Когерентность потенциалов ß1 диапазона 71 ЭЭГ и эффективность интеллектуальной деятельности человека Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

ство капсул или таблеток в упаковке, а также количество упаковок препарата, что позволяет произвести расчет экономических затрат на лечение пациентов. Информация о лекарственных препаратах взята из Регистра лекарственных средств России (2011).

После завершения неврологического осмотра информация добавляется в базу данных, формируется отчет по пациенту с возможной последующей распечаткой.

Таким образом, диагностико-терапевтическая компьютерная программа «Первичный и вторичный паркинсонизм: клиническая диагностика и лечение» помогает врачу формулировать развернутый неврологический диагноз, оказывает помощь в подборе лекарственной терапии в зависимости от возраста пациента, стадии болезни и степени тяжести клинических проявлений, формирует протокол осмотра и полный отчет с последующим его сохранением в базе данных.

Данная программа апробирована в неврологическом

отделении Областного бюджетного учреждения здравоохранения «Городская клиническая больница № 3 г. Иванова» и получена высокая эффективность работы врача при ее использовании.

Она зарегистрирована в Федеральной службе по интеллектуальной собственности Российской Федерации (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012614848 от 30.05.2012 г.). Она внедрена в работу врачей-неврологов поликлиник и городского неврологического отделения г. Иванова.

Созданная нами компьютерная диагностикотерапевтическая программа необходима для совершенствования системы оказания квалифицированной медицинской помощи пациентам с П на амбулаторных и стационарных этапах.

УДК 612.821

КОГЕРЕНТНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ р1 ДИАПАЗОНА ЭЭГ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

ЧЕЛОВЕКА

Т.Д.ДЖЕБРАИЛОВА, И.И.КОРОБЕЙНИКОВА, Н.А.КАРАТЫГИН ФГБУ «НИИ нормальной физиологии им. П. К. Анохина» РАМН, ул. Моховая, д. 11, строение 4, г. Москва, Россия, 125009

Аннотация. Исследовали пространственную организацию биопотенциалов р1 диапазона ЭЭГ человека. Испытуемому, предлагалось запомнить последовательность и место появления на экране монитора шести сигналов в форме кругов. После запоминания испытуемому предлагалось воспроизвести последовательность, указывая курсором и нажимая на клавишу компьютерной мыши место расположения каждого следующего сигнала. Характеристики ЭЭГ анализировали в соответствии с этапами целенаправленной деятельности испытуемых: исходное состояние (после получения инструкции), запоминание и воспроизведение последовательности сигналов. Выделены две группы испытуемых, отличавшихся скоростью и точностью выполнения задания. Установлено, что у испытуемых, выполнявших задание быстро и с высокой точностью, наблюдалось повышение числа высоких когерентных взаимосвязей р1 диапазона ЭЭГ во время запоминания по сравнению с исходным состоянием и во время воспроизведения, по сравнению с этапом запоминания. Увеличение числа значимых когерентных связей проявлялось в формировании специфической для каждого из этапов структуры когерентных взаимосвязей потенциалов р1 диапазона ЭЭГ. У испытуемых, выполнявших задание медленно и с ошибками, структура когерентных взаимоотношений потенциалов р1 от этапа к этапу существенно не изменялась.

Ключевые слова: когерентность, р1-диапазон ЭЭГ, интеллектуальная деятельность человека.

EEG COHERENCE IN THE p1 FREQUENCY BAND AND EFFICIENCY OF HUMAN'S INTELLECTUAL ACTIVITY T.D.DZHEBRAILOVA, I.I.KOROBEYNIKOVA, N.A.KARATYGIN P.K.Anokhin Institute of Normal Physiology RAMS. 125009, Russia, Moscow, ul. Moss, 11, building 4

Abstract. Spatial organization of biopotentials p1-rhythm of human’s EEG was studied. Patient was suggested to remember the sequence and place of displaying on computer monitor of the six in circle form signals. After memorizing the task patient was inquired to repeat the sequence by pointing out with mouse cursor the place of each next signal. The EEG features were analyzed according to patient purposeful activity: original condition (after instruction), memorization and repetition of signal sequence. The two groups of students which diverged by the speed and accuracy of task execution were identified. It was found that in group of those students who were more quickly and with high accuracy completed the task unlike others had increased number of coherent interrelations of EEG p1-rhythm in the memorization stage in comparison with initial stage and on repetition phase in comparison with memorization one. The increasing of the number of significant coherent interrelations was manifested in organization of specific structure of coherent interrelations of biopotentials p1- rhythm of EEG for each stage. The structure of coherent interrelations of biopotentials p1- rhythm did not change significantly in group of students, who managed the task slowly and with errors.

