CC BY
18УДК: 616-073.7: 612.821.8 - 057.875
ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЭГ ПАТТЕРНА СТУДЕНТОВ ПРИ ЗРИТЕЛЬНЫХ И СЛУХОВЫХ
СТИМУЛЯЦИЯХ
О. А. Залата, В. В. Турчина
Медицинская академия имени С. И. Георгиевского
ФГАОУ ВО «Крымский федеральный университет имени В. И. Вернадского»
Адрес переписки: бул. Ленина, 5/7, г. Симферополь, 295006, Республика Крым, Российская
Федерация E-mail: olga_zalata@mail.ru
РЕЗЮМЕ
Были изучены паттерны фоновой ЭЭГ у студентов медиков при проведении специальных сенсорных ЭЭГ проб. Установлены особенности в реагировании биоэлектрической активности мозга при прослушивании музыки и просмотре видеофрагментов.
CHARACTERISTIC OF EEG PATTERN OF STUDENTS AT VISUAL AND ACOUSTICAL
STIMULATIONS
О. А. Zalata, V. V. Turchina
ABSTRACT
Patterns of current EEG at students of physicians during special sensory tests of EEG were studied. Features in reaction of bioelectric activity of a brain students when listening music and viewing video fragments are established.
Ключевые слова: студенты, паттерн ЭЭГ, сенсорные пробы.
В нашей предыдущей работе была показана большая чувствительность ЭЭГ-характери-стик к динамическим сдвигам во время смены функционального состояния мозга у здоровых детей и детей с нарушением психического развития [1]. Однако, наряду с уже известными ЭЭГ тестами (глаза открыты/закрыты; фоно-, фотостимуляция) интерес представляют смоделированные функциональные нагрузки, которые позволяют дополнительно оценить реакцию биоэлектрической активности мозга здоровых молодых людей. Современная студенческая молодежь постоянно и активно сопровождает свою деятельность прослушиванием различной музыки, просмотром разнообразного видео в интернете. В связи с этим целью работы явилось установить характеристики паттерна текущей ЭЭГ у практически здоровых студентов медиков, зарегистрированной во время смоделированных сенсорных нагрузок. Перед нашей работой ставились следующие задачи: 1) оценить функциональное состояние ЦНС согласно характеристикам фоновой ЭЭГ при предъявлении стандартных проб глаза закрыты/открыты и смоделированных сенсорных тестов по долевому соотношению ЭЭГ ритмов; 2) оценить ЭЭГ паттерны студентов в разных функциональных состояниях (покой/сенсорная активность); 3) установить функциональные пробы, наиболее существенно влияющие на состояние биоэлектрической активности мозга тестируемых.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Нами была обследована когорта студентов медиков, обучающихся в Медицинской академии имени С. И. Вернадского г. Симферополя. В группу вошли 56 человек (24 юноши и 32 девушки) от 18 до 20 лет, правши. Работа была проведена в соответствии с положениями Хельсинкской Декларации (1975, позднейшие редакции 19962013): от всех субъектов, участвующих в исследовании, было получено предварительное письменное информированное согласие (протокол Биоэтического заключения №7 , от 10.02. 2016 г.).
Регистрацию и анализ ЭЭГ осуществляли по общепринятой методике с помощью компьютеризированного электроэнцефалографического комплекса «Тредекс». После предварительных инструкций запись биоэлектрической активности мозга выполняли в положении сидя в затемненной и звукоизолированной комнате. ЭЭГ-потенциалы отводили монополярно от 16 локусов (Бр1/2, Б3/4, Б7/8, С3/4, Т3/4, Т5/6, Р3/4, 01/2) согласно международной системе «10-20». В качестве референтного электрода в каждом случае использовали все электроды, за исключением активного, объединенные вместе. Нейтральный электрод сравнения располагали между локусами Бг и Сг. Частоты среза фильтров высоких и низких частот составляли соответственно 1.5 и 35 Гц, частота оцифровки ЭЭГ-сигналов - 250 с-1. Рассматривались значения уровней спектральной мощности потенциалов мозга в диапазонах частот: дель-
та- (0,5-3,9 Гц), тета- (4-7,9 Гц), альфа- (8-12,9 Гц), бета1- (13-23,9 Гц) и бета2- (24-35 Гц).
