CC BY
184
УВЕЛИЧЕНИЕ МОЩНОСТИ ЭЭГ В АЛЬФА-ПОЛОСЕ У ДЕТЕЙ С НАРУШЕНИЯМИ ВНИМАНИЯ КАК ПРИЗНАК НЕСООТВЕТСТВИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ВОЗРАСТНОЙ НОРМЕ
И.С.Никишена*, Е.А.Яковенко, С.Ю.Сурушкина, Л.С.Чутко, ЮД.Кропотов, ВА.Пономарев Институт мозга человека Российской Академии Наук Санкт-Петербург, Россия, nikishena@mail.ru
В исследовании, включающем запись и анализ спектров мощности ЭЭГ и курс биологической обратной связи, направленной на увеличение мощности сигнала в бета1-полосе ЭЭГ (ЭЭГ-БОС), приняли участие 39 детей с синдром дефицита внимания с гиперактивностью (СДВГ). У детей с СДВГ после курса ЭЭГ-БОС зарегистрировано снижение мощности ЭЭГ в альфа-диапазоне в центральных и теменных отделах, а также уменьшение количества ложных тревог и снижение времени реакции в стандартном тесте ТОУА.Проведено сравнение спектров мощности ЭЭГ 39 детей с СДВГ до курса ЭЭГ -БОС и спектров мощности нормативной базы данных (178 человек). Получены статистически достоверно большие значения мощности в альфа-диапазоне у детей нарушениями внимания до курса ЭЭГ-БОС по сравнению с их сверстниками без неврологической патологии.В статье дискутируется значение найденных различий в альфа-диапазоне, предлагается использовать полученные данные при проведении БОС-тренинга у детей с СДВГ.
Ключевые слова: детский возраст, нарушения внимания,. ЭЭГ.
Increase of eeg power in alpha band in children with attention disorders as a sign of noncorresponding functional state to the norm. The research was carried out on 39 children with ADHD and included the recording and the analysis of EEG power spectrum and the biological feedback (BF), aimed at the rise of EEG betai-band power (EEG-BF). Children with ADHD after the course of EEG-BF demonstrated the decrease in power of EEG alpha band in central and parietal zones and also a decreased number of false alarms and less reaction time in standard TOVA test. The comparison of EEG power spectrum of 39 children with ADHD up to the EEG-BF and the power spectrum in norm (178 people) was carried out. We received statistically sigificant power differences in alpha band in children with attention disorder in comparison with their peers without any neurological pathology. The importance of found differences in alpha band is discussed in this paper. It is suggested to use the received data in FB training of children with ADHD.
Key words: children, ADHD, EEG
За последнее десятиление ХХ в. и за первое десятилетие XXI в. проведено и опубликовано значительное количество исследований, посвященных анализу электрической активности головного мозга детей с синдром дефицита внимания с гиперактивностью (СДВГ) [Горбачевская и др., 1996; Кропотов и др. 2005, Чутко и др., 2004, Яковенко и др. ,2003, Mann et al.,1992; Janzen et al.,1995; Lubar et al., 1995; Suffin & Emory, 1995;Chabot & Serfontain, 1996, а также многие другие]. В электроэнцефалограмме (ЭЭГ) большинства гиперактивных детей по сравнению с детьми без признаков нарушения внимания отмечено уменьшение спектральной мощности высокочастотных колебаний (15—25 Гц) в лобных и задних отделах и увеличение мощности альфа- (8—12 Гц) и тета-колебаний (4—7 Гц), чаще встречающееся в центральных областях, чем в остальных отделах. Именно поэтому одним из распространенных методов немедикаментозной коррекции невнимательности является метод биологической обратной связи по параметрам ЭЭГ (ЭЭГ-БОС, БОС-тренинг). БОС-тренинг при СДВГ обычно направлен на увеличение быстрой активности в бета1-диапазоне (13—21 Гц) и (или) подавление тета-активности (4—7 Гц) [Lubar, 1995, Кропотов, 2001].
Целью данного исследования было выявление различий между спектрами мощности ЭЭГ детей с СДВГ до и после курса биологической обратной связи, сравнение спектров мощности ЭЭГ здоровых испытуемых и детей с СДВГ.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В исследовании анализировалась ЭЭГ двух групп испытуемых: 1) 39 пациента с СДВГ; 2) 178 детей без неврологической патологии. Возраст в каждой группе детей колебался от 7 до
Контакты: * Никишена И.С. E-mail: nikishena@mail.ru
— 18 —
14 лет. Все участники не принимали никаких фармакологических препаратов на момент исследования. Диагностика была проведена неврологами Института мозга человека РАН в соответствии с критериями МКБ-10 и DSM IV.
