Определение риска дезадаптации по электроэнцефалограмме для предупреждения психического перенапряжения

Активная деятельность организма невозможна без определенной степени функционального напряжения (ФН). Состояние ФН — это первичная оперативная реакция организма, характеризующаяся мобилизацией функциональных резервов организма, повышением уровня функционирования его систем. Оптимальный уровень ФН должен соответствовать уровню активности, необходимому для достижения оптимального результата. Перенапряжение и повышенная тревожность, которые зачастую сопровождают современные виды деятельности, создают риски возникновения психофизических нарушений и заболеваний в организме. Например, недостаточно исследованное социальное тревожное расстройство приводит к когнитивному дефициту и снижению качества жизни [1].

В функциональной диагностике электрофизиологические процессы мозга постоянно находятся под пристальным вниманием исследователей, особенно такой процесс, как синхронизация биотоков мозга.

Синхронизация на частоте альфа-ритма рассматривается авторами как важный механизм самоорганизации [2] и пластичности нейродинамических процессов [3, 4]. Показано, что характеристики паттернов синхронизации имеют индивидуальный характер, уникальный для каждого человека. Например, более длительные альфа-веретена свидетельствуют о большей эмоциональной устойчивости и уравновешенности индивидов [5, 6].

В настоящее время не существует четких критериев альфа-ритмов паттернов синхронизации (частота, амплитуда, индекс и др.) для разных функциональных состояний. Так, при высоких показателях ФН и тревожности выявлено как увеличение индекса [7], так и уменьшение [8]. Необходимы дальнейшее подробное изучение развития ФН различного уровня, поиск индивидуальных прогностических критериев вероятности дезадаптации [1, 6].

Для профилактики заболеваний и коррекции нарушений в организме, вызванных состоянием дезадаптации, существует также необходимость детального исследования технологий коррекции ФН.

Цель исследования — выявление критериев синхронизации на электроэнцефалограмме лиц с ПТСР с высокой степенью психического напряжения и дезадаптацией.

Обследовали мужчин 23—38 лет: группа Т, 14 человек, проходящих курс реабилитации (3 нед) в медицинском центре по поводу посттравматического стрессового расстройства (ПТСР), и группа Р, 15 здоровых испытуемых, регулярно в течение 6 мес занимающихся по системе психофизической саморегуляции [9]. Участники группы Р ежедневно выполняли в течение 10—15 мин релаксационные упражнения при помощи концентрации внимания. В программу реабилитации участников группы Т включали 4 раза в неделю занятия релаксационными упражнениями. Дезадаптация у испытуемых группы Т выражалась нарушением сна, периодическими ночными кошмарами, раздражительностью, снижением работоспособности и утомляемостью, повышенной тревожностью, паническими атаками.

Исследование проводилось на основе добровольного информированного согласия участников и в соответствии с Хельсинкской декларацией 1989 г., было согласовано с локальным Этическим комитетом.

Применяли многоканальную регистрацию электроэнцефалограммы (ЭЭГ) с 16 чашечных электродов в соответствии с системой 10—20. Условия обследования: двигательный и эмоциональный покой (фоновая регистрация ЭЭГ — ФР), закрывание глаз (ЗГ), умственное задание (УЗ) на мысленное вычитание из 200 поочередно цифр 5 и 2 за 100 с, а также выполнение релаксационных психофизических упражнений с концентрацией внимания на воображаемых картинах природы. Частота квантования ЭЭГ составляла 250 Гц. Компьютерный анализ включал спектральные, периодометрические, когерентные и корреляционные методы математического анализа.

С помощью программного обеспечения Нейрон-спектр.NET анализировали не менее 20 эпох продолжительностью по 2,5 с. Шаг по частоте составлял 0,25 Гц. Спектральный анализ проводили в следующих частотных диапазонах ЭЭГ: θ-диапазон (4—8 Гц); α-диапазон (8—13 Гц); низкочастотный β-диапазон, или β₁ (13—20 Гц); высокочастотный β-диапазон, или β₂ (20—35 Гц). Вычисляли спектральную мощность ритмов в мкВ²/с; доминирующую частоту ритма в Гц; индекс ритма в % для каждого из указанных диапазонов частот.