Key words: coherence, p1 EEG frequency band, intellectual activity of the human.

Соотношение временных характеристик интеллектуаль- ми было показано, что у индивидов, быстро принимавших

ной деятельности человека и точности результата может быть точное решение при воспроизведении на экране монитора

разным. Быстро или медленно может достигаться как пра- компьютера зрительной информации на этапах деятельности

вильный, так и ошибочный результат деятельности. Ранее на- наблюдалось изменение структуры когерентных взаимосвязей

потенциалов в а-диапазоне электроэнцефалограммы (ЭЭГ) [4]. В то же время у испытуемых, выполнявших зрительно-моторное задание медленно и с ошибками, структура когерентных взаимосвязей потенциалов а-диапазона ЭЭГ от этапа к этапу деятельности практически не изменялась. При этом оставался неисследованным вопрос о том, насколько обнаруженные закономерности проявляются в динамике пространственной организации других ритмов ЭЭГ.

Цель исследования - выявление взаимосвязи индивидуальных различий соотношения времени принятия решения и его точности с особенностями пространственной организации биопотенциалов р1 диапазона ЭЭГ в динамике целенаправленной деятельности человека.

Материалы и методы исследования. В исследовании на основе добровольного информированного согласия участвовали 46 испытуемых (мужчины в возрасте 18-21 года).

Испытуемому, сидящему перед монитором компьютера, предлагали инструкцию, в соответствии с которой он должен был запомнить последовательность и место появления на экране шести сигналов в форме кругов диаметром 1 см. Последовательность сигналов предъявлялась для запоминания дважды. После запоминания испытуемому предлагалось воспроизвести последовательность, указывая курсором и нажимая на клавишу компьютерной мыши место расположения каждого следующего сигнала на экране монитора. После нажатия на клавишу на экране появлялся очередной сигнал, цвет которого соответствовал точности попадания. Если испытуемый помещал курсор не далее одного сантиметра от центра действительного расположения круга, включался сигнал зеленого цвета. Если указанное испытуемым место отстояло от центра точного положения более чем на 1 см, но менее чем на 1,5 см, включался сигнал желтого цвета. При отклонении от центра действительного расположения круга более чем на 1,5 см включался сигнал красного цвета. Последовательность сигналов испытуемый должен был самостоятельно воспроизвести 10 раз.

Для каждого испытуемого вычисляли следующие показатели:

- число точных (менее 1,5 см от центра) предсказаний места появления следующего сигнала (сумма полученных зеленых и желтых сигналов);

- время принятия решения по перемещению курсора к предполагаемому месту расположения следующего сигнала (период времени между появлением предыдущего сигнала, являющегося пусковым стимулом, и началом движения курсора к следующему, в миллисекундах).

По соотношению среднего времени принятия решения и числа точных предсказаний места появления очередного сигнала были выделены две группы испытуемых. Критерием включения испытуемых в группы служили значения М±ш^1, где М - среднее значение показателя; ш-стандартная ошибка оценки; Ь - значение критерия Стью-дента при р<0.05 для соответствующего объема выборки. В

1 группу вошли испытуемые (10 человек), которые отличались коротким временем принятия решения (менее чем М-тхЬ) и высокой точностью предсказания места появления очередного кружка на экране монитора (более чем М+ш^Ь).

2 группу (8 человек) составили испытуемые, у которых при длительном времени принятия решения (более чем М+тхЬ) число точных ответов было меньшим, чем М-ш^Ь.

