УДК 612.821.8

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ СВЯЗЕЙ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ГОЛОВНОГО МОЗГА ДЕТЕЙ С СЕНСОРНОЙ ДЕПРИВАЦИЕЙ В СРАВНЕНИИ СО ЗДОРОВЫМИ СВЕРСТНИКАМИ

В. А. ЖЕРЕБЦОВА^*, А. Ф. ИНДЮХИН^*

1. Введение

Выключение потока слуховой афферентации, в отличие от зрительной, не вызывает существенных изменений электрической активности коры [1]. Сохранение пространственной организации биопотенциалов и в некоторых случаях даже гиперсинхронизация альфа-ритма у слабослышащих [5, 6] побуждает исследователя к поиску новых методов анализа скрытых от невооруженного глаза связей и закономерностей организации ЭЭГ[3]. Целью настоящего исследования было сравнение результатов обработки ЭЭГ-локусов эквивалентных источников основных ритмов и функций когерентности между парами монополярных отведений в стандартных диапазонах частот у дошкольников-акупатов и нормально слышащих детей методами факторного анализа.

2. Методы исследования

Объект исследования - дошкольники в возрасте от 5-и до 7-и лет с патологией и без патологии слуха. В исследованиях приняли участие 26 детей с нарушениями слуха, контрольная группа состояла из 20 нормально слышащих сверстников. Электроэнцефалографические исследования проводились с использованием компьютерной диагностической системы LНейро-картограф¦, разработанной фирмой МБН (Москва). ЭЭГ-сигналы обрабатывались программами LNeuroKartograph¦ (редактирова-ние, деление на эпохи, расчет функций когерентности) и LBrainLoc¦ (локализация координат точки приложения вектора диполя - эквивалентного источника, который в данный момент времени с определенной доверительной вероятностью обеспечивает по всем отведениям ЭЭГ-потенциал, совпадающий с зарегистрированным).

Регистрация осуществлялась в затемненном помещении. В качестве активных электродов использовались расположенные на скальпе угольные электроды по международной системе L10-20¦: Fp1, Fp2, F3, F4, C3, C4, P3, P4, O1,O2, F7, F8, T3, T4, T5, T6. Референтным электродом являлось правое (А2), либо левое (А1) ухо. Запись фоновых ЭЭГ продолжалась 90 секунд, частота дискретизации составляла 100 Гц. Первичные записи ЭЭГ обрабатывались программой BL с целью выявления отличий в формировании основных ритмов. Для анализа функций когерентности были выбраны 18 пар отведений: 8 пар межполушарных (О1-О2, Т5-Т6, Т3-Т4, P3-P4, С3-С4, F3-F4, F7-F8, Fp1-Fp2) и 10 пар внутриполушарных (О1-С3, О1-Т3, Т3-С3, Т3-Fp1, C3-Fp1, О2-С4, О2-Т4,Т4-С4, Т4-Fp2, C4-Fp2). После удаления артефактов запись разбивалась на эпохи анализа по 3 секунды, в обработке участвовало от 15 до 25 эпох. Для пяти частотных диапазонов (дельта - 0-4 Гц, тэта-1 - 4-6 Гц, тэта-2 - 6-8 Гц, альфа - 8-13 Гц и бета-1 - 13-20 Гц) определено среднее значение когерентности. Полученные данные подвергнуты статистической обработке, определены математические ожидания, С.К.О, стандартная ошибка и оценена достоверность отличий по критерию Стьюдента. Уровни когерентности исследовались методами факторного анализа. Анализ включал в себя построение корреляционной матрицы, определение собственных значений общих факторов и доли дисперсии, объясняемой каждым из них, определение факторных нагрузок [2].

3. Результаты исследования

Для уровня значимости 0,05 по всем парам отведений, кроме пар С4-Fp2, Fp1-Fp2, T3-Fp1 для функций когерентности во всех частотных диапазонах, были получены достоверные отличия по уровням когерентности между детьми-акупатами и их здоровыми сверстниками, причем особенно существенным они были по парам отведений О1-С3, О1-Т3, С3-Т3, О2-С4, О2-Т4, С3-С4, Т5-Т6, О1-О2, то есть затрагивающим затылочные, средне- и задневисочные и центральные отделы коры головного мозга, причем в большей мере в левом полушарии. Средние уровни когерентности в стандартных диапазонах приведены на диаграммах рис. 1-5, на которых уровни когерентности соответствующих пар отведений отложены в виде определенной длины лучей, концы которых соединены линиями.

Результаты исследования координат диполей, генерирующих ритмы тэта-2 и альфа, у двух пациенток: слабослышащей девочки и ее отологически нормальной сверстницы (возраст - 7 лет) - представлены на рис. 6. Более высокий уровень когерентности между парами отведений у второй пациентки выражается также более широкой диффузией координат диполей по объему головного мозга.