Подвергали анализу участки ЭЭГ, в которых наблюдали синхронизацию на одной доминирующей частоте α-ритма от 2—3 до почти всех отведений. При этом выделяли паттерн (рис. 1) синхронизации между группой отведений коры больших полушарий; проводили индивидуальный анализ характера паттернов при разных состояниях испытуемых. Учитывали такие критерии синхронизации, как периодичность (по средней продолжительности интервала между паттернами в 1 с); среднюю частоту α-ритма в паттерне (в Гц) и ее изменчивость во времени (цикличность); индекс α-ритма в паттерне в %. При анализе процессов синхронизации отмечали показатели асимметрии биоэлектрических процессов коры.

Рис. 1. Анализ сегментной структуры альфа-активности.

A — средняя амплитуда веретена; T — длительность веретена; S — крутизна межсегментного перехода; CV — коэффициент вариабельности амплитуды в сегменте.

Анализ сегментной структуры α-активности (структуры α-веретен) проводился согласно методике, разработанной А.Я. Капланом и соавт. [10]. Процедура сегментации заключалась в автоматической детекции квазистационарных периодов с последующим вычислением собственно сегментных характеристик анализируемой записи ЭЭГ, амплитудный порог устанавливался до 70 мкА (рис. 1).

Для оценки психоэмоционального состояния применяли тест для самооценки уровня личностной и актуальной тревожности [11].

Для статистического параметрического анализа использовали программу IBM SPSS Statistics 22. Статистическую обработку проводили по Г.Ф. Лакину [12]: вычисляли среднюю арифметическую и ее ошибку, среднее квадратичное отклонение. Для оценки нормальности распределения всех показателей проводили расчет асимметрии и эксцесса отдельно по каждому обследованному, обеспечивая, таким образом, индивидуальный анализ и интерпретацию полученных значений. Достоверность различий для показателей оценивали по критерию Стьюдента при 5% уровне значимости (p<0,05).

Состояние покоя (ФР). По данным наших исследований [13], относительно локализации паттернов синхронизации в диапазоне α-ритма мы выделяем четыре разных типа такой синхронизации (рис. 2).

Рис. 2. Схемы отведений ЭЭГ в зависимости от типов паттернов синхронизации.

У испытуемых группы реабилитации (Т) наиболее часто встречался тип синхронизации в лобно-центрально-затылочных отведениях ЭЭГ (2-й тип) и реже — 3-й и 4-й типы. Индекс α-ритма в лобно-центрально-височных отведениях, характерный для участников группы Р (1-й тип), в среднем был на 50% больше индекса α-ритма в лобно-центрально-затылочных отведениях, характерных для группы Т.

Важным феноменом синхронизации нейронных ансамблей на одной частоте в α-диапазоне является образование веретен, типичных для α-волн (рис. 3). Веретена α-ритма наиболее часто наблюдаются в затылочных отведениях, они наиболее характерны для фоновой ЭЭГ в покое с закрытыми глазами у большинства испытуемых.

Рис. 3. Веретена альфа-ритма в фоновой записи с закрытыми глазами (Г-ин, 26 лет).

Характеристики веретен α-ритма различаются между группами. Так, в группе Р веретена α-ритма регулярно наблюдались во всех отведениях, с преобладанием в центрально-затылочных (11 человек). В группе Т веретена отмечались в центрально-затылочных отведениях, с преобладанием в затылочных (6 человек).

Наибольшая длина веретена отмечалась в группе Р (от 20 до 40 осцилляций). Средняя длина веретен у испытуемых группы Т была наиболее короткой (до 12 осцилляций). В группе Р, в отличие от группы Т, зачастую у испытуемых отмечалось смещение паттернов синхронизации в сторону левого или правого полушария.

