CC BY
92
УДК 612.82:612.821.3:159.922.7
зависимость вызванной синхронизации ЭЭГ В ТЕТА-ДИАПАЗОНЕ ОТ СТЕПЕНИ НАРУшЕНИЯ ВНИМАНИЯ В ГРУППЕ ДЕТЕй С СДВГ В GO/NOGO-ТЕСТЕ*
© 2010 г. Е. А. Яковенко, И. С. Никишена, В. А. Пономарев, Ю. Д. Кропотов
Институт мозга человека РАН имени Н. П. Бехтеревой, г. Санкт-Петербург
Вызванная синхронизация/десинхронизация (ВС/Д) ЭЭГ является информативным показателем для изучения активации и деактивации коры головного мозга при обработке сенсорной информации, психической и двигательной деятельности человека. Под ВД/С подразумевают уменьшение/увеличение мощности ЭЭГ в определенном частотном диапазоне в ответ на внешнее воздействие по сравнению со спектрами мощности в предстимульном интервале [13]. Вызванная десинхронизация/синхронизация, как правило, измеряется в процентах, поэтому ее исследование является существенным для понимания нейрофизиологических механизмов подготовки, инициации и подавления движений. Дети с синдромом дефицита внимания с гиперактивностью (СДВГ) характеризуются импульсивностью, невнимательностью, гиперактивностью и высокой эмоциональной лабильностью. Вследствие этих симптомов у них возникают проблемы дома, в школе, в отношениях со сверстниками, учителями и нередко — родителями. Между тем эти дети имеют нормальный уровень интеллекта. Нейроморфологическая гипотеза возникновения СДВГ предполагает, что в генезе этого заболевания участвуют корковые (лобная и сенсомоторная кора) и подкорковые (активирующая ретикулярная формация ствола мозга, таламус, гипоталамус и базальные ганглии) структуры мозга [1]. Считается возможным, что выявленные нейроанатоми-ческие, гемодинамические, обменные нарушения могут обусловливать снижение тормозного контроля двигательной активности [ 16].
Ранее нами было выявлено [5, 6], что у детей с СДВГ отмечается снижение вызванной синхронизации ЭЭГ в тета-диапазоне в условии как вовлечения в действие, так и его подавления. Считается, что снижение вызванной синхронизации в тета-диапазоне у детей с СДВГ отражает недостаточную активацию лобных отделов коры мозга. А недостаточная активация определенных зон коры головного мозга обусловливает дефицит внимания, его низкую устойчивость и нарушения процессов вовлечения в действие при выполнении когнитивной задачи.
Цель данного исследования — выявить изменения вызванной синхронизации ЭЭГ в тета-диапазоне (4 — 7 Гц) в зависимости от степени нарушения внимания и уровня гиперактивности у детей с СДВГ.
Методы
В исследовании участвовали 140 подростков в возрасте 10—15 лет, которым был поставлен диагноз СДВГ. Основными жалобами родителей были трудности с концентрацией внимания, контролем поведения, невозможность на длительное время включаться в какую-либо деятельность. Оценка степени тяжести заболевания (невнимательность, гиперактивность, импульсивность) производилась с помощью шкалы
*Работа поддержана грантом: НШ-1 131.2008.4
При исследовании вызванной синхронизации ЭЭГ в тета-диапазоне в парадигме Gо/NоGо у детей с синдромом дефицита внимания с гиперактивностью была обнаружена отрицательная корреляция амплитуды вызванной синхронизации ЭЭГ в условиях вовлечения в действие и количества пропусков значимых пар стимулов. В условиях подавления действия также была обнаружена отрицательная корреляция, с увеличением количества ложных нажатий величина вызванной синхронизации ЭЭГ уменьшается. Ключевые слова: вызванная синхронизация/десинхронизация ЭЭГ, синдромом дефицита внимания с гиперактивностью, тета-диапазон ЭЭГ.
SNAP-IV, которая представляет собой анкету для родителей. Постановка диагноза осуществлялась специалистами Института мозга человека РАН на основании критериев DSM-IV. Никаких лекарственных препаратов как минимум в течение месяца перед исследованием испытуемые не принимали. Все испытуемые были праворукими.
