Наливки / 28.06.2020

Возрастные изменения электрической активности мозга. Возрастные особенности ээг как показатель готовности к школьному обучению. Как проводится процедура: основные этапы

С помощью метода электроэнцефалографии (аббревиатура ЭЭГ), наряду с компьютерной или магнитно-резонансной томографией (КТ, МРТ), изучается деятельность головного мозга, состояние его анатомических структур. Процедуре отведена огромная роль в выявлении различных аномалий методом изучения электрической активности мозга.

ЭЭГ – автоматическая запись электрической активности нейронов структур головного мозга, выполняемая с помощью электродов на специальной бумаге. Электроды крепятся к различным участкам головы и регистрируют деятельность мозга. Таким образом осуществляется запись ЭЭГ в виде фоновой кривой функциональности структур мыслительного центра у человека любого возраста.

Выполняется диагностическая процедура при различных поражениях центральной нервной системы, например, дизартрии, нейроинфекции, энцефалитах, менингитах. Результаты позволяют оценить в динамике патологии и уточнить конкретное место повреждения.

ЭЭГ проводится в соответствии со стандартным протоколом, отслеживающим активность в состоянии сна и бодрствования, с проведением специальных тестов на реакцию активации.

Взрослым пациентам диагностика осуществляется в неврологических клиниках, отделениях городских и районных больниц, психиатрическом диспансере. Чтобы быть уверенным в анализе, желательно обратиться к опытному специалисту, работающему в отделении неврологии.

Детям до 14 лет ЭЭГ проводят исключительно в специализированных клиниках врачи педиатры. Психиатрические больницы не делают процедуру маленьким детям.

Что показывают результаты ЭЭГ

Электроэнцефалограмма показывает функциональное состояние структур головного мозга при умственной, физической нагрузке, во время сна и бодрствования. Это абсолютно безопасный и простой метод, безболезненный, не требующий серьезного вмешательства.

Сегодня ЭЭГ широко применяется в практике врачей-неврологов при диагностике сосудистых, дегенеративных, воспалительных поражений головного мозга, эпилепсии. Также метод позволяет определить расположение опухолей, травматических повреждений, кист.

ЭЭГ с воздействием звука или света на пациента помогает выразить истинные нарушения зрения и слуха от истерических. Метод применяется для динамического наблюдения за больными в реанимационных палатах, в состоянии комы.

Норма и нарушения у детей

ЭЭГ детям до 1 года проводят в присутствии матери. Ребенка оставляют в звуко- и светоизолированной комнате, где его кладут на кушетку. Диагностика занимает около 20 минут.
Малышу смачивают голову водой или гелем, а затем надевают шапочку, под которой размещены электроды. На уши размещают два неактивных электрода.
Специальными зажимами элементы соединяются с проводами, подходящими к энцефалографу. Благодаря небольшой силе тока процедура полностью безопасна даже для младенцев.
Прежде чем начать мониторинг, голову ребёнка располагают ровно, чтобы не было наклона вперед. Это может вызвать артефакты и исказить результаты.
Младенцам ЭЭГ делают во время сна после кормления. Важно дать насытиться мальчику или девочке непосредственно перед процедурой, чтобы он погрузился в сон. Смесь дают прямо в больнице после проведения общего медосмотра.
Малышам до 3 лет энцефалограмму снимают только в состоянии сна. Дети старшего возраста могут бодрствовать. Чтобы ребёнок был спокойным, дают игрушку или книжку.

Важной частью диагностики являются пробы с открыванием и закрыванием глаз, гипервентиляцией (глубокое и редкое дыхание) при ЭЭГ, сжатием и разжиманием пальцев, что позволяет дезорганизовать ритмику. Все тесты проводятся в виде игры.

После получения атласа ЭЭГ врачи диагностируют воспаление оболочек и структур мозга, скрытую эпилепсию, опухоли, дисфункции, стресс, переутомление.

Степень задержки физического, психического, умственного, речевого развития осуществляется с помощью фотостимуляции (мигание лампочки при закрытых глазах).

Значения ЭЭГ у взрослых

Взрослым процедура проводится с соблюдением следующих условий:

держать во время манипуляции голову неподвижной, исключить любые раздражающие факторы;
не принимать перед диагностикой успокаивающие и прочие препараты, воздействующие на работу полушарий (Нервиплекс-Н).

Перед манипуляцией врач проводит с пациентом беседу, настраивая его на положительный лад, успокаивает и вселяет оптимизм. Далее на голову крепят специальные электроды, подключенные к аппарату, они считывают показания.