Характерно, что в группе Т лишь у 11 испытуемых в фоновой записи с открытыми глазами (ФР) наблюдался α-ритм, причем с низкими амплитудой (<15 мкВ) и индексом (7—13%). При этом у всех испытуемых отмечалось наличие θ-ритма.

Показатели периодичности паттернов синхронизации (интервалы, или периоды между паттернами) колеблются в среднем от 20 до 40 с; пределы колебаний зависят от функционального состояния и принадлежности испытуемого к исследуемой группе (см. таблицу). В ФР самый длительный период между паттернами выявлен в группе Т.

Таблица 1. Параметры периодичности синхронизации альфа-ритма в группах испытуемых

Примечание. * — достоверные различия между группами (p<0,05).

Показатели психоэмоционального состояния различались между группами. Так, у испытуемых группы Р показатель личностной тревожности составил 54,0±3,1 балла, у испытуемых группы Т — 68,0±4,4 балла (p<0,05).

В пробе с ЗГ у всех испытуемых Т и Р, по сравнению с открытыми глазами (ОГ), периодичность веретен стала выше. В группе Р период паттернов составил 10,0±5,0 с; а в группе Т — 15,0±5,0 с.

В когнитивной пробе. В пробе на вычитание в уме (УЗ) средняя доминирующая частота α-ритма у занимающихся релаксацией (Р) была выше, чем в покое. Низкий показатель частоты α-ритма был в группе проходящих реабилитацию (Т), с вариациями от 9 до 12 Гц (см. табл. 1). Индекс α-ритма в этой пробе в группе Т был в 2 раза ниже, чем в группе Р; доминирующими отведениями являлись центрально-затылочные.

Результаты выполнения пробы УЗ были наиболее высокими в группе Р, меньшую эффективность при большом количестве ошибок показали участники группы Т. При этом у наиболее успешно выполняющих задание испытуемых период возникновения паттернов синхронизации был меньше, составляя 10,0±3,0 с, а индекс α-ритма в лобных отделах в среднем превышал 20%.

Анализ показателей α-ритма и паттернов синхронизации показал, что среди участников группы Р преобладала активность правого полушария преимущественно в лобно-центральных или лобно-височных отведениях, в которых индекс α-ритма был больше, чем в аналогичных отведениях левого полушария на 15—20%.

Релаксация. В группе Р доминирующая частота α-ритма, на которой формируются паттерны синхронизации, составила 8 Гц. При этом показатели частоты α-ритма изменялись в процессе релаксации с высокочастотного спектра (11,0—10,5 Гц) на низкочастотный (7,8—8,6 Гц ).

Характерно, что у всех испытуемых отмечено два пика доминирующей частоты α-ритма (8,2 и 9,8 Гц). У испытуемых группы Р в период релаксации отмечалось повышение доминирующей частоты α-ритма с 8,6±0,4 до 9,8±0,3 Гц относительно фонового состояния покоя. Примечательно, что при релаксации уменьшалась межполушарная асимметрия по доминирующей частоте α-ритма.

Индекс α-ритма чаще доминировал в центральных отведениях полушарий, являющихся проекцией соматосенсорной зоны коры, и повышался относительно покоя до 24±5%. Доминирование α-ритма отмечалось также в центрально-затылочных отведениях.

Во время релаксации веретена α-ритма составили >60% от всей энцефалограммы. Веретена α-ритма в центрально-затылочных отведениях в группе Р занимали >70% времени релаксации; они были более выражены в височных отделах (см. рис. 3).

