Статьи Неврология и нейрохирургия
|
|
|
|
Онтогенетические аспекты электроэнцефалограммы
В 1924 году австрийский ученый Ганс Бергер из Йенского университета открыл электрическую активность головного мозга. Работа Бергера не привлекла к себе внимания, а сам Бергер не интересовался пропагандой своего открытия, как и большинство креативных личностей. Бергер опубликовал результаты своих исследований только через пять лет после того, как они были проведены.На реальность существования мозговых волн обратили внимание лишь в 30-х годах, после появившихся работ английских ученых. К тому времени были изобретены более мощные ламповые усилители и, как пишет физик Д. Вулдридж, “В необузданном воображении авторов популярных статей уже рисовалось применение радиоприемников... для телепатической связи – путем улавливания “мозговых волн” на расстоянии и расшифровки содержащихся в них мыслей”.
Несмотря на то, что надежда использовать записи электрической активности мозга для расшифровки мыслей не оправдалась, электроэнцефалограмма имеет неоценимое значение для нейрофизиологических исследований. Один из первых важных результатов, полученных при ее анализе – это то, что характер ЭЭГ человека отражает степень активности индивида. После того, как была замечена разница между волновой активностью бодрствующего и спящего человека, в Институте мозга Калифорнийского университета в Лос–Анжелесе были быстро разработаны методы оценки общей работоспособности человека. Оказалось, что ЭЭГ служит более прямым и надежным показателем реактивности мозга, чем даже данные визуального наблюдения или измерение других физических показателей.
Особый интерес вызвали регулярные колебания потенциала, образующие альфа–ритм. Почти сразу появились сообщения, что при настороженности или сосредоточении внимания альфа–ритм исчезает, и это позволило предположить, что при активной работе мозга различные его части уже не действуют синхронно. Как писал Вулдридж, “выражаясь языком техники, в процессах мышления, по–видимому, используются несинхронные методы” .
Но, если альфа–ритм отражает степень активированности мозга, можно ли использовать этот показатель для исследования взаимосвязей между активированностью мозга и интеллектуальной работоспособностью, или, с другой стороны для исследований онтогенетической динамики общей активности головного мозга?
Еще в 70-х годах определенные показатели фоновой ЭЭГ, в частности, характеристика альфа–ритма, были вместе с рядом других параметров объединены В. Д. Небылициным в особое свойство нервной системы, обозначенное им как динамичность. Э. А. Голубева в 80-х годах исключительно на основе электроэнцефалографических данных выделила свойство активированности, отражающее присущий индивиду уровень активации. В 1974 году Э. А. Голубевой было показано, что ЭЭГ более активизированных индивидов характеризуется меньшей выраженностью альфа–ритма и большей его частотой.
Подобные же данные были получены еще ранее при анализе соотношений ЭЭГ–показателей с особенностями личности Р. Кэтеллом и К. Павликом.
Самые многочисленные исследования показали, что изменения корковой ритмики четко совпадают с этапами созревания мозга (Новикова Л.А., 1966; Зислина Н.Н., Тюков В.Л., 1968; Фарбер Д.А., Алферова В.В., 1972; Eeg–Olofsson O., 1970; Blume W., 1982). И эти изменения характеризуются прежде всего учащением и стабилизацией основного ритма ЭЭГ человека – альфа–ритма. Наряду с этим по мере созревания коры и усиления ее тормозящих влияний уменьшаются основные стволовые знаки на ЭЭГ – тета–ритм, билатеральные вспышки медленных колебаний.
В работе K.Matshura и соавт. (1985) отмечается, что тета– и дельта–активность, превышающая по амплитуде 30 мкВ, плавно снижаясь, достигает показателей, характерных для взрослых людей в 18–20–летнем возрасте. Авторы указывают, что исследования, основанные на современных методах математического анализа ЭЭГ, подтверждают точку зрения O. Eeg–Olofsson (1970), согласно которой ЭЭГ достигает полной степени зрелости к 19–22 годам.
В среднем и пожилом возрасте происходит уменьшение альфа–активности и одновременное увеличение бета–активности, при этом отношение количества активности с этих частотных диапазонов служит, по мнению Г. Рубчика, надежным показателем возрастных сдвигов. Снижение частоты альфа–ритма отмечается на всем протяжении возрастного периода от 20 до 90 лет.
Переломный период в изменении ряда параметров ЭЭГ (баланс тета и альфа–активности, частота альфа–ритма), приходящийся на возраст приблизительно 25 лет, может отражать соответствующие сдвиги в механизмах поддержания мозгового гомеостаза, необходимого для осуществления ряда психофизиологических функций. Характерно, что примерно на этот же возраст (от 20 до 30 лет) приходится максимум таких показателей, как лабильность зрительного анализатора, скорость реакции, а также некоторых характеристик внимания и памяти.
