CC BY
14ме реального времени. Указанные методы позволяют значимо улучшить распознавание ментальных состояний в интерфейсах мозг-компьютер на основе спектроскопии в ближнем инфракрасном диапазоне, а вместе с этим и возможную процедуру реабилитации постинсультных и посттравматических больных.
Канцерова А.О. 1, Окнина Л.Б. 1, Машеров Е.Л. 2, Подлепич В.В. 2, Вологдина Я.О. 2, Ланге А.М. 3, Пицхелаури Д.И. 2
1 — Институт Высшей Нервной Деятельности и Нейрофизиологии РАН
2 — Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии имени академика Н. Н. Бурденко
3 — Сколковский институт науки и технологий e-mail: anna.kantserova@gmail.com
СРЕДНИЙ МОЗГ ЧЕЛОВЕКА ГЕНЕРИРУЕТ ПОТЕНЦИАЛ, СВЯЗАННЫЙ С КОНЦОМ ЗВУКОВОГО СТИМУЛА
Изучение электрофизиологических особенностей слухового анализатора человека представлено, главным образом, неинва-зивной регистрацией вызванных потенциалов (ВП), выполняемой на электро- или магнитоэнцефалографах (Noda et al., 1998)but since then no particular attention has been paid to them. Among the studies using magnetoencephalography (MEG. Данные о функционировании слуховых структур ствола мозга, полученные таким методом, обладают меньшей надёжностью и точностью, чем данные для коры больших полушарий (Perez-abaloetal., 1988). Отчасти это связано с перекрыванием во времени ответов от разных уровней обработки звуков и наибольшей амплитудой сигналов с коры из-за её поверхностного расположения (Pictonetal., 1974).
Недостаток информации о роли срединных мозговых структур в обработке звуковых сигналов у человека во многом определяется невозможностью регистрации биопотенциалов с этих структур мозга у здоровых добровольцев. Однако, вследствие усовершенствования стереотаксических нейрохирургических операций и появления глубинной электростимуляции мозга, в последние десять лет при некоторых видах патологии совместно с оказанием высокотехнологичной медицинской помощи стали проводиться исследования стволовых структур головного мозга у пациентов, которым были имплантированы электроды.
В данной работе запись ВП проводилась от неповреждённой ткани среднего мозга. Анализировались слуховые ВП, зарегистрированные у пациентов, которые получали хирургическое лечение опухоли четвёртого желудочка, расположенной в непосредственной близости к водопроводу мозга, или опухоли собственно ствола мозга.В дооперационном периоде все пациенты проходили полное клиническое обследование и давали добровольное информированное согласие на участие в исследовании. Все участвовавшие в исследовании пациенты не имели патологий слуховой системы, а также были чётко ориентированы в месте, времени и пространстве и не имели психических отклонений.Оперативное лечение проводилось врачом-нейрохирургом, проф., д. м.н. Д. И. Пицхелаури.
После этапа удаления опухоли в водопровод мозга устанавливался глубинный электрод с круглым поперечным сечением 2,7 мм в диаметре и 3 кольцевыми контактами. Такой диаметр обеспечивал плотное прилегание глубинного электрода к стенкам водопровода. Из трёх кольцевых контактов два наиболее дистальных располагались в просвете водопровода и были регистрирующими, а самый проксимальный находился в четвертом желудочке, был референтным для двух других кольцевых контакта и закрывался ватой для предотвращения прямого электрического контакта со структурами верхних отделов четвёртого желудочка. Ширина каждого кольцевого контакта составляла 3 мм, расстояние между двумя соседними контактами — 6,5 мм, а между центрами двух соседних контактов — 9,5 мм.