У 39 детей с СДВГ, участвовавших в исследовании, был проведен тест на внимание TOVA [Greenberg., Waldman, 1993] как показатель контроля внимания и импульсивности до и после курса ЭЭГ-БОС. Суть теста заключается в предъявлении испытуемому зрительных стимулов ^о-стимулов, требующих ответной реакции, и NoGo-стимулов, не требующих ответной реакции). Тест дает возможность оценить состояние внимания по отношению к нормативным данным. Данные сравнивались до и после курса БОС с помощью непараметрического знакового критерия Фишера в состояниях до и после курса биологической обратной связи.
Регистрация ЭЭГ производилась на 21-канальном энцефалографе Мицар-201 с 19 отведений (ООО «Мицар», СПб) при условии «глаза закрыты» (как минимум 3 минуты). Абсолютная мощность ЭЭГ рассчитывалась и сравнивалась между двумя группами испытуемых в тета-(4—8 Гц), альфа1- (8—12 Гц), альфа2-(12—15Гц), бета1-(15—18 Гц), бета2-диапазонах (18—25 Гц). Применялся дисперсионный анализ для повторных измерений (ANOVA).
Сеанс тренинга проводился по протоколу, разработанному в лаборатории нейробиологии программирования действий Института мозга человека РАН (Гринь-Яценко, 2001a,b; Никише-на, 2004). Суть протокола заключалась в повышении относительной мощности бета1-активно-сти (15—18 Гц) левого полушария. Электроды для проведения бета1-сеанса БОС размещались над лобной (Fz) и сенсомоторной зоной (Сз) левого полушария при биполярном монтаже. Относительная мощность бета1-ритма рассчитывалась как отношение абсолютной мощности бета1-ритма к сумме абсолютных мощностей тета -, альфа-, СМР и бета2-ритмов. Курс БОС включал 20 сеансов.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Исследование состояло из трех этапов.
На первом этапе 39 детям был поставлен диагноз СДВГ, диагностическое обследование включало запись 19-канальной ЭЭГ и тест ТОVA. Все дети прошли курс ЭЭГ-БОС, направленный на увеличение относительной мощности сигнала ЭЭГ в диапазоне бета1-ритма. После чего была сделана повторная запись 19-канальной ЭЭГ и тест ТОVA.
Анализ данных теста ТОVA дал следующие результаты. Количество ложных тревог на предъявление NoGo-стимула значимо уменьшилось после курса ЭЭГ-БОС в обеих половинах теста (Z=2.69, р<0.01 для первой и Z=4.31, р<0.01 для второй частей теста). Время реакции уменьшилось в первой половине теста (Z=2.78, р<0.01), стандартное отклонение времени реакции также уменьшилась в первой половине теста (Z=2.69, р<0.01) у всех 39 детей. Количество правильных ответов на предъявление GO-стимула в обеих половинах теста статистически значимо не изменялось.
снижение
Рис. 1. Изменение величины средних нормированных спектров мощности ЭЭГ в центральных, теменных и затылочных отведениях (Сз, Сг, С4, Рз, Рг, Р4, Оі, О2) при условии записи «глаза закрыты» после курса БОС у 39 детей с СДВГ.
По оси абсцисс - частота, Гц, по оси ординат - значение мощности, %. Серым цветом и стрелками выделено снижение мощности ЭЭГ в альфа-полосе после курса БОС.
-19-
Курс ЭЭГ-БОС привел к снижению мощности колебаний альфа1-диапазона ЭЭГ в центральных, теменных и затылочных отведениях (р <0.01) — Сз, Cz, С4 Рз, Pz, Р4, О1, 02 (рис. 1), также произошло увеличение мощности ЭЭГ в диапазоне бета1-ритма в лобных отведениях — Fpl, Fp2, F7, Fз, Fz, F4.
На втором этапе был проведен набор нормативной базы данных — 178 детей без неврологической патологии (проф., д.б.н. Кропотов Ю.Д.).
На третьем этапе мы сравнили спектры мощности ЭЭГ до лечения, полученные на первом этапе исследований, со спектрами мощности ЭЭГ нормативной базы в состоянии «глаза закрыты» (соответствующего возраста) (рис. 2). Статистический анализ данных показал, что значения мощности ЭЭГ в полосе альфа1-ритма статистически достоверно ниже у здоровых детей по сравнению с детьми с СДВГ (до лечения) в центральных и теменных отведения — Тз, Сз, Cz, С4, Т4, Т5, Рз, Pz, Р4,Т6 (р<0.01) .