У студентов регистрировали ЭЭГ в исходном состоянии при открытых глазах (40 с), при запоминании (36 с) и воспроизведении последовательности сигналов (первые 300 с) с использованием электроэнцефалографа МТЫСОСКАБ

EEG-21 (SIEMENS - ELEMA, Швеция) и компьютерной системы BRAINGAM. Регистрацию ЭЭГ осуществляли монополярно по схеме «10-20» в затылочных (О2, О1), теменных (Р4, Р3), центральных (С4, С3), лобных (F4, F3) и височных (Т4, Т3) отведениях. Объединенные референтные электроды располагались на мочках ушей. Полоса фильтрации составляла 0,5-45,0 Гц, постоянная времени - 0,3 с.

Артефакты исключали из анализируемой записи с использованием возможностей программного комплекса BRAINGAM (в частности, процесса автоматического распознавания артефактов с визуальным контролем).

Спектральный и когерентный анализ ЭЭГ проводили на основе быстрого преобразования Фурье с использованием пакета программ BRAINGAM. Эпоха анализа составляла 4 с, частота оцифровки - 200 Гц. Рассчитывали абсолютные значения мощности р1 (13-20 Гц) ритма ЭЭГ (мкВ2). Для всех пар отведений ЭЭГ вычисляли средние значения коэффициентов когерентности (КК) в р1 диапазоне. В соответствии с данными литературы [2], высокими мы считали когерентные взаимосвязи со значениями КК выше 0,7.

Характеристики ЭЭГ анализировали в соответствии с этапами целенаправленной деятельности испытуемых: исходное состояние (после получения инструкции), запоминание и воспроизведение последовательности сигналов.

Для статистической обработки полученных данных и представления результатов использовали пакет STATIST^A v.6. Достоверность различий анализируемых показателей у студентов выделенных групп оценивали с помощью дисперсионного анализа «Breakdown and one-way ANOVA». Достоверность изменения значений показателей в разных ситуациях у одной группы испытуемых оценивали с использованием t-критерия для связанных выборок.

Результаты и их обсуждение. Параметры результата воспроизведения последовательности сигналов существенно отличались у испытуемых выделенных групп. Число точных предсказаний места появления сигнала составило у испытуемых 1 группы в среднем 42,7±2,0 (при индивидуальных вариациях от 36 до 51), а у испытуемых 2 группы -21,3±2,6 (от 9 до 29). Среднее значение времени принятия решения в 1 группе составляло 800±110 мс при индивидуальных вариациях от 417 до 1326 мс, а во 2 было равным 2614±221 мс (от 1862 до 3834 мс).

Проведенное обследование позволило выявить особенности в динамике уровня и характера когерентных взаимосвязей биопотенциалов р1 диапазона ЭЭГ у испытуемых двух групп.

У испытуемых 1 группы в исходном состоянии наблюдалась высокая (КК>07) внутриполушарная когерентность р1ритма ЭЭГ соседних областей коры левого (O1-P3; P3-C3; C3-F3) и правого (О2-Р4; P4-C4; C4-F4) полушарий, а также межполушарная когерентность ЭЭГ лобных (F3-F4) и центральных (C3-C4) областей коры. На этапе запоминания по сравнению с исходным состоянием отмечалось достоверное повышение когерентности р1 диапазона ЭЭГ ряда (O2-P4; O1-P4; O1-C4; Р4-Р3; P4-T4; P3-C4) областей (табл.) и увеличение числа высоких межполушарных взаимосвязей (Р4-Р3; P3-C4; P4-C3; C3-F4; C4-F3) (рис.).

При воспроизведении последовательности наблюдалось достоверное по сравнению с периодом запоминания возрастание внутри и межполушарной когерентности биопотенциалов некоторых областей коры (O2-F3; P3-C4; Р3-F3). Высокого уровня достигала когерентность потенциалов правых теменной и лобной областей коры. Во время воспроизведения когерентность потенциалов бета1 диапазона

становилась достоверно выше, чем в исходном состоянии (02-Р4; 02-Р3; 02-С4; 02-С3; 02-Б3; 01-С4; 01-С3; Р4-Р3; Р4-С3; Р3-С4; С4-С3) (табл.).

Рис.. Структура когерентных взаимосвязей ß1 диапазона ЭЭГ в исходном состоянии (1) при запоминании (2) и воспроизведении (3) последовательности сигналов у испытуемых 1 (вверху) и 2 (внизу) групп Примечание. Значения коэффициентов когерентности:

-----0.6 - 0.7;___- 0.7-0.8;_- >0.8.