Первой группе студентов (n=27) сначала в течение 60 с записывали фоновую ЭЭГ (глаза закрыты/открыты), затем в качестве специальной сенсорной нагрузки предлагали прослушивать музыку через наушники. Для оценки влияния на состояние ЭЭГ активности студентов были выбраны следующие музыкальные направления: классическая музыка (Ludwig van Beethoven, Sonata para piano N14 Claro de luna), рок-музыка (Halford, ^e One You Love To Hate), клубная-музыка (Rudimental, Waiting All Night) и поп-музыка (Michael Jackson, Blood On The Dance). Длительность каждого музыкального трека составляла 120 с и отделялась от следующего при регистрации ЭЭГ 1 минутой паузы. Дополнительно провели анкетные опросы, целью которых было установить личное отношение волонтеров к восприятию разных музыкальных произведений как в целом, так и конкретно предложенных для эксперимента.
Второй группе студентов (n=29) после предъявления стандартных проб в качестве специальной сенсорной нагрузки предлагали просмотр видеороликов на экране ноутбука (Samsung). Были подготовлены 2-х беззвучных видеофрагмента, каждый длительностью 180 с. Паузы после каждого видеоролика составили 60 с. В качестве индифферентного использовали фрагмент документального фильма «Королевство океанов» (2011), в качестве значимого был ролик из интернет сервиса You Tube частных видеозаписей военных действий на юго-востоке Украины (2014).
Анализ ЭЭГ включал несколько этапов. Первый заключался в просмотре ЭЭГ-файлов в ручном режиме и исключении двигательных и других артефактов. Затем оценивали долевое распределение ЭЭГ-ритмов, зарегистрированных в состоянии покоя и простой сенсорной нагрузки (глаза открыты/закрыты), а также во время прослушивания музыкальных фрагментов и просмотра как значимого, так и индифферентного видеофрагментов по протоколам регистрации. Кроме этого оценке подвергали индивидуальный характер паттерна ЭЭГ студентов в стандартных пробах и смоделированных сенсорных нагрузках.
Перед статистической обработкой производили проверку данных на характер распределения по критериям Колмогорова-Смирнова и Лиллифорс. Поскольку исследуемые показатели ЭЭГ характеристик соответствовали нормальному закону распределения, для анализа использовали средние значения (M) и стандартное отклонение (SD). Внутригруп-повое сравнение (данные по ЭЭГ-характери-
стикам в функциональных пробах) производили с помощью параметрического критерия Стьюдента (1), межгрупповое - Т-критерия Стьюдента, используя программу 81а118Иеа 8.0.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Известно, что амплитуда, топография, соотношение ритмов ЭЭГ являются важным диагностическим признаком и критерием функционального состояния различных областей коры головного мозга при смене состояния покоя на состояние сенсорной активности [2]. В связи с этим мы проанализировали, каким было распределение долей ритмических диапазонов ЭЭГ в каждой из стандартных функциональных проб в обеих группах студентов (табл.1).
В первой группе студентов характер изменений долевого вклада каждого ритма ЭЭГ можно считать нормальным, так как при открывании глаз имело место достоверное усиление доли медленно- и быстро-волновых диапазонов на фоне снижения альфа-ритма (табл.1). Таким образом, практически у всех волонтеров при открывании глаз наблюдалось исчезновение или значительное ослабление альфа-активности: в спектре мощности доминантный пик в области альфа-частот заменялся равномерным распределением мощности по всем основным частотам, т.е. наблюдалась реакция десинхронизации («реакция активации»), что соответствует литературным данным [2].
У студентов второй группы была несколько иная картина. Реакция десинхрони-зации при открывании глаз была сформирована в основном за счет депрессии альфа-ритма и повышения доли вклада медленно-волновых диапазонов ЭЭГ (табл.1).
Межгрупповое сравнение показало, что в пробе глаза закрыты соотношение долей спектра ритмов ЭЭГ существенно не отличались, однако при открывании глаз обнаружили достоверную разницу в соотношении доли дельта-(р=0,000) и альфа- ритма (р= 0,01) у студентов второй группы по сравнению с первой (табл.1).