Тест на внимание состоял из 480 проб. Пробой являлась пара звуковых стимулов: низкий — низкий тон (проба Go) и низкий — высокий тон (проба NoGo), которые подавались в случайном порядке с вероятностью 50 %. Частота высокого тона составляла 1 300 Гц, низкого — 1 000. Длительность стимулов — 100 мс, интенсивность звука — 75 Дб. Длительность интервала между двумя стимулами в паре составляла 800 мс, интервал между последним и первым стимулами в разных парах был равен 1 200 мс. Общая длительность пробы составляла 2 200 мс, включая предстимульный интервал (300 мс) и длительность стимулов.
Испытуемым необходимо было нажимать на кнопку как можно быстрее в случае предъявления пары «низкий — низкий тон (НН)» — проба Go и не нажимать на предъявление пары «низкий — высокий тон (НВ)» - проба NoGo.
Для каждого испытуемого подсчитывалось количество пропусков значимых (НН) пар стимулов (ошибки невнимательности), количество ложных нажатий на кнопку при предъявлении незначимых (НВ) пар (ошибки, связанные с импульсивностью). Ошибкой для пары НН считалось отсутствие ответа в течение 900 мс после предъявления второго стимула в паре. Для измерения скорости сенсорных и когнитивных процессов подсчитывалось среднее время реакции при правильном ответе на НН-пару, для измерения вариабельности времени реакции вычислялась среднеквадратичная ошибка правильного ответа. Перед выполнением теста испытуемому подробно объяснялась задача и проводился тренировочный тест. Длительность тренировочного теста зависела от успешности его выполнения испытуемым.
Регистрация ЭЭГ производилась с помощью 24-канального цифрового электроэнцефалографа «Телепат-104Р» производства ТОО «Потенциал» (г. Санкт-Петербург) с 19 мостиковых хлорсере-бряных электродов, расположенных на поверхности головы в соответствии с международной системой 10-20 в отведениях Fp1; Fp2; F7; F3; Fz; F4; F8; Т3; С3; Cz; Т4; Т5; Р3; Pz; Р4; Т6; 01; 02. Референтный электрод располагался на кончике носа, а заземляющий — в отведении Fpz.
Перед началом записи проводилась проверка сопротивления электродов. В данном исследовании оно не превышало 5 кОм. Полоса пропускания усилителя на каждом канале ЭЭГ регулировалась фильтрами высоких и низких частот. Фильтр высоких частот использовался для исключения из записи высокочастотных помех и устанавливался в диапазоне 30 Гц. Фильтр низких частот, регулируемый изменением постоянной времени, позволял исключить из ЭЭГ артефакты мед-
ленных изменений потенциала кожи, изменений потенциала, связанных с незначительными смещениями электродов, и изменениями в области контакта между кожей и электродом. Согласно международному стандарту использовалась постоянная времени, равная
0.3. Ввод сигналов в диапазоне ЭЭГ 0,5—30,0 Гц осуществлялся с частотой квантования 250 Гц.
Для контроля над движениями глаз выполнялась запись электроокулограммы с помощью чашечкового электрода, прикрепленного к коже над наружной частью круговой мышцы глаза электродной пастой Grass Instrument Company. Для контроля над правильностью выполнения двустимульного теста и измерения времени реакции регистрировался сигнал от кнопки.
Расчет вызванной десинхронизации/синхронизации ЭЭГ. Для определения диапазонов частот ЭЭГ производился спектральный анализ с построением графических спектров мощности, использованием фоновой записи ЭЭГ с закрытыми глазами, которая проводилась до записи вызванных потенциалов. Частотные диапазоны ЭЭГ подбирались индивидуально для каждого испытуемого. На графике спектров мощности ЭЭГ находили пик спектра мощности для каждого ритма в отведениях с наиболее выраженным пиком, границы для тета-диапазона выставлялись на 2/3 высоты пика в отведениях Fz или F3.
Вызванная десинхронизация/синхронизация вычислялась в несколько этапов:
1. Для уменьшения влияния общего референта исходные сигналы ЭЭГ преобразовывались к среднему взвешенному референту.
2. В каждом фрагменте ЭЭГ (проба) с помощью цифровых полосовых фильтров выделялся сигнал для заданного диапазона частот.