Таблица

Достоверные изменения коэффициентов когерентности биопотенциалов ß1 диапазона ЭЭГ у испытуемых выделенных групп на этапах целенаправленной деятельности (M±m)

Отведения ЭЭГ Исходное состояние (И ) Запоминание (З) Воспроизведение (В) Р (И-3) Р -В) Р (И-В)

1 группа

O2-P4 0.77±0.02 0.80±0.03 0.82±0.02 0.037 0.025

O2-P3 0.53±0.03 0.61±0.04 0.61±0.02 0.009

O2-C4 0.56±0.03 0.60±0.04 0.63±0.02 0.002

O2-C3 0.41±0.04 0.48±0.03 0.51±0.02 0.012

O2-F3 0.31±0.04 0.34±0.03 0.39±0.02 0.016 0.047

O1-P4 0.55±0.04 0.64±0.03 0.65±0.02 0.041

O1-C4 0.46±0.03 0.52±0.03 0.55±0.03 0.036 0.021

O1-C3 0.55±0.03 0.59±0.03 0.63±0.03 0.019

P4-P3 0.65±0.03 0.75±0.02 0.76±0.02 0.022 0.007

P4-C3 0.60±0.04 0.69±0.03 0.72±0.02 0.029

P4-T4 0.56±0.04 0.68±0.03 0.60±0.03 0.046

P3-C4 0.65±0.02 0.72±0.02 0.74±0.02 0.014 0.017 0.001

P3-F3 0.61±0.03 0.63±0.04 0.66±0.03 0.016

C4-C3 0.71±0.04 0.77±0.03 0.80±0.02 0.004

2 группа

P3-C4 0.60±0.02 0.58±0.02 0.69±0.02 0.009

P3-F4 0.43±0.02 0.44±0.03 0.56±0.03 0.006

P3-F3 0.53±0.04 0.53±0.04 0.61±0.04 0.012

C4-C3 0.72±0.02 0.67±0.04 0.77±0.02 0.02

C3-F4 0.66±0.02 0.63±0.03 0.72±0.02 0.009

У испытуемых 2 группы в р1 диапазоне ЭЭГ наблюдался высокий уровень внутриполушарной когерентности ЭЭГ соседних областей коры каждого из полушарий (О-Р; Р-С; С-Б) и межполушарной когерентности (Р4-Б3; С4-С3; Р3-Р4). На этапе запоминания имело место некоторое снижение когерентности, не достигавшее значимого уровня. При воспроизведении по сравнению с периодом запоминания достоверного изменения когерентных взаимосвязей не наблюдалось. Средние значения коэффициентов когерентности при воспроизведении последовательности появления сигналов существенно не отличались от наблюдавшихся в исходном состоянии, при достоверном усиление некоторых межполушарных взаимосвязей с фокусом в левой темной (Р3-С4; Р3-Б4; Р3-Б3) и левой центральной (С4-С3; С3-Б4) областях (табл.).

В исходном состоянии средние значения коэффициентов когерентности р1 диапазона ЭЭГ у испытуемых ис-

следованных групп не различались, однако число очень высоких (КК>0,8) когерентных взаимосвязей было выше у студентов 2 группы. На этапе запоминания у испытуемых

1 группы наблюдалась более высокая, чем у испытуемых

2 группы внутриполушарная (О2-Т4, р=0.047; Р4-Т4, р=0.048; Р3-С3, р=0.028) и межполушарная (С4-С3, р=0.039; О1-С4, р=0.01; О1-Б4, р=0.030; О1-Т4, р=0.002; Р3-С4, р<0.001; Р3-Б4, р=0.033; Р3-Т4 р=0.009) когерентность потенциалов р1 диапазона ЭЭГ. При воспроизведении последовательности сигналов достоверных различий средних значений КК у испытуемых выделенных групп не обнаружено, однако число высоких когерентных взаимосвязей было больше у испытуемых 1 группы.