Исследование длится всего несколько минут, совершенно безболезненно.

При условии соблюдения вышеописанных правил с помощью ЭЭГ определяются даже незначительные изменения биоэлектрической активности головного мозга, свидетельствующие о наличии опухолей или начале патологий.

Ритмы электроэнцефалограммы

Электроэнцефалограмма головного мозга показывает регулярные ритмы определенного типа. Их синхронность обеспечивается работой таламуса, отвечающего за функциональность всех структур центральной нервной системы.

На ЭЭГ присутствуют альфа-, бета-, дельта, тетра-ритмы. Они имеют разные характеристики и показывают определенные степени активности мозга.

Альфа – ритм

Частота данного ритма варьирует в диапазоне 8-14 Гц (у детей с 9-10 лет и взрослых). Проявляется почти у каждого здорового человека. Отсутствие альфа ритма говорит о нарушении симметрии полушарий.

Самая высокая амплитуда свойственна в спокойном состоянии, когда человек находится в темном помещении с закрытыми глазами. При мыслительной или зрительной активности частично блокируется.

Частота в диапазоне 8-14 Гц говорит об отсутствии патологий. О нарушениях свидетельствуют следующие показатели:

alpha активность регистрируется в лобной доле;
asymmetry межполушарий превышает 35%;
нарушена синусоидальность волн;
наблюдается частотный разброс;
полиморфный низкоамплитудный график менее 25 мкВ или высокий (более 95 мкВ).

Нарушения альфа-ритма свидетельствуют о вероятной асимметричности полушарий (asymmetry) вследствие патологических образований (инфаркт, инсульт). Высокая частота говорит о различных повреждениях головного мозга или черепно-мозговой травме.

У ребенка отклонения альфа-волн от норм являются признаками задержки психического развития. При слабоумии альфа-активность может отсутствовать.

В норме полиморфная активность в пределах 25 − 95 мкВ.

Бета активность

Beta-ритм наблюдается в пограничном диапазоне 13-30 Гц и меняется при активном состоянии пациента. При нормальных показателях выражен в лобной доле, имеет амплитуду 3-5 мкВ.

Высокие колебания дают основания диагностировать сотрясение мозга, появление коротких веретен – энцефалит и развивающийся воспалительный процесс.

У детей патологический бета-ритм проявляется при индексе 15-16 Гц и амплитуде 40-50 мкВ. Это сигнализирует о высокой вероятности отставания в развитии. Доминировать бета-активность может из-за приема различных медикаментов.

Тета-ритм и дельта-ритм

Дельта-волны проявляются в состоянии глубокого сна и при коме. Регистрируются на участках коры головного мозга, граничащих с опухолью. Редко наблюдаются у детей 4-6 лет.

Тета-ритмы варьируются в диапазоне 4-8 Гц, продуцируются гиппокампом и выявляются в состоянии сна. При постоянном увеличении амплитудности (свыше 45 мкВ) говорят о нарушении функций головного мозга.

Если тета-активность увеличивается во всех отделах, можно утверждать о тяжелых патологиях ЦНС. Большие колебания сигнализируют о наличии опухоли. Высокие показатели тета- и дельта-волн в затылочной области говорят о детской заторможенности и задержке в развитии, а также указывают на нарушение кровообращения.

БЭА — Биоэлектрическая активность мозга

Результаты ЭЭГ можно синхронизировать в комплексный алгоритм – БЭА. В норме биоэлектрическая активность мозга должна быть синхронной, ритмической, без очагов пароксизмов. В итоге специалист указывает, какие именно нарушения выявлены и на основании этого проводится заключение ЭЭГ.

Различные изменения биоэлектрической активности имеют интерпретацию ЭЭГ:

относительно-ритмичная БЭА – может свидетельствовать о наличии мигреней и головных болей;
диффузная активность – вариант нормы при условии отсутствия прочих отклонений. В сочетании с патологическими генерализациями и пароксизмами свидетельствует об эпилепсии или склонности к судорогам;
сниженная БЭА ‒ может сигнализировать о депрессии.