3. Для уменьшения влияния компонент вызванного потенциала на ВД/С ЭЭГ использовалась процедура, предложенная Калчером и Пфуртшеллером. Для этого по совокупности проб с помощью усреднения вычислялись вызванные потенциалы, которые в дальнейшем вычитались из каждого фрагмента ЭЭГ
4. Значения для каждого временного отсчета возводились в квадрат и усреднялись по совокупности проб, чтобы получить оценку динамики мощности сигналов ЭЭГ в заданном диапазоне частот.
5. Для уменьшения дисперсии данных полученная динамика мощности сигналов ЭЭГ сглаживалась скользящим средним с шириной эпохи усреднения 25 отсчетов, что соответствует 100 мс.
6. Вызванная десинхронизация/синхронизация вычислялась как процентное изменение мощности сигналов для каждой временной точки P(i) по отношению к средней мощности в предстимульном интервале (R) длительностью 200 мс в соответствии с формулой (P(i) — R)/R.
После обработки кривых в дальнейшем исследовании приняли участие 92 ребенка с диагнозом СДВГ Вызванная десинхронизация/синхронизация измерялась в относительных единицах.
Статистическая обработка. Статистическая оценка групповых ВД/С производилась с помощью методов дисперсионного анализа ANOVA (Statistica 6.0). Факторами являлись: LOC — локализация электродов (19 уровней) и Var — группа испытуемых (2 уровня — норма/СДВГ). Анализ значимости различий величины вызванной синхронизации проводился по схеме, где в качестве значений измеряемой случайной величины выбиралась величина вызванной синхронизации на определенном временном интервале.
Уровень значимости параметров теста оценивался по непараметрическому критерию Вилкоксона. Для определения зависимостей между данными двухсти-мульного теста и параметрами ВС/Д в группе детей с СДВГ использовали корреляционный анализ по Kendall (Statistica 6.0).
Результаты
Тест. Многочисленные психологические исследования [4, 11, 14] показали, что испытуемые с СДВГ в тестах на внимание и выявление импульсивности делают большее количество пропусков значимых стимулов и ложных нажатий на незначимые стимулы по сравнению со здоровыми детьми. Проведенный с помощью t-критерия статистический анализ показал статистически достоверные различия в количестве пропусков значимых пар стимулов (р < 0,006) и ложных тревог на незначимые пары стимулов (р < 0,008) между здоровыми испытуемыми и детьми с СДВГ
Усредненные данные слухового двухстимульного теста на внимание для группы испытуемых с СДВГ и здоровых:
Норма СДВГ Пропуски значимых проб 9,1±1,7 36,2±19,7
Ложные нажатия 6,6±1,2 19,8±11,8
Вызванная синхронизация на второй стимул. Проведенный корреляционный анализ показал, что в условиях Go между величиной вызванной синхронизации ЭЭГ в тета-диапазоне в отведениях C3, Pz, P3 и количеством пропусков значимых пар стимулов существует отрицательная корреляция (т = —0,18; Z = -2,56; p < 0,01), (т = -0,15; Z = -2,11; p < 0,03), (т = -0,17; Z = -2,36; p < 0,02) (рис. 1).
1,0
0,8
° 0,4 о
Ї 0,2
0 еЗ
1 0,0 ч
« -0,2 и
£
-0,4
-0,6
о о
: о
о о со о о °
— о °С : о & о- ° о/ ^ ° О о — о : о о о
О О ° ОрО О о °° О о і ° о <* !о ОІ ° І 1 о °о
о о ; о
-20 0 20 40 60
Пропуски
Рис. 1. График зависимости величины вызванной синхронизации электроэнцефалограммы в тета-диапазоне в условиях Go от пропусков значимых пар стимулов для отведения С3 (п = 92)
В ЫоОо-условиях также отмечается значимая отрицательная корреляция между ложными нажатиями на незначимые пары стимулов и величиной вызванной синхронизации в тета-диапазоне в отведениях Fz, С2, Т3 (т = —0,17; Ъ = —2,47; р < 0,01), (т = —0,30; Ъ = —4,26; р < 0,0001), (т = —0,16; Ъ = —2,32; р < 0,02), т. е. с увеличением количества ложных нажатий величина вызванной синхронизации уменьшается (рис. 2).