Следующий этап анализа позволил обнаружить некоторые особенности в распределении долей частотных диапазонов при прослушивании музыкальных фрагментов. Так, при звучании классической музыки наблюдали тенденцию к снижению доли медленно-волновых ритмических ЭЭГ-диапазонов и увеличение доли альфа-ритма, но на уровне тенденции. Более выраженной, по количеству отреагировавших ритмических диапазонов, была реакция на прослушивание рок композиции. Она была сходной по характеру изменений для медленно-волновых частотных диапазонов (дель-
Таблица 1
Долевое распределение ЭЭГ-ритмов (%) при реакции активации мозга (M±SD) у студентов медиков
Ритмический диапазон ЭЭГ 1 группа(п=27) 2 группа(п=29)
Проба «глаза закрыты» Проба «глаза открыты» Проба «глаза закрыты» Проба «глаза открыты»
Дельта 10,3±2,3 11,8±3,5** t 11,1±2,5 16,7±4,1*** ДДД t
Тета 15,2±2,4 18,1±3,5*** t 16,3±3,4 19,2±3,3*** t
Альфа 36,7±6,5 27,7±6,3*** ^ 32,4±10,2 23,7±6,2*** Д ^
Бета1 16,6±2,4 18,8±3,2*** t 17,3±3,5 17,5±2,7
Бета2 20,8±3,5 23,2±4,5*** t 22,6±4,4 22,6±4,4
Примечание: * - достоверность различий по 1 - критерию Стьюдента при р<0,05; ** - 0,01; *** - р<0,001. Д - достоверность различий по Т-критерию Стьюдента: Д - р<0,05; ДДД - р<0,001.
та-, тета-), при этом на уровне тенденции добавилось увеличение доли высокочастотных ЭЭГ-ритмов (бета1-, бета2-). Прослушивание волонтерами клубной и поп-композиции позволило зарегистрировать достоверное увеличение в общей картине спектральной мощности ЭЭГ-активности доли тета-ритма (р=0,05).
Интересно отметить, что реакция дельта-ритма при предъявлении 3-х музыкальных фрагментов (за исключением поп-) была сходной, на уровне тенденции его доля поступательно снижалась, достигая достоверного отличия при прослушивании клубной музыки (р=0,001). В то же время характер долевого вклада другого медленно-волнового тета-рит-ма имел разнонаправленную реакцию. Если звучание первых музыкальных фрагментов вызывало снижение доли его присутствия в общем спектре ЭЭГ, то два заключительных музыкальных трека, напротив, вызывали достоверное увеличение доли этого ритма (р=0,05).
Известно, что различные аспекты переработки музыкальной информации связаны с деятельностью многочисленных мозговых структур, одни из которых обеспечивают восприятие музыки (например, височные доли мозга функционально связаны с пониманием мелодии), а другие опосредуют развитие эмоциональных реакций (подкорковые структуры и лобные доли коры) [3]. С другой стороны установленным фактом является то, что динамика тета-ритма в картине ЭЭГ-активности характеризует изменение эмоционального фона субъекта и предъявление эмоционально значимых стимулов сопровождается увеличением его мощности [4]. Таким образом, можем считать, что прослушивание разнообразных музыкальных фрагментов студентами выразилось в эмоциональном реагировании и, соответственно нашло отражение в картине их ЭЭГ-паттерна.
У студентов второй группы обнаружили некоторые особенности в распределении долей частотных диапазонов при просмотре индифферентного видеосюжета и с кадрами жестокости и насилия. Влияние первого видеофрагмента на характер ЭЭГ вызвало достоверное увеличение доли медленно-волновых ритмических ЭЭГ-диапазонов (р=0,0001), достоверное снижение доли альфа-ритма (р=0,0001) и тенденцию к увеличению доли высокочастотных ЭЭГ-ритмов. Более выраженной по количеству отреагировавших ритмических диапазонов была реакция на просмотр значимого видео, к изменениям в медленно-волновой части ЭЭГ диапазона добавилось достоверное увеличение доли бета2-ритма (р=0,002). Обнаруженные изменения спектра плотности в альфа-, бета1- и бета2- диапазонах ЭЭГ указывали на усиление эмоционального фона и внутренней психической активности.
Применение стандартного комплекса проб: глаза закрыты/открыты при нейрофизиологическом исследовании дает возможность определить характер реагирования биоэлектрической активности мозга не только в целой группе, но и у каждого обследуемого.