Остальные показатели в заключениях

Как научиться самостоятельно интерпретировать экспертные заключения? Расшифровка показателей ЭЭГ представлены в таблице:

Показатель	Описание
Дисфункция средних структур мозга	Умеренное нарушение активности нейронов, характерное для здоровых людей. Сигнализирует о дисфункциях после стресса и пр. Требует симптоматического лечения.
Межполушарная асимметрия	Функциональное нарушение, не всегда свидетельствующее о патологии. Необходимо организовать дополнительное обследование у невролога.
Диффузная дезорганизация альфа-ритма	Дезорганизованный тип активирует диэнцефально-стволовые структуры мозга. Вариант нормы при условии отсутствия жалоб у пациента.
Очаг патологической активности	Повышение активности исследуемого участка, сигнализирующее о начале эпилепсии или расположенность к судорогам.
Ирритация структур мозга	Связана с нарушением кровообращения различной этиологии (травма, повышенное внутричерепное давление, атеросклероз и др.).
Пароксизмы	Говорят о снижении торможения и усилении возбуждения, часто сопровождаются мигренями и головными болями. Возможна склонность к эпилепсии.
Снижение порога судорожной активности	Косвенный признак расположенности к судорогам. Также об этом говорит пароксизмальная активность головного мозга, усиленная синхронизация, патологическая активность срединных структур, изменение электрических потенциалов.
Эпилептиформная активность	Эпилептическая активность и повышенная предрасположенность к судорогам.
Повышенный тонус синхронизирующих структур и умеренная дизритмия	Не относятся к тяжелым нарушениям и патологиям. Требуют симптоматического лечения.
Признаки нейрофизиологической незрелости	У детей говорят о задержке психомоторного развития, физиологии, депривации.
Резидуально-органические поражения с усилением дезорганизации на фоне тестов, пароксизмы во всех частях мозга	Эти плохие признаки сопровождают тяжелые головные боли, синдром нехватки внимания и гиперактивности у ребенка, повышенное внутричерепное давление.
Нарушение активности мозга	Встречается после травм, проявляется потерей сознания и головокружениями.
Органические изменения структур у детей	Следствие инфекций, например, цитомегаловирус или токсоплазмоз, либо кислородного голодания в процессе родов. Требуют комплексной диагностики и терапии.
Изменения регуляторного характера	Фиксируются при гипертонии.
Наличие активных разрядов в каких-либо отделах	В ответ на физические нагрузки развивается нарушение зрения, слуха, потеря сознания. Необходимо ограничивать нагрузки. При опухолях появляются медленноволновая тета- и дельта-активность.
Десинхронный тип, гиперсинхронный ритм, плоская кривая ЭЭГ	Плоский вариант характерен для цереброваскулярных заболеваний. Степень нарушений зависит того, как сильно будет ритм гиперсинхронизировать или десинхронизировать.
Замедление альфа-ритма	Может сопровождать болезнь Паркинсона, Альцгеймера, послеинфарктное слабоумие, группы заболеваний, при которых мозг может демиелинизировать.

Консультации специалистов в области медицины онлайн помогают людям понять, как могут расшифровываться те или иные клинически значимые показатели.

Причины нарушений

Электрические импульсы обеспечивают быструю передачу сигналов между нейронами головного мозга. Нарушение проводниковой функции отражается на состоянии здоровья. Все изменения фиксируются на биоэлектрической активности при проведении ЭЭГ.

Существует несколько причин нарушений БЭА:

травмы и сотрясения – интенсивность изменений зависит от тяжести. Умеренные диффузные изменения сопровождаются невыраженным дискомфортом и требуют симптоматической терапии. При тяжелых травмах характерны сильные повреждения проводимости импульсов;
воспаления с вовлечением вещества головного мозга и спинномозговой жидкости. Нарушения БЭА наблюдаются после перенесенного менингита или энцефалита;
поражение сосудов атеросклерозом. На начальной стадии нарушения умеренные. По мере отмирания тканей из-за нехватки кровоснабжения ухудшение нейронной проводимости прогрессирует;
облучение, интоксикация. При радиологическом поражении возникают общие нарушения БЭА. Признаки токсического отравления необратимы, требуют лечения и влияют на способности больного выполнять повседневные задачи;
сопутствующие нарушения. Зачастую связаны с тяжелыми повреждениями гипоталамуса и гипофиза.

ЭЭГ помогает выявить природу вариативности БЭА и назначить грамотное лечение, помогающее активировать биопотенциал.

Пароксизмальная активность

Это регистрируемый показатель, свидетельствующий о резком росте амплитуды волны ЭЭГ, с обозначенным очагом возникновения. Считается, что это явление связано только с эпилепсией. На самом деле пароксизм характерен для разных патологий, в том числе приобретенного слабоумия, невроза и пр.