Анализ фоновой ЭЭГ широко применяется в клинической практике, а появившаяся в последние два-три десятилетия возможность анализа количественных характеристик ЭЭГ существенно расширила возможности данного метода для диагностики и исследования состояния центральной нервной системы (ЦНС). В настоящее время идет поиск стандартизированных показателей ЭЭГ, позволяющих оценить функциональное состояние ЦНС. Анализ спектральных характеристик ЭЭГ является распространенным и общедоступным методом, который позволяет оценить динамику работы больших нейронных популяций и их взаимодействия.
Рисунок 2. Значения мощности ЭЭГ в альфа-диапазоне у детей с СДВГ (непрерывная линия) и детей из нормативной базы данных (пунктирная линия) для 19 электродов. Различия выделены прямоугольником в центральных, теменных и затылочных отведениях (Тз, Сз, Сг, С4, Т4, Т5, Рз, Рг, Р4, Тб) при условии записи «глаза закрыты».
По оси абсцисс - название электрода, по оси ординат - значение мощности, мкВ.
В правом верхнем углу - схема расположения электродов, прямоугольником выделены электроды, для которых бьли получены различия между группами по мощности в альфа-диапазоне.
БОС-тренинг, направленный на увеличение мощности сигнала ЭЭГ в диапазоне бета1-рит-ма и/или снижение в диапазоне тета-волн, является самым распространенным в работе с детьми с СДВГ. Мы применяли собственную модификацию этого тренинга для коррекции внимания у детей (Гринь-Яценко, 2001а,Ь; Никишена, 2004). Кроме ожидаемых изменений в бета1-диапазоне, нами было получено снижение мощности в альфа-диапазоне ЭЭГ после курса БОС. Впоследствии у нас появилась возможность сравнить ЭЭГ указанной группы детей с нормативной базой данных. Результаты этого сравнения показали, что изначально у детей с СДВГ в состоянии спокойного бодрствования значения в альфа-диапазоне частот были выше, чем у контрольной группы.
Наши данные хорошо согласуются с результатами Шабо и Серфонтейна (СЬаЬо^ Serfon-tain, 1996), которые сообщают об увеличении альфа-ритма в задних отделах и по средней линии у гиперактивных детей. Эти авторы придерживаются гипотезы происхождения альфа-ритма в результате корково-корковых взаимодействий с таламическим водителем альфа-ритма.
Физиологическое значение альфа-диапазона частот широко дискутируется с момента первой регистрации ЭЭГ. В рамках данной статьи мы не имеем возможности детально остановить-
-20-
ся на этом вопросе. Скажем только, что большинство исследователей придерживается точки зрения, что на изменения в альфа-диапазоне оказывают влияние неспецифические факторы, к которым относят внимание, уровень бодрствования, эмоции. Причем, в ситуации увеличения внимания происходит подавление альфа-ритма в тех участках коры, которые должны участвовать в осуществлении определенной деятельности [Pollen, Trachtenberg, 1972].
Современные теории предполагают, что альфа ритм является результатом внутрикорти-кальных взаимодействий, опосредованных таламическим водителем ритма, и, продолжая эту мысль, некоторые исследователи утверждают, что тета-ритм является результатом замедления альфа-ритма или влияния гипокампального-септального пейсмейкера [Steriade et al., 1990].
В соответствии с функциональным значением альфа-ритма, снижение мощности альфа-ритма в центрально-затылочных областях в состоянии спокойного бодрствования с закрытыми глазами может говорить о положительном эффекте ЭЭГ-БОС, направленного на увеличение относительной мощности сигнала ЭЭГ в диапазоне бета1-ритма, использованного нами для активизации процессов внимания у детей с СДВГ. Положительный эффект ЭЭГ-БОС подтверждают показатели теста TOVA, такие как уменьшение количества ложных тревог на предъявление NoGo-стимула, уменьшение времени реакции.
Таким образом, эффективным тренингом при нарушении внимания можно считать тренинг, направленный не только на увеличение мощности сигнала ЭЭГ в бета1-полосе в лобных отделах (наиболее часто применяемый метод БОС при СДВГ), но и на снижение сигнала в альфа1-полосе в теменных или центральных отделах. Снижение мощности в альфа-диапазоне ЭЭГ у детей с СДВГ, по-видимому, отражает процессы нормализации функционального состояния глубинных регуляторных структур мозга. Снижение мощности электрической активности в альфа-диапазоне может свидетельствовать о повышении общего уровня активации коры, и как следствие этого, может приводить к улучшению выполнения заданий, в нашем случае, направленных на улучшение внимания.
Для оценки эффективности коррекции внимания методом БОС, исходя из наших данных, можно порекомендовать использовать изменение мощности в альфа-диапазоне, а именно, снижение мощности альфа-ритма в центральных и затылочных отделах. В среднем по группе снижение мощности происходит в теменных и затылочных отделах на 1—3 %. Однако, следует сравнивать значение мощности не со среднегрупповым, а индивидуально, со значением для каждого испытуемого до курса коррекции.