Достоверно более высокий уровень когерентности в системе внутри и межполушарных взаимосвязей с фокусом в правой височной области коры, наблюдавшийся во время запоминания у испытуемых воспроизводивших последовательность сигналов быстро и с высокой точностью свидетельствует о более высокой степени функциональной интеграции теменно-височно-затылочных областей. Следует указать, что в литературе усиление когерентных взаимосвязей потенциалов ©-диапазона ЭЭГ теменно-височнозатылочных областей коры традиционно связывают с механизмами памяти [1,5]. Наши исследования показали, что продуктивному запоминанию зрительной информации, обуславливающему ее последующее быстрое и точное воспроизведение соответствует усиление во время запоминания функциональных взаимосвязей правой височной области с теменными и затылочными областями коры обоих полушарий, проявляющееся в повышении когерентности потенциалов р1 диапазона ЭЭГ.

Более высокий уровень когерентности в системе внутри и межполушарных взаимосвязей потенциалов р1 диапазона ЭЭГ с фокусом в левой теменной области коры, с одной стороны, может быть связан с особой ролью теменной коры в процессах обработки пространственных аспектов зрительной информации, перцептивной группировки [6], восприятии целостного паттерна при предъявлении зрительных стимулов [3]. С другой, (наряду с усилением взаимосвязи биопотенциалов левой и правой центральных, левой затылочной и правых центральной и лобной областей), может свидетельствовать о вовлечении в выполнение зрительно-моторного задания левополушарных механизмов обработки информации.

В целом результаты проведенного исследования показали, что у испытуемых, выполнявших задание быстро и с высокой точностью, наблюдалось повышение числа высоких когерентных взаимосвязей р1 диапазона ЭЭГ во время запоминания по сравнению с исходным состоянием и во время воспроизведения, по сравнению с этапом запоминания. Увеличение числа значимых когерентных связей проявлялось в формировании специфической для каждого из этапов структуры когерентных взаимосвязей потенциалов р1 диапазона ЭЭГ.

У испытуемых, выполнявших задание медленно и с ошибками, структура когерентных взаимоотношений от этапа к этапу существенно не изменялась. Иными словами, у этих индивидов наблюдалась относительная инертность структуры когерентных взаимосвязей потенциалов р1 диапазона ЭЭГ на этапах результативной деятельности.

Выводы. У испытуемых, воспроизводивших запомненную последовательность сигналов быстро и с высокой точностью, наблюдалось изменение структуры когерентных взаимосвязей потенциалов р1 диапазона ЭЭГ в соответст-

вии со спецификой этапа интеллектуальной деятельности. Для испытуемых, выполнявших задание медленно и с ошибками, была характерна относительная инертность структуры когерентных взаимосвязей потенциалов ß1 диапазона ЭЭГ на этапах интеллектуальной деятельности.

Литература

1. Мачинская, Р.И. Сравнительное электрофизиологи-ческое исследование регуляторных компонентов рабочей памяти у взрослых и детей 7-8 лет. Анализ когерентности ритмов ЭЭГ / Р.И. Мачинская, А.В. Курганский. // Физиология человека.- 2012.- Т. 38.- № 1.— С. 5-19.

2. Биопотенциалы мозга человека / В.С. Русинов [и др.].- М.: Медицина, 1987.- 254 с.

3. Альфа-активность ЭЭГ мозга человека при восприятии иллюзорного квадрата Канизы / Т.А.Строганова [и др.]. // Журн. высш. нерв. деят. им. И.П. Павлова.- 2009.-Т.59. - №6.- С. 660-672.

4. Судаков, К.В. Геометрические образы когерентных взаимоотношений альфа-ритма электроэнцефалограммы в динамике системной результативной деятельности человека / К.В.Судаков, Т.Д. Джебраилова, И.И. Коробейникова. // Российский физиолог. журн. им. И.М.Сеченова.- 2011.-Т. 97.- №6.- С. 580-589.

5. Raghavachari, S. Theta oscillations in human cortex during a working-memory task; evidence for local generators /

S. Raghavachar, J.E. Lisman, M.Tully, J.R. Madsen.,

E.B.Bromfield // J. Neurophysiology.- 2006.- V. 95.- №3.-P. 1630-1638.

6. Treisman, A.M. A feature-integration theory of attention / A.M. Treisman, G. Gelade //Cognit. Psychol.- 1980.-V.12.- №1.- P. 97-136.