Среди первой группы студентов так называемый средневольтный или «нормальный» тип ЭЭГ-паттерна доминировал в состоянии функционального покоя (табл.2). Во время пробы открывания глаз преобладал низкоамплитудный паттерн ЭЭГ с низким альфа-индексом («плоский» тип кривой), который был зарегистрирован у 85% студентов. Прослушивание классической, рок и клубной музыки обнаружило тенденцию к увеличению средневольтного типа ЭЭГ, тогда как при звучании поп- композиции соотношение средне- и низковольтных типов ЭЭГ практически было равным. У студентов второй группы так называемый средневольтный тип
ЭЭГ-паттерна также доминировал в состоянии ЭЭГ с низким альфа-индексом. При просмо-функционального покоя. Во время открывания тре видеосюжетов низковольтный ЭЭГ-паттерн глаз преобладал низкоамплитудный паттерн преобладал у большинства волонтеров (табл. 3).
Таблица 2
Соотношение типов паттерна ЭЭГ студентов первой группы (п=27) при прослушивании музыки
Функциональные пробы ЭЭГ Тип паттерна ЭЭГ
низковольтный средневольтный
Глаза закрыты 33,3% 66,7%
Глаза открыты 85,0% 15,0%
При прослушивании музыки
Классика 22,2% 77,8%
Рок 44,4% 55,6%
Клубная 44,4% 55,6%
Поп 51,8% 48,2%
Контрольная пауза 40,7% 59,3%
Таблица 3
Соотношение типов паттерна ЭЭГ студентов второй группы (п=29) при просмотре видеофрагментов
Функциональные пробы ЭЭГ Тип паттерна ЭЭГ
низковольтный средневольтный
Глаза закрыты 41,4% 58,6%
Глаза открыты 58,6% 41,4%
При просмотре видеофрагментов
Видео-1 79,3% 20,7%
Пауза (глаза закрыты) 41,3% 58,7%
Видео-2 75,8% 24,1%
Пауза (глаза закрыты) 44,8% (1 НВ) 51,7%
Последнее хорошо согласуется с одним из известных феноменов альфа-активности, а именно реакцией снижения амплитуды альфа-ритма в ответ на сенсорную стимуляцию, прежде всего, зрительной системы [5].
ВЫВОДЫ
1) Обнаружили, что при предъявлении стандартных проб глаза закрыты/открыты общим признаком изменений в картине биоэлектрической активности в двух группах волонтеров была депрессия альфа-ритма. Одновременно с этим установили особенности долевого распределения в медленно-волновой и быстро-волновой части спектра ЭЭГ-активности в разных группах испытуемых.
2) Прослушивание музыки разных стилей субъектами эксперимента характеризовалось появлением в картине их биоэлектрической активности мозга так называемого средневольт-ного типа ЭЭГ-паттерна. Просмотр видео фраг-
ментов в большинстве случаев вызывал формирование у волонтеров «электроэнцефалографического портрета» по низковольтному типу.
3) Наиболее существенные изменения в картине ЭЭГ-паттерна были установлены при предъявлении видео-фрагментов, содержащих кадры жестокости и насилия.
ЛИТЕРАТУРА
1. Евстафьева Е.В., Залата О.А., Трибрат А.Г., Барабан Ю.А. Вызванная электрическая активность мозга (ритмическая фоно- фотостимуляция) и содержание химических элементов (свинец, стронций, мышьяк, кальций) в организме детей 12-13 лет, жителей экокризисных регионов Украины. Нейрофизиология. 2012;44(1):78-85.
2. Зенков Л.Р. Клиническая электроэнцефалография (с элементами эпилептологии). М.: МЕДпресс-информ; 2001.368 с.
3. Уэйнбергер Н. Музыка и мозг. В мире науки. 2005 Февраль;2.
КРЫМСКИМ ЖУРНАЛ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ И КЛИНИЧЕСКОМ МЕДИЦИНЫ
2016, т. 6, №1 (21)
4. Панюшева Т.Д. Музыкальный мозг: обзор отечественных и зарубежных исследований. Асимметрия (резенцируемый научно-практический журнал). 2008 ноябрь;2(3).
5. Базанова О.М. Электроэнцефалографические альфа-корреляты музыкальных способностей. Функциональная диагностика. 2005;1:62-70.