Как правило, выделяют четыре основные характеристики звука: частоту, длительность, громкость и фазу. Исследования на животных с применением регистрации активности нейронов нижних холмиков — главного слухового центра среднего мозга — показали,
что клетки этой структуры отвечают, главным образом, на изменение частоты и длительности звука (Kasaietal., 2012; Stiebler, Ehret, 1985). Основываясь на этих данных, было решено предъявлять пациентам тоны различной частоты (600, 800, 1000, 2000 и 4000 Гц)и длительности (80, 90, 100 мс) в псевдослучайном порядке и с одинаковой вероятностью появления — по 25 тонов каждой частоты — для исключения привыкания и когнитивного ответа на редкие стимулы. Отдельным каналом одновременно с регистрацией биопотенциалов проводилась запись электрограммы звуковых стимулов, на которой фиксировался ток, подаваемый в наушники при звуковой стимуляции. Электрограмма позволяла с высокой точностью оценить время появления компонентов ВП относительно начала и конца звуковых стимулов.
На полученных ВП выделялись коротколатентные пики, отражающие проведение звукового сигнала по волокнам среднего мозга, а также высокоамплитудный длиннолатентный пик с широким основанием — пик Е. Он следовал через 90—160 мс после начала стимула.Пик Е не был ранее описан в литературе. Он назван по первой букве слова end (англ. end — «конец»), так как следовал за концом звукового стимула.
Относительно большого разброса латентностей пика Е было выдвинуто три гипотезы:
1. Разброс случаен и является следствием широкого основания пика
2. Латентность пика Е зависит от длительности звукового стимула
3. Латентность пика Е зависит от частоты звукового стимула.
Для проверки первых двух гипотез было проведено сравнение латентностей пика Е, зарегистрированного в ответ на стимулы разной длительности, при помощи непараметрического критерия Манна-Уитни. В результате получены статистически достоверные отличия (p<0,05). Таким образом первая гипотеза отвергается, а вторая гипотеза, согласно которой латентность пика Е зависит от длительности звукового стимула, принимается. Это означает, что пик Е отражает реакцию мозга на конец звука.
Для проверки третей гипотезы было проведено сравнение ла-тентностей пика Е, зарегистрированного в ответ на стимулы разной частоты, при помощи непараметрического критерия Манна-Уитни. Статистически достоверных отличий получено не было. Таким образом третья гипотеза отвергается.
Для установления местоположения источника компонента Е было проведено сравнение амплитуд пиков Е, зарегистрированных на ростральном и каудальном кольцевых контактах. У одной трети пациентов амплитуда пика Е, зарегистрированного на ростральном кольцевом контакте, превышала амплитуду пика Е, зарегистрированного на каудальном кольцевом контакте. У второй трети соотношение амплитуд пика Е, записанного с двух кольцевых контактов, было обратным. У последней трети эти амплитуды были почти одинаковыми. Полученные данные указывают, с одной стороны, на изменение положения контактов глубинного электрода относительно структур среднего мозга у разных пациентов, а с другой стороны, на расположение источника генерации пика Е между двумя контактами.
Таким образом, в данной работе выделен пик Е, который указывает на конец звукового стимула и генерируется средним мозгом.
Список литературы:
1. Kasai M., Ono M., Ohmori H. Distinct neural firing mechanisms to tonal stimuli offset in the inferior colliculus of mice in vivo//Neuros-ci. Res. 2012. V. 73. P. 224—237.
2. Noda K., Tonoike M., K., Koizuka I., Yamaguchi M., Seo R., Matsu-moto N., Noiri T., Takeda N., Kubo T. Auditory evoked off-response: Its source distribution is different from that of on-response//Neu-roreport. 1998. V. 9 (11). P. 2621—2625.
3. Pérez-abalo M., Valdés-sosa M., Bobes M., Galán L., Biscay R. Different Functional Properties of on and Off Components in Auditory Brain stem Responses to Tone Bursts//International Journal of Audi-ology. 1988. V. 27 (5). P. 249—259.
4. Picton T., Hillyard S., Krausz H., Galambos R. Human auditory evoked potentials. I: evaluation of components//Electroencephalog-raphy and Clinical Neurophysiology. 1974. V. 36. P. 179—190.
5. Stiebler I., Ehret G. Inferior colliculus of the house mouse. I. A quantitative study of tonotopic organization, frequency representation, and tone-threshold distribution//The Journal of Comparative Neurology. 1985. V. 238 (1). P. 65—76.