Возрастная динамика является одним из существенных источников внутрипопуляционного разнообразия ЭЭГ и наблюдается как в периоды онтогенетического созревания и “старения” мозговой активности, так и на протяжении средних возрастов. Основной тенденцией возрастных изменений является сдвиг в сторону признаков более высокого уровня активации – десинхронизации альфа–ритма, снижение суммарной мощности биоэлектрической активности, увеличение доли быстрых ритмов в ЭЭГ.
С. И. Субботник и П. И. Шпильберг в своем электроэнцефалографическом исследовании старых людей (от 70 до 95 лет), живущих в домах для престарелых, установили, что в процессе старения ясно проявляется возрастающее замедление альфа–волн. Авторы подчеркивают, что “имеет значение не паспортный возраст, а индивидуальные особенности и состояние высшей нервной деятельности”. К общевозрастным явлениям старения биоэлектрической активности коры головного мозга они относят изменения реакций на внешние раздражения: “они ослаблены или отсутствуют”, удлинение латентного периода реакции на световые и звуковые раздражения – 0,5–2,0 сек у старых людей сравнительно с 0,2 сек у людей среднего возраста. К определенным возрастным явлениям они относят значительную устойчивость волн ЭЭГ старых людей.
Таким образом, одна из наиболее четко прослеживающихся в онтогенезе закономерностей – урежение основного ритма ЭЭГ – альфа–ритма. Общая тенденция снижения частоты альфа–ритма с возрастом, очевидно связана с усовершенствованием нейронального аппарата коры и является одним из ведущих показателей морфофункционального созревания мозга. Особенно отчетливо выявляются изменения ЭЭГ в онтогенезе при лонгитудинальном исследовании.
Полифазные потенциалы частотой 2–4/с, достигающие амплитуды 250–500 мкВ достигают пика к 10 годам, затем снижаются и практически исчезают к 15–летнему возрасту.
Изменения ЭЭГ в процессе онтогенеза отражают не только созревание нейронального аппарата коры, но и динамику корково–подкорковых взаимодействий в различные возрастные периоды. Ослабление тета–ритма после 10 лет связывают с усилением тормозящих влияний коры на стволовые структуры мозга.
С возрастом закономерные изменения претерпевают также реакция активации, усвоение ритмов световых мельканий и реакция на гипервентиляцию. При этом динамику реакции активации в онтогенезе связывают с усилением тормозящих влияний структур ретикулярной формации ствола на синхронизирующие структуры промежуточного мозга.
С возрастом отмечается постепенный сдвиг реакции усвоения ритма световых мельканий в сторону частых ритмов. При этом у девочек это сдвиг возникает раньше, чем у мальчиков, что по–видимому указывает на более раннее созревание мозга. Таким образом, реакция усвоения ритма световых мельканий является тонким индикатором созревания мозга.
Реакция на гипервентиляцию возрастает на протяжении первых лет жизни ребенка вплоть до 9–11–летнего возраста, после чего постепенно снижается.
Диффузные медленные волны при гипервентиляции, появляясь в 65% случаев в 10–летнем возрасте, после 22–летнего возраста почти не встречаются.
По имеющимся данным, ЭЭГ девочек созревает на 1–2 года быстрее, чем ЭЭГ мальчиков. По наблюдениям Н. Л. Горбачевской и Л. Ф. Кожушко, основанным на лонгитудинальном исследовании, “созревание ЭЭГ” девочек на 2–3 года опережает “созревание ЭЭГ” мальчиков. К 16–17 годам ЭЭГ приобретает стабильный, свойственный данному индивиду характер.
Одним из преимуществ ЭЭГ является и то, что в ее рисунке и топографии отражаются процессы созревания центральной нервной системы. Рисунок (паттерн) ЭЭГ человека отличается значительной межиндивидуальной вариабельностью, и в то же время индивидуально–специфичный его характер, сложившись к 15–18 годам, сохраняется на протяжении длительного периода жизни индивида (Гавриш Н. В., 1984). Некоторые изменения появляются только в пожилом возрасте. Считается, что темп возрастных изменений ЭЭГ генетически детерминирован.
В работе Т. Г. Хамагановой установлено, что такие параметры, как суммарная энергия ЭЭГ в передних отделах мозга и амплитуда альфа–ритма в задних отделах, генетически обусловлены на всех возрастных этапах, а такие как степень депрессии альфа–ритма, фиксируемая в ЭЭГ, длительность реакции на действие звука, амплитуда бэта–ритма в передних отделах, напротив, во всех возрастах детерминированы средовыми влияниями.
