигать 20 % (рис. 1).
Результаты
Рис. 1. Девочка, 7 лет, медиально-фронтальный тета-ритм
ЭЭГ ребенка (возраст 5 лет) демонстрировала проявление дельта-ритма, что является возрастной особенностью. У детей до 7 лет дельта-ритм может быть зарегистрирован и в бодрствующем состоянии. При длительной умственной нагрузке или при стрессе в данном диапазоне возможно проявление низкоамплитудных колебаний около 30 мкВ. При многих неврологических и других нарушениях дельта-волны часто усилены. Избыток усиленных дельта-волн может сопровождаться нарушениями внимания и других не менее важных когнитивных функций (рис. 2).
Рис. 2. Мальчик, 5 лет, дельта-ритм
У шестилетнего ребенка, согласно результатам ЭЭГ, был выявлен ярко выраженный альфа-ритм. В затылочных отделах коры больших полушарий в норме для данного возраста характерен альфа-ритм средней частоты 8 Гц (в пределах от 6,5 до 9,5 Гц). При повышенном уровне тревожности у ребенка наблюдается снижение этого ритма. Данный ритм уже к 10 годам будет соответствовать альфа-ритму взрослого человека, а частота не будет превышать 10 Гц. Ритм преобладает в центрально-теменно-затылочной области (рис. 3).
Рис. 3. Мальчик, 6 лет, альфа-ритм
Обсуждения
При анализе ЭЭГ у детей стоит учитывать три основных биомаркера стресса, которые признаны наиболее информативными для клинического изучения стресса. К данным биомаркерам относятся: асимметрия альфа-ритма лобных долей, медиально-фронтальная тета-активность, дельта-осцилляция, а также ряд биомаркеров, выявляемых методом вызванных потенциалов.
Тета-ритм формируется в медиальной префронтальной коре, одной из ключевых характеристик данного ритма является его тесная связь с эмоциональными аспектами человеческой психики и другими когнитивными функциями (рабочая память, эпизодическая память и ее кодирование, мониторинг действий, тщательная обработка и хранение воспоминаний, а также их анализ).
Анализируя дельта-ритм, важно отметить, что он может возникать даже при состоянии комы. Кроме того, дельта-ритм может проявляться при регистрации электрических сигналов от участков коры, расположенных рядом с областью опухоли или травматическим очагом.
В настоящее время наиболее изученным ритмом, безусловно, является альфа-ритм, активность которого в течение довольно долгого периода времени ассоциировалась с обработкой зрительной информации. Данное суждение основано на топографической локализации активности ритма, а также выраженной модуляции при движении глаз, например, при открывании или закрывании. Показателем когнитивного функционирования в стрессовых ситуациях также может служить индивидуальная частота альфа-ритма. При изучении данного ритма стоит уделить особое внимание фронтальной асимметрии альфа-ритма, ведь именно эта частота является одним из наиболее перспективных биомаркеров стресса в диапазоне частот 7-12 Гц. В дальнейших исследованиях утверждалось, что резкое понижение тревожности у детей было непосредственно связано с ослаблением альфа-активности в диапазоне eе низких частот 7-11 Гц и в то жe время усилением мощности аль-фа-осцилляций в диапазоне 12-15 Гц [3].
При применении ЭЭГ-биомаркеров акцент делается на мощности и амплитуде ритмов. В качестве биомаркеров стресса могут быть использованы характеристики отдельных ритмов ЭЭГ (дельта-, альфа-активность) и соотношения их мощностей (тета-/бета-). Индивидуальный уровень тревожности отражается как модель ЭЭГ-потенциалов, что обусловлено влиянием аминергических систем. Электрофизиологические маркеры стресса могут считаться надежными, эффективными и объективными показателями активации стрессовых систем организма, что подтверждают современные исследования и эксперименты. Кроме того, ЭЭГ-маркеры стресса, помимо этого, рассматриваются как мишени терапии, к примеру, c применением транскраниальной магнитной стимуляции [4].