Рис. 6. Трехмерная локализация эквивалентных источников для альфа (А) и тэта-2 (Б) диапазонов у девочки-акупатки (I) 7 лет и ее нормально слышащей сверстницы (II)Матрицы коэффициентов взаимной корреляции между уровнями когерентности 18 пар отведений, построенные отдельно для детей-акупатов и их здоровых сверстников, послужили исходным материалом факторного анализа. С использованием аналитического пакета LСтатистика¦ проведен анализ факторной структуры для диапазонов тэта-2 и альфа.

Собственные значения факторов приведены на рис. 7. В анализе участвовали факторы с собственными значениями не менее 1,0, из полной структуры выделены шесть общих факторов (в диапазоне альфа у здоровых детей только пять). Значительные отличия в величинах факторов в диапазоне альфа не исчерпывали разницу между здоровыми детьми и акупатами, поскольку факторные нагрузки в обоих частотных диапазонах также были существенно разными, что видно из рис. 8-9. На рисунках приведены факторные нагрузки с уровнем свыше 0,5, причем сплошной линией показаны положительные, а штриховой - отрицательные. В таблице приведены процентные доли общей дисперсии функций когерентности, вносимые выявленными факторами в диапазонах тэта-2 и альфа для контрольной и экспериментальной групп.

Таблица

Процентные доли полной дисперсии, объясняемые выявленными факторами

Номер факто-ра	Диапазон тэта-2, экспе-риментальная группа	Диапазон тэта-2, контрольная группа	Диапазон альфа, экспе-риментальная группа	Диапазон альфа, контроль-ная группа
1	25,42	24,17	30,37	28,58
2	15,59	20,07	13,36	18,95
3	13,13	15,97	11,84	18,12
4	10,69	10,34	10,59	9,98
5	7,76	8,51	8,63	7,66
6	6,02	5,78	7,22
Итого	78,61	84,84	82,01	83,29

Величина фактора

Номер фактора

Рис. 7. Собственные значения общих факторов, определяющих уровни когерентности ЭЭГ в диапазонах альфа и тэта-2 экспериментальной (дети-акупаты) и контрольной (дети без патологии слуха) группах:

А - диапазон альфа, экспериментальная группа;

Б - диапазон альфа, контрольная группа;

В - диапазон тэта-2, экспериментальная группа;

Г - диапазон тэта-2, контрольная группа

4. Анализ результатов

Сравнительный анализ функций когерентности для 18 пар монополярных отведений по группам детей-акупатов и их здоровых сверстников выявил следующие соотношения.

В диапазоне дельта максимумы среднего значения когерентности получены на уровне 0,65 - для межполушарных пар Т3-Т4, Р3-Р4, О1-О2, на уровне 0,6 - для внутриполушарных пар Т3-Fp1, C4-Fp2. Минимумы значений когерентности (на уровне 0,15-0,25) получены для межполушарных пар Т5-Т6, F7-F8, С3-С4 и внутриполушарных пар С3-Fp1, O2-T4. Максимумы когерентности принадлежат группе здоровых детей, минимумы - группе акупатов. Для внутриполушарных пар максимумы когерентности здоровых и акупатов близки, для межполушарных пар у акупатов значения когерентности в точках максимума ниже на 0,1-0,2.

Рис. 8. Факторные нагрузки уровней когерентности фоновой ЭЭГ контрольной группы (здоровые дети) (А) и экспериментальной группы (дети-акупаты) (Б) в диапазоне тэта-2

Рис.9. Факторные нагрузки уровней когерентности фоновой ЭЭГ контрольной группы (здоровые дети) (А) и экспериментальной группы (дети-акупаты) (Б) в диапазоне альфаПолученные данные о максимумах уровней когерентности у здоровых детей согласуются с отмеченными ранее возрастными особенностями [4].

В диапазоне тэта-1 закономерности те же, только уровень максимума когерентности для межполушарных пар ниже - на уровне 0,6. Для группы здоровых детей характерно появление максимума в парах F3-F4 и С4-Т4, в то время как у акупатов более характерен подъем в паре Fp1-Fp2.

В диапазоне тэта-2 максимумы и минимумы когерентности сохраняют такую же локализацию, как и в диапазоне тэта-1, с незначительным уменьшением величины максимумов. Для акупатов характерно снижение уровня когерентности в парах С4-Т4 и О1-О2.

В диапазоне альфа уровень когерентности по всем парам отведений несколько ниже, чем в диапазоне тэта-2, причем в большей мере это справедливо для здоровых детей.

В диапазоне бета-1 уровни когерентности незначительно отличаются от диапазона альфа.

В целом по рассмотренным диапазонам пределы изменений и максимумы уровней когерентности были близки. Различия между рассмотренными группами проявлялись единообразно, с вариациями только в числовых значениях. Наиболее выраженные отличия характерны для диапазонов тэта-2 и альфа, а в парах отведений О1-О2, T4-Fp2 и C4-Fp2 отмечается появление локальных максимумов, несовпадающих у акупатов и здоровых детей.