2,0
-0,4 ----------------*-----------------------*-----------
-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80
Ложные нажатия Количество
Рис. 2. График зависимости величины вызванной синхронизации электроэнцефалограммы в тета-диапазоне в условиях NoGo от количества ложных нажатий на незначимые пары стимулов для отведения Сz (п = 92)
Обсуждение результатов
В работах многих авторов было показано увеличение количества ошибок невнимательности и ложных тревог в тестах на внимание у детей с СДВГ по сравнению со здоровыми сверстниками [7, 8, 10]. Более того, показано, что различия в качестве выполнения теста увеличиваются при усложнении задания [9]. Вызванная синхронизация/ десинхронизация ЭЭГ измеряет не абсолютный уровень активности корковых зон, а ее изменение, связанное со стимуляцией и выполнением действий. Хорошо известно, что десинхронизация в альфа-диапазоне является показателем активации коры больших полушарий мозга. Как отмечено во многих работах, при десинхронизации альфа-ритма наблюдается синхронизация в тета-диапазоне, т. е. эти два ритма работают как бы в противофазе [3, 12, 15]. Следовательно, можно предположить, что снижение вызванной синхронизации в тета-диапазоне у детей с СДВГ отражает недостаточную активацию лобных отделов коры мозга. А недостаточная активация определенных зон коры головного мозга обусловливает дефицит внимания, его низкую устойчивость и нарушения процессов вовлечения в действие при выполнении когнитивной задачи. И действительно, известно, что лобная кора и нижнетеменные отделы больших полушарий участвуют в организации сложных форм поведения, процессах восприятия и являются звеньями системы регуляции сложных автоматизированных двигательных актов [2].
Это предположение хорошо согласуется с нашими данными, согласно которым с увеличением количества пропусков значимых пар стимулов величина вызванной синхронизации тета-диапазона ЭЭГ в условиях Оо уменьшается.
Аналогичные данные были получены и для условия подавления действия, т. е. с увеличением ложных нажатий на нерелевантные пары стимулов величина вызванной синхронизации в тета-диапазоне уменьшается. Предполагается, что эти изменения у детей с СДВГ могут быть связаны с недостаточной активацией этих зон коры головного мозга, и, как следствие, выявляется нарушение механизмов внимания и подавления действий.
Таким образом, представленные в данной работе результаты позволяют предположить, что вызванная синхронизация ЭЭГ в тета-диапазоне является объективным показателем нарушения внимания. Можно предложить этот метод в качестве дополнительного диагностического критерия для определения степени нарушения внимания и гиперактивности.
Список литературы
1. Белоусова Е. Д. Синдром дефицита внимания/гиперактивности / Е. Д. Белоусова, М. Ю. Никанорова // Российский вестник перинатологии и педиатрии. - 2000. -№ 3. - С. 39-42.
2. ДаниловаH. H. Физиология высшей нервной деятельности / Н. Н. Данилова, А. Л. Крылова. - Ростов на Дону : Феникс, 2005. - 478 с.
3. Кирой В. Н. Спектральные характеристики ЭЭГ детей младшего школьного возраста с трудностями обучения / В. Н. Кирой, П. Н. Ермаков, Е. И. Белова, Т. Г. Самойлина // Физиология человека. - 2002. - Т. 28, № 2. - C. 20-30.
4. Кропотова О. В. Нейрофизиологические корреляты селективного внимания, селекции действий и их нарушение при синдроме дефицита внимания и гиперактивности у человека : автореф. дис. ... канд. биол. наук / Кропотова О. В.
- СПб., 1998. - 16 с.
5. Пономарев В. А. Десинхронизация и синхронизация ЭЭГ подростков, вызванные стимулами, запускающими или запрещающими сенсомоторную реакцию. Сообщение II. Особенности при синдроме дефицита внимания и гиперактивности / В. А. Пономарев, О. В. Кропотова, Ю. Д. Кропотов // Физиология человека. - 2000. - Т. 26, № 3. - С. 261-268.
6. Яковенко Е. А. Зависимость вызванной синхронизации ЭЭГ в тета-диапазоне от степени нарушения внимания в группе детей с СДВГ в Go/NoGo тесте / Е. А. Яковенко, И. С. Никишена, Л. С. Чутко и др. // Новые исследования.