Особый интерес представляют исследования в области вызванных потенциалов, которые образно называют “окном в мозг”. Вариабельность ВП относят к самым интегральным свойством мозга, обеспечивающим легкость изменения старых и формирования новых функциональных систем поведенческих актов человека. При этом получены данные, что внутрииндивидуальная вариабельность ВП меняется в ходе онтогенеза. Относительно высокая на ранних этапах онтогенеза, она постепенно снижается по мере взросления индивида и вновь возрастает при его старении (R. I. Ellingson, 1973; E. Callaway, 1976). “Особое место в этом ряду занимает феномен “увеличения–уменьшения” (Л. Кнорринг и др., 1981; M. S. Buchsbaum, 1974). Индивидуально–специфическим признаком в данном случае является угол наклона прямой, отражающей зависимость амплитуды ВП от интенсивности стимула. У одних индивидов амплитуды при увеличении интенсивности неизменно нарастают, а у других на высоких интенсивностях они снижаются. Этот феномен, отражающий функционирование механизмов индивидуальной адаптации при переработке сенсорного опыта, связывают с некоторыми показателями интеллекта, когнитивных стилей, рядом темпераментных и личностных характеристик (И. Н. Грызлова, И. А. Переверзева, 1984; E. Callaway, 1976).
По данным Dustman R. и Beck E., 1966 амплитуда компонентов ВП с латентным периодом от 126 до 250 мсек значительно увеличивается от младенчества к 5–6 годам, затем наступает быстрое уменьшение амплитуды; в 13–14 лет вновь следует резкий подъем амплитуды ранних и поздних компонентов и с 15 лет значительных колебаний амплитуды не наблюдается.
В 1984 году было показано, что наличие в ЭЭГ покоя у подростков с низким уровнем интеллектуального развития значительной мощности альфа–частот и незначительные перестройки ЭЭГ в функциональной пробе на открывание и закрывание глаз свидетельствует о том, что они, как правило являются гиповозбудимыми и низкореактивными личностями. В отличие от них в ЭЭГ подростков с высоким интеллектуальным уровнем развития более представлены бета–частоты, а также более выражены изменения при переходе от состояния покоя с закрытыми глазами к состоянию покоя с открытыми глазами, что свидетельствует, по мнению авторов, о более высокой лабильности нервных процессов и может определять более высокий уровень их интеллектуальной активности.
У подростков с разным уровнем интеллектуального развития отмечены различия в пространственной синхронизации ЭЭГ покоя. Более высокий уровень когерентности ЭЭГ – у подростков с низким уровнем интеллектуального развития. У подростков с высоким уровнем интеллектуального развития отмечаются более значительные различия в спектральной мощности и уровне когерентности биопотнециалов затылочных областей в состоянии спокойного бодрствования с открытыми и закрытыми глазами. Учитывая значение теменных и затылочных областей в зрительном восприятии, предполагается, что это отражает активный характер поиска значимых стимулов, более выраженное включение исследовательского компонента при ориентации во внешней среде у школьников с высоким уровнем интеллектуального развития.
Все эти результаты свидетельствуют, что подростки с низким уровнем интеллектуального развития отличаются менее высоким уровнем активированности мозга и низкой лабильностью нервных процессов. Более высокие фоновые значения функции когерентности биопотенциалов в частотной полосе альфа–ритма свидетельствуют о снижении функциональной активности неокортикальных регионов.
Бодунов М. В. установил связь между индивидуальным темпом умственных действий и типом спектра когерентности ЭЭГ: быстрый темп связан с гибким, мобильным типом, тогда как медленный темп – с жестким, или консервативным спектром когерентности ЭЭГ.
Коррелятивность выраженности альфа–частот и интеллектуального развития полностью подтверждаются последними данными. У подростков с низким уровнем интеллектуального развития в ЭЭГ больше выражены альфа–частоты, выше уровень когерентности биопотенциалов в этой частотной полосе. В ЭЭГ подростков с высоким уровнем интеллектуального развития отмечается более высокая представленность колебаний бета–диапазона и большая выраженность реакции десинхронизации при открывании глаз.
Таким образом, что касается онтогенетической динамики электроэнцефалографических показателей, которая интересует нас в первую очередь, то все полученные результаты однозначно свидетельствуют о том, что функционально мозг достигает пика зрелости к 20–25 годам, после чего его функциональные и энергетические возможности начинают неуклонно уменьшаться.