При сравнении состояния релаксации с состоянием покоя с закрытыми глазами у всех испытуемых было отмечено достоверное увеличение амплитуды веретен (с 26,0±4,0 до 38,0±5,0 мВ), этот показатель при релаксации был в 1,5—2 раза выше, чем в покое и продолжительность самих веретен также была наибольшей. Периодичность возникновения веретен характеризовалась уменьшением интервалов между веретенами, составляя <3 с, т.е. чаще, чем в фоновой записи при закрытых глазах.

Полученные результаты свидетельствуют о более слабой способности к синхронизации на ЭЭГ в группе Т по сравнению с другими участниками наблюдений. Так, у них отмечены низкие значения показателей амплитуды α-ритма, индекса и периодичности появления паттернов синхронизации (уменьшение интервалов между паттернами). В то же время у испытуемых группы Т после кратковременного курса занятий релаксацией также отмечали изменение показателей α-активности и паттернов синхронизации, свидетельствующее об улучшении процессов синхронизации. В фоновой записи не наблюдался θ-ритм, доминирующая частота α-ритма, на которой формируются паттерны синхронизации, повысилась с 8,6±0,4 до 9,4±0,4 Гц.

В состоянии релаксации у испытуемых группы Т наблюдали переходы от медленночастотного α-ритма 8—9 Гц в область среднечастотного 9,4—10 Гц, с вовлечением в паттерн синхронизации лобно-височных отделов коры. При этом в процессе релаксации также отмечалось увеличение амплитуды и индекса α-ритма в лобно-центральных отделах коры. Так амплитуда α-ритма в состоянии релаксации у испытуемых группы Т увеличилась до 31±5 мВ, а индекс — до 29±4%, что свидетельствовало о развитии более благоприятного функционального состояния. Субъективно после курса релаксации испытуемые отмечали снижение тревожности, улучшение качества и продолжительности сна, а также уменьшение количества приступов тахикардии ночью. В группе Т после курса занятий релаксационными упражнениями отмечалось также улучшение показателей когнитивных функций.

Таким образом, при электрофизиологическом обследовании лиц на выявление признаков дезадаптации должны насторожить такие ЭЭГ-критерии синхронизации альфа-волн: преобладание веретен в затылочных и реже в центрально-затылочных отведениях; короткая длина веретен (до 12 осцилляций); наличие межполушарной асимметрии паттернов синхронизации; амплитуда от 9 до 15 мкВ (в среднем 12,0±3,0 мкВ); индекс 6—15%; частота 8,6±0,4 Гц; период между паттернами 30,0±7,0 с; показатель тревожности 68,0±4,4 балла.

При функциональных пробах у лиц с подобным характером ЭЭГ выявляются типичные изменения. Например, при закрывании глаз наблюдается уменьшение интервала между паттернами до 19,0±4,0 с; снижение межполушарной асимметрии паттернов синхронизации; доминирование синхронизации α-ритма в центрально-затылочных отведениях; увеличение индекса до 24,0±5,0%; показатель частоты 9,4—9,8 Гц. При когнитивной нагрузке (УЗ) происходят аналогичные изменения, т.е. снижение индекса до 15%; неустойчивая частота α-ритма (от 9 до 12 Гц, в среднем 9,8±0,6 Гц); отсутствие генерализации. При релаксации уменьшалась межполушарная асимметрия по доминирующей частоте α-ритма и отмечалось уменьшение интервала между паттернами до 25—34 с.

Многими авторами [5] отмечена цикличность адаптационных изменений при различных воздействиях на организм. Наши данные подтверждают, что функциональная цикличность и процессы синхронизации присущи организму в состоянии как физиологического покоя, так и адаптационно-компенсаторных перестроек.

По полученным данным, в группе реабилитации (Т) показатели синхронизации свидетельствуют о более слабом проявлении всех ее параметров по сравнению с участниками группы практикующих релаксацию (Р). При этом в группе Т наблюдается повышенный уровень тревожности, что свидетельствует о большой восприимчивости к стресс-факторам, связанной с высоким уровнем функционального напряжения.