Локализация эквивалентных источников альфа- и тэта-ритмов у здоровых детей и акупатов по программе LBrainLoc¦ показала, что распределение диполей у здоровых детей более диффузно в направлении от inion к nasion, а у акупатов диполи группируются преимущественно вблизи срединных структур мозга. Это согласуется с более высоким значением уровня когерентности у здоровых детей как по внутриполушарным, так и межполушарным парам отведений.

Факторный анализ уровней когерентности в диапазоне тэта-2 и альфа, проведенный по группе детей-акупатов и их здоровых сверстников, показал, что существуют отличия как по числу значимых общих факторов (в диапазоне альфа n = 5 у здоровых и n = 6 у акупатов), так и по величине факторных нагрузок.

Характер факторных нагрузок в диапазоне тэта-2 по основному (первому) фактору говорит о большем уровне согласованности связей в левом полушарии детей-акупатов, возрастании роли лобных, центральных и париетальных межполушарных связей, в то время как задневисочные и окципитальные связи ослаблены и подчиняются действию менее значимых факторов.

В альфа-диапазоне эта тенденция к асимметрии выражена еще более ярко: в левом полушарии внутриполушарных связей у акупатов больше (5 против 3 у здоровых), появляется кольцевая связь О1-Т3-Fp1-Fp2-T4-С4 c инверсией знака нагрузки при переходе в правое полушарие, в то время как отсутствуют межполушарные связи С3-С4 и Т3-Т4. Межполушарная связь Т5-Т6 у акупатов находится под влиянием двух (первого и второго) факторов, у здоровых в аналогичном положении (действуют первый и третий факторы, но с разными знаками нагрузок) находится межполушарная пара Т3-Т4.

В настоящее время не представляется возможным что-либо сказать о глубинных причинах наблюдаемой картины. Однако несомненно то, что факторный анализ уровней когерентности выявил вполне определенные закономерности, которые могут стать предметом дальнейших исследований и анализа.

5. Выводы

Уровень когерентности фоновой ЭЭГ по рассмотренным парам монополярных отведений во всех частотных диапазонах достоверно ниже у детей-акупатов по сравнению с их нормально слышащими сверстниками.
Локализация эквивалентных источников биопотенциалов в диапазоне тэта-2 и альфа подтверждает снижение когерентности у детей-акупатов более плотным расположением координат диполей в мозговых структурах.
Факторный анализ уровней когерентности у детей-акупатов и их здоровых сверстников выявил различия в факторной структуре в сравниваемых группах. У акупатов действует большее число факторов, нагрузки которых имеют разную внутри- и межполушарную топографию.
Факторные нагрузки общих факторов у детей-акупатов выявляют тенденцию к углублению левополушарных связей и возникновению дополнительных межполушарных связей в центральных и париетальных областях при ослаблении окципитальных.

Литература

Благосклонова Н.К., Новикова Л.А. Детская клиническая электроэнцефалография.- М.: Медицина, 1994.
Иберла К. Факторный анализ.- М.: Статистика, 1980.
Князева М.Г., Фарбер Д.А. Пространственная структура внутри- и межполушарных связей: факторный анализ ЭЭГ покоя // Физиология человека.- 1996.- Т.22, ¦5.- С.37.
Маляренко Т.Н., Маляренко Ю.Е., Кураев Г.А., Маляренко Г.Ю. Активация созревания мозга у детей с помощью пролонгированного сенсорного притока.- Тамбов, 1994.
Новикова Л.А., Рыбалко Н.В. Нейросенсорные нарушения слуха у детей (электрофизиологическое исследование).- М.: Педагогика, 1987.
Новикова Л.А. Влияние нарушений зрения и слуха на функциональное состояние мозга.- М.: Просвещение, 1985.

A SPATIAL ORGANIZATION OF BONDS OF A BIOELECTRIC BRAIN ACTIVITY IN CHILDREN WITH SENSORY DEPRIVATION IN COMPERISON WITH HEALTHY CHILDREN OF THEIR AGE

V. A. ZHEREBTSOVA, A. F. INDYUKHIN

Summary

In children with sensory deprivation numerous factors act, and these factors' loadings have different intra- and inter-hemispheric topology. The loadings of common factors show a trend to extending of left-hemispheric bonds into central and parietal zones while occipital bonds relax.

Индюхин Алексей Федорович, 1952 года рождения. В 1976 году закончил факультет САУ Тульского политехнического института. Работал в Конструкторском бюро приборостроения инженером по динамике систем управления. Участвовал в разработке образцов новой техники, имеет публикации в отраслевых научно-технических сборниках и 5 а.с. на изобретения. В настоящее время - заместитель директора Научно-практического центра клинической нейрофизиологии и нейрореабилитации по технике. Сфера научных интересов - обработка сигналов, математическое моделирование, статистические методы.