References

1. Machinskaya RI, Kurganskiy AV. Sravnitel'noe elektro-fiziologicheskoe issledovanie regulyatornykh komponentov rabochey pamyati u vzroslykh i detey 7-8 let. Analiz kogerent-nosti ritmov EEG. Fiziologiya cheloveka. 2012;38(1):5-19. Russian.

2. Rusinov VS, Grindel' OM, Boldyreva GN, Vakar EM. Biopotentsialy mozga cheloveka. Moscow: Meditsina; 1987. Russian.

3. Stroganova TA, Posikera IN, Prokof'ev AO, Morozov AA, Obukhov YuV, Morozov VA. Al'fa-aktivnost' EEG mozga cheloveka pri vospriyatii illyuzornogo kvadrata Kanizy. Zhurn. vyssh. nerv. deyat. im. I.P.Pavlova. 2009;59(6):660-72. Russian.

4. Sudakov KV, Dzhebrailova TD, Korobeyniko-va II. Geometricheskie obrazy kogerentnykh vzaimootno-sheniy al'fa-ritma elektroentsefalogrammy v dinamike sistemnoy re-zul'tativnoy deyatel'nosti cheloveka. Rossiyskiy fiziolog. zhurn. im. I.M.Sechenova. 2011;97(6):580-89. Russian.

5. Raghavachari S, Lisman JE, Tully M, Madsen JR, Brom-field EB. Theta oscillations in human cortex during a working-memory task; evidence for local generators. J. Neurophysiology. 2006;95(3):1630-8.

6. Treisman AM., Gelade G. A feature-integration theory of attention. Cognit. Psychol. 1980;12(1):97-136.

УДК 796:612

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗЖМОЖНОСТИ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ ВЕТЕРАНОВ СПОРТА В ЗАВИСИМОСТИ

ОТ СОСТОЯНИЯ ТРЕНИРОВАННОСТИ

А.Х. ТАЛИБОВ*, Д.Д. ДАЛЬСКИЙ*, Э.В. НАУМЕНКО*, В.Х.ХАВИНСОН**

* Национальный государственный Университет физической культуры, спорта и здоровья имени. П.Ф. Лесгафта, ул. Декабристов, 35, Санкт-Петербург, Россия, 190121 ** Санкт-Петербургский институт биорегуляции и геронтологии, ул. Декабристов, 35, Санкт-Петербург, Россия, 190121

Аннотация. Работа посвящена приспособляемости кровообращения к физическим нагрузкам ветеранов спорта. Выявлены гемодинамические показатели сердечно-сосудистой системы ветеранов спорта мужчин и женщин. Характеристика эхокардиографических показателей у ветеранов спорта с большим стажем занятий свидетельствует о влиянии спорта на сердечнососудистую систему. Отмеченные изменения могут в определенной мере охарактеризовать не только морфологические изменения, но и функциональные. Установлено, что характер ремоделирования сердца определяется также физической подготовленности, состоянием их здоровья, а также интенсивностью тренировочных и соревновательных нагрузок.

Ключевые слова: Спортивное сердце, миокард, левый желудочек, физиология спорта, ветераны спорта.

UNCTIONAL OPPORTUNITIES OF CARDIO-VASCULAR SYSTEM IN THE VETERANS OF SPORT DEPENDING ON THE

CONDITION OF FITNESS

А.Н. TALIBOV*, D.D. DALSKI*, E.V. NAUMENKO*, V.H. HAVINSON**

*Lesgaft National State University of Physical Education, Sports and Health, St. Petersburg, 190121, Russia, St. Petersburg, ul. Decembrists, 35 **Saint-Petersburg Institute of Bioregulation and gerontology, 190121, Russia, St. Petersburg, ul. Decembrists, 35

Abstract. The paper is devoted to the adaptability of the blood circulation to the physical activity of the veterans of sport. The hemodynamic and physiological indicators of cardiovascular system of the veterans of sport are identified. Characteristics ofechocardio-graphicparameters in the veterans of sport with many years oftrainingindicate the influence ofsports onthe CAS.The changesallow to describemorphologicalfunctional changes. It is establishedthat the characterof cardiac remodelingis definedas physicalfitness, their health, as well as the intensity oftraining and competitive pressures.

Key words: sport heart, myocardium of the left ventricle, physiology of sports, veterans of sport.