При сравнении биоэлектрической активности мозга у испытуемых с высоким и низким уровнями тревожности [14] было обнаружено, что испытуемые с высоким уровнем личностной тревожности отличались большими значениями мощностей θ- и α-колебаний в лобных областях обоих полушарий и центрально-теменных областях левого полушария. Результаты электрофизиологического исследования свидетельствуют, что такое нарушение функционирования модулирующих регуляторных систем мозга может быть важным нейрофизиологическим механизмом психокогнитивных нарушений [15].

Эти данные свидетельствуют, что высокий уровень функционального напряжения в конце концов приводит к истощению функциональных ресурсов и нарушениям психической когнитивной деятельности. Ряд исследователей предполагают, что коррекция и настройка работы корковых и подкорковых структур мозга возможны при их синхронизации [16].

Авторы, занимающиеся моделированием мозговой сети [17], пришли к выводу, что процесс синхронизации характеризует различия между пациентами с когнитивными нарушениями и здоровыми субъектами. В результате анализа способности мозга к синхронизации были сформулированы положения о необходимости поиска способов, с помощью которых сеть мозга пациента может быть подвергнута определенному «лечению», которое сделает способность пациента к синхронизации аналогичной способности к синхронизации у здоровых людей.

Результаты нашего исследования свидетельствуют, что у участников с высокой степенью психофункционального напряжения, проходящих реабилитацию (группа Т), процессы синхронизации в коре выражены слабее, чем у испытуемых группы Р. Так, в ФР ЭЭГ наибольший период циклов паттернов синхронизации наблюдался в группе Т, в 2 раза больше, чем в группе регулярно практикующих релаксационные упражнения (Р).

В пробе с ЗГ у испытуемых группы Т индекс α-ритма был намного меньше, чем в группе Р, и наблюдался преимущественно в центрально-затылочных отведениях, а у испытуемых группы Р — в лобных. В некоторых работах отмечается, что выраженность α-ритма в передних отделах коры подчеркивает возможность произвольного управления функциональным состоянием, а торможение передних отделов ослабляет (уменьшая их количество) таламокортикальные и внутрикорковые взаимодействия, снижает активность и контролирующих функций фронтальной коры [18].

Закономерно, что при когнитивной пробе в группе Т отмечались наиболее низкие результаты, которые сопровождались уменьшением межполушарной асимметрии по α-ритму, низкой активностью лобных отделов коры обоих полушарий и частыми ошибками при счете, что отражало слабую концентрацию внимания.

При релаксации в группе Т α-ритм доминировал в центрально-затылочных отведениях полушарий, а у участников группы Р — еще и в височных, связанных с когнитивными процессами и обработкой импульсов от внутренних органов [19]. Показано, что биологические механизмы обратной связи включают синхронизацию частоты дыхания, электрической активности мозга, частоты сердечных сокращений и сосудистого тонуса у испытуемых, освоивших релаксационные технологии [20].

Таким образом, группа лиц, проходящих реабилитацию по поводу ПТСР, отличалась локализацией синхронизации в височно-центрально-затылочных отведениях ЭЭГ; выраженной асимметрией паттерна синхронизации; меньшей частотой α-ритма в паттерне; более короткими веретенами, чем в группе Р. Эти параметры процессов синхронизации, наблюдающиеся у лиц в группе Т, у которых развились симптомы дезадаптации, включающие также повышенную тревожность, снижение эффективности когнитивной деятельности, недостаточную способность к релаксации, высокую степень психофункционального напряжения, могут служить критерием для назначения им реабилитационных процедур и предотвращения более тяжких расстройств психофизического здоровья. Полученные данные предполагают использование технологий, повышающих способность к синхронизации биотоков головного мозга, для разработки программ коррекции психофизического статуса лиц с высокой степенью психофункционального напряжения и проявлениями дезадаптации, например релаксационные упражнения. При оценке уровня напряжения можно применять представленные в статье критерии синхронизации α-ритма.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.