У детей разных возрастов могут наблюдаться разнообразные индивидуальные проявления стресса. Младенцы и дети раннего возраста могут испытывать стресс, как взрослые, им может быть даже поставлен диагноз стрессового расстройства. Симптомы и причины стресса у детей значительно варьируют. Стрессовые факторы могут вызывать психические проблемы у маленьких детей, имея разнообразные последствия. Стресс у детей может негативно влиять на их развитие (когнитивные функции и социальные навыки). Сигналами стресса могут быть изменения в психоэмоциональной сфере или функциональные нарушения внутренних органов. Абсолютно все симптомы стресса будут подразделяться на психические, эмоциональные, поведенческие и физические признаки, которые могут иметь различные проявления в зависимости от степени выраженности клинических симптомов. У маленьких детей до двух лет тесная связь с матерью может проявляться, к примеру, чеpез общее эмоциональное реагирование. Изменения в поведении матери, такие как агрессивность, отстраненность или истеричность, могут оказывать значительное влияние на эмоциональное и поведенческое состояние ребенка. У детей младшего возраста симптомы стресса часто проявляются через возбуждение, которое проявляется в протестах перед сном, повышенной раздражительности, проблемах с засыпанием, пугливости и страхе отсутствия матери. У детей более старшего возраста возможна поведенческая регрессия, к которой можно отнести, к примеру, недержание мочи, эмоциональность или гиперактивность. K ж менее важным признакам стресса, характерным для школьников, стоит отнести неусидчивость, напряженность, агрессию к сверстникам и снижение концентрации внимания как на уроках, так и в повседневной жизни. Подростки также крайне подвержены стрессу, признаки которого у них проявляются через отчужденность от родителей, утомляемость, раздражительность. В отдельных случаях возможны изменения в аппетите, забывчивость и сонливость [5].
Исследования показывают, что люди, обладающие повышенной тревожностью, отличаются гиперактивностью ЭЭГ в правом полушарии, a данный феномен будет усиливаться вo время решения когнитивных задач. Кроме того отмечается, что негативные эмоции способствуют резкому усилению тета-ритма в правом полушарии, a сила эмоции являет отрицательную связь между диапазонами дельта- и альфа-ритмов, наиболее выраженную в передних и центральных отделах обоих полушарий. Также имеются данные o том, что при повышенной тревожности в правом полушарии головного мозга будет усиливаться активность ж только тета-, ш и бета-ритма. Например, бета-ритм преобладает в правом полушарии та ЭЭГ y людей c физиологическим стрессом и связан c различными вегетативными сдвигами [6].
Заключение
Анализируя три ключевых электроэнцефалографических биомаркера стресса, стоит заметить, что соответствующие ритмы были в норме для каждого из представленных возрастов. Проводилось сравнительное изучение динамики амплитуды альфа-, дельта- и тета-волн ЭЭГ, были выявлены основные особенности каждого из вышеперечисленных ритмов и продемонстрированы на конкретных примерах. При повышенном уровне тревожности наиболее яркие изменения наблюдались в альфа-ритме.
Список литературы
1. National Scientific Council on the Developing Child. Excessive Stress Disrupts the Architecture of the Developing Brain: Working Paper 3 // Updated edition. 2014. P. 7-8.
2. Долбышев A. B. Классификация методов диагностики психофизиологического стресса // Международный журнал прикладных наук и технологий «Integral». 2020. T. 4. C. 93-94.
3. Дахтин И. C., Пашков A. A., Харисова H. С. Электроэнцефалографические биомаркеры экспериментально индуцированного стресса. Челябинск : Южно-Уральский гос. ун-т, 2017. С. 72-77.
4. Shafi M. M., Brandon Westover M., Oberman L. [et al.]. Modulation of EEG functional connectivity networks in subjects undergoing repetitive transcranial magnetic stimulation // Brain topography. 2014. № 1. Р. 172-191. doi: 10.1007/s10548-013-0277-y
5. Илларионова И. B. Особенности проявления тревожности y детей 4-7 лет // Вестник Вятского государственного гуманитарного университета. 2009. Т. 2. C. 152-155.
6. Голикова Ж. В., Стрелец B. Б. Психофизиологические механизмы стресса y лиц c различной выраженностью активации // Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2001. Т. 51, № 2. C. 166-173.
Информация об авторах Миронова Мария Сергеевна, студентка, Пензенский государственный университет.
Ильина Наталья Леонардовна, кандидат биологических наук, доцент, доцент кафедры «Зоология и экология», Пензенский государственный университет.
Микуляк Надежда Ивановна, доктор медицинских наук, доцент, заведующий кафедрой «Физиология человека», Пензенский государственный университет.
Сорокин Илья Александрович, студент, Пензенский государственный университет.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