- 2009. - № 2(19). - С. 81-82.
7. Bitsakou P. Inhibitory deficits in attention-deficit/ hyperactivity disorder are independent of basic processing efficiency and IQ / P. Bitsakou, L. Psychogiou, M. Thompson,
E. Sonuga-barke // Journal of Neural Transmission. - 2008.
- Vol. 115, N 2. - P. 261-268.
8. Jonkman L. Attentional capacity, a probe ERP study: difference between children with attention-deficit hyperactivity disorder and normal control children and effects of methylphenidate / L. Jonkman, C. Kemner, M. Verbaten, et al. // Psychophysiology. - 2000. - Vol. 37. - P 334-346.
9. Jonkman L. Effects of methylphenidate on event-related potentials and performance of attention-deficit hyperactivity disorder children in auditory and visual selective attention tasks / L. Jonkman, C. Kemner, M. Verbaten, et al. // Biology Psychiatry. - 1997. - Vol. 41, N 6. - P 690-702.
10. Karayanidis F. ERP differences in visual attention processing between attention-deficit hyperactivity disorder and control boys in the absence of performance differences
/ F. Karayanidis, P. Robaey, M. Bourassa, et al. // Psychophysiology. - 2000. - Vol. 37. - P. 319-333.
11. Linden M. Event related potentials of subgroups of children with attention deficit hyperactivity disorder and the implications for EEG biofeedback / M. Linden, R. Gevirtz, R. Isenhart, T. Fisher // Journal of Neurotherapy. - 1996. -Vol. 1. - P 1-11.
12. Mann C. A. Quantitative analysis of EEG in boys with attention-deficit-huperactivity disorder: controlled study with clinical implications / C. A. Mann, J. F. Lubar, A. W Zimmerman, et al. // Pediatric Neurology. - 1992. - Vol. 8. - P 30-36.
13. Pfurtscheller G. Functional brain imaging based on ERD/eRs / G. Pfurtscheller // Vision Research. - 2001. -Vol. 41. - P 1257-1260.
14. Rothenberger A. Comorbidity in ADHD-children: effect of coexisting conduct disorder or tic disorder on event-related brain potentials in auditory selective-attention task / A. Rothenberger, T. Banaschewski, H. Heinrich, et al. // European archives of psychiatry clinical neuroscience. - 2000.
- Vol. 250. - P 101-110.
15. Suffin S. C. Neurometric subgroups in attentional and affective disorders and their association with pharmacotherapeutic outcome / S. C. Suffin, W H. Emory // Clinical Electroencephalography. - 1995. - Vol. 26, N 2. - P 76-83.
16. Swanson J. Cognitive neuroscience of attention deficit hyperactivity disorder and hyperkinetic disorder / J. Swanson,
F. X. Castellanos, M. Murias // Cognitive neuroscience. -1998. - Vol. 8. - P. 263-271.
CORRELATION BETWEEN EEG EVENT-RELATED SYNCHRONIZATION IN TETA BAND AND DEGREE OF ATTENTION DISORDER IN CHILDREN WITH ADHD IN TEST GO/NOGO
E. A. Yakovenko, I. S. Nikishena, V. A. Ponomarev,
Ju. D. Kropotov
N. P. Bechtereva Institute of the Human Brain RAS,
St. Petersburg
During the study of the EEG event-related synchronization in theta band in the GO/NOGO paradigm of children with the attention-deficit hyperactivity disorder (ADHD), a negative correlation between the amplitude of the event-related synchronization in conditions of involvement in action and the amount of absence of significant stimulus pairs has been detected.
In conditions of action inhibition, a negative correlation has been detected as well. When the number of button false pressings increased, the EEG event-related synchronization decreased.
Key words: EEG event-related synchronization/desynchronization, attention-deficit hyperactivity disorder, theta band.
Контактная информация:
Яковенко Елена Александровна - кандидат биологических наук, младший научный сотрудник лаборатории нейробиологии программирования действий Института мозга человека РАН им. Н. П. Бехтеревой
Адрес: 197376, г. Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, д. 9
Тел. 8 (812) 234-13-14
E-mail: [email protected]
Статья поступила 02.09.2010 г.