Мы провели сравнение спектров мощности ЭЭГ у детей с синдром дефицита внимания с гиперактивностью (СДВГ) до и после курса ЭЭГ-биологической обратной связи (ЭЭГ-БОС). После курса БОС мощность в бета-диапазоне ЭЭГ увеличилась в лобных отделах, мощности ЭЭГ в альфа-диапазоне снизалась в центральных и теменных отделах. При последующем сравнении ЭЭГ здоровых детей и детей с СДВГ мы выявили увеличение мощности в альфа-диапазоне у детей нарушениями внимания. Таким образом, эффективным тренингом при нарушении внимания можно считать тренинг, направленный не только на увеличение мощности сигнала ЭЭГ в бета1-полосе в лобных отделах (наиболее часто применяемый метод БОС при СДВГ), но и на снижение сигнала в альфа1-полосе в теменных или центральных отделах
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Greenberg L.M., Waldman I.D. Developmental normative data on the Test of Variables of Attention (T.O.V.A.)// Journal of Child Psychology and Psychiatry. 1993. Vol. 34. — P.1019—1030.
2. Janzen T., Graap K., Stephanson S. et al. Differences in Baseline EEG Measures for ADD and Normally Achieving Preadolescent Males // Biofeedback and Self-Regulation.1995. V. 20(1). P. 65-Lubar et al., 1995;
3. Lubar J.F., Swartwood M. O., Swartwood J. N., Timmermann D. L.. Quantitative EEG and Auditory Event-Related Potentials in the Evaluation of Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder: Effects of Methylphenidate and Implications for Neurofeedback Training. Journal of Psychoeducatio-nal Assessment, ADHD Special, 1995b, 143—160.
4. Mann C.A., Lubar J.F., Zimmerman A.W., Miller C.A., Muenchen R.A. Quantitative analysis of EEG in boys with attention-deficit-hyperactivity disorder: Controlled study with clinical implications// Pediatric Neurology. 1992. V.8. P 30.
5. Pollen D.A., Trachtenberg M.C. Some problems of occipital alpha block in man // Brain Research. 1972. V. 41, N 2. P. 303.
6. Chabot R.J., Serfontain G. Quantitative electroencephalographic profiles of children with attention deficit disorder. Biol Psychiatry. 1996. V.40(10). P. 951.
— 21 —
7. Steriade M. , Gloor P., Linas RR., Loper da Silva F., Mesulam MM. Report off the IFCN committee on basic mechanisms/ EEG Clin. Neurophysiol. 1990. 76. p. 481—508
8. Suffin S.C., Emory W.H. Neurometric subgroups in attentional and effective disorders and their assotiation with pharmacotherapeutic outcome // Clin Electroencephalogr. 1995. V. 26(2). P.76.
9. Горбачевская Н.Л., Заваденко Н.Н., Якупова Л.П., Сорокин А.Б., Суворинова Н.Ю., Григорьева Н.В., Соколова Т.В. Электрофизиологическое исследование детской гиперактивности.// Физиология человека. 1996.№ 5, С.49
10. Гринь-Яценко В.А. Нейрофизиологические корреляты селекции действий при ЭЭГ-биоуправлении у детей с нарушениями внимания. Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук.СПб.2001a.
11. Гринь-Яценко В.А., Кропотов Ю.Д., Пономарев В.А., Чутко Л.С., Яковенко Е.А. Влияние биологической обратной связи по соматосенсорному и бета1-ритму ЭЭГ на параметры внимания// Физиология человека.2001 b, Т 27, № 3, С 152
12. Кропотов Ю.Д., Пономарев В.А., Гринь-Яценко В.А. Метод ЭЭГ-биоуправления в лечении синдрома дефицита внимания и гиперактивности у детей// Физиология человека.2001, Т 27, № 3, С 5
13. Никишена И.С., Пономарев В.А., Гринь-Яценко В.А., Кропотов Ю.Д. Топография изменений спектральной мощности ЭЭГ в ходе сеанса биологической обратной связи по БЕТА-ритму. Физиология человека, 2004, Т. 30, № 3, С. 13—18.
14. Яковенко Е.А., Кропотов Ю.Д., Чутко Л.С., Пономарев В.А., Евдокимов С.А.Электрофи-зиологические корреляты нарушений внимания у подростков 12—13 лет// Физиология человека .2003. Т. 29. № 6. С. 1—6
15. Чутко Л.С., Пальчик А.Б., Кропотов Ю.Д. Синдром нарушения внимания с гиперактивностью у детей и подростков. — СПб.: Издательский дом СПбМАПО, 2004
-Q-