У детей пароксизмы могут быть вариантом нормы, если не наблюдается патологических изменений в структурах мозга.

При пароксизмальной активности нарушается в основном альфа-ритм. Билатерально-синхронные вспышки и колебания проявляются в длине и частоте каждой волны в состоянии покоя, сна, бодрствования, тревоги, умственной деятельности.

Пароксизмы выглядят так: преобладают заостренные вспышки, которые чередуются с медленными волнами, а при усилении активности возникают так называемые острые волны (спайк) – множество пиков, идущих один за другим.

Пароксизм при ЭЭГ требует дополнительного обследования у терапевта, невролога, психотерапевта, проведения миограммы и прочих диагностических процедур. Лечение заключается в устранении причин и последствий.

При травмах головы устраняют повреждение, восстанавливают кровообращение и проводят симптоматическую терапию.При эпилепсии ищут, что стало ее причиной (опухоль или пр.). Если болезнь врожденная, сводят к минимуму количество припадков, болевой синдром и негативное влияние на психику.

Если пароксизмы являются следствием проблем с давлением, проводится лечение сердечнососудистой системы.

Дизритмия фоновой активности

Означает нерегулярность частот электрических мозговых процессов. Это возникает вследствие следующих причин:

Эпилепсия различной этиологии, эссенциальная гипертензия. Наблюдается асимметрия в обоих полушариях с нерегулярной частотой и амплитудой.
Гипертония ‒ ритм может уменьшиться.
Олигофрения – восходящая активность альфа-волн.
Опухоль или киста. Наблюдается асимметрия между левым и правым полушарием до 30%.
Нарушение кровообращения. Снижается частота и активность в зависимости от выраженности патологии.

Для оценки дизритмии показанием к ЭЭГ являются такие заболевания, как вегетососудистая дистония, возрастное или врожденное слабоумие, черепно-мозговые травмы. Также процедура проводится при повышенном давлении, тошноте, рвоте у человека.

Ирритативные изменения на ээг

Данная форма нарушений преимущественно наблюдается при опухолях с кистой. Характеризуется общемозговыми изменениями ЭЭГ в виде диффузно-корковой ритмики с преобладанием бета-колебаний.

Также ирритативные изменений могут возникнуть из-за таких патологий, как:

менингит;
энцефалит;
атеросклероз.

Что такое дезорганизация корковой ритмики

Проявляются, как следствие травм головы и сотрясений, которые способны спровоцировать серьезные проблемы. В этих случаях энцефалограмма показывает изменения, происходящие в головном мозге и подкорке.

Самочувствие пациента зависит от наличия осложнений и их серьезности. Когда доминирует недостаточно организованная корковая ритмика в легкой форме - это не влияет на самочувствие пациента, хотя может вызывать некоторый дискомфорт.

Визитов: 55 891

Введение

Глава 1. Обзор литературы:

1. Функциональная роль ритмов ЭЭГ и ЭКГ. 10

1.1. Электрокардиография и общая активность нервной системы. 10

1.2. Электроэнцефалография и методы анализа ЭЭГ. 13

1.3. Общие проблемы сопоставления изменений на ЭЭГ и ССП и психических процессов и пути их решения. 17

1.4 Традиционные взгляды на функциональную роль ЭЭГ- ритмов. 24

2. Мышление, его структура и успешность решения интеллектуальных задач. 31

2.1. Природа мышления и его структура. 31

2.2. Проблемы выделения компонентов интеллекта и диагностики его уровня. 36

3. Функциональная асимметрия мозга и ее связь с особенностями мышления. 40

3.1. Исследования связи между когнитивными процессами и областями мозга. 40

3.2. Особенности арифметических операций, их нарушения и локализация этих функций в коре полушарий. 46

4. Возрастные и половые различия в когнитивных процессах и организации головного мозга . 52

4.1. Общая картина формирования познавательной сферы детей. 52

4.2. Половые различия в способностях. 59

4.3. Особенности генетической детерминации половых различий. 65

5. Возрастные и половые особенности ритмов ЭЭГ. 68

5.1. Общая картина формирования ЭЭГ детей в возрасте до 11 лет. 68

5.2. Особенности систематизации возрастных тенденций изменения ЭЭГ. 73

5.3. Половые особенности в организации ЭЭГ-активности. 74

6. Способы интерпретации связи между показателями ЭЭГ и характеристиками психических процессов . 79

6.1. Анализ изменений на ЭЭГ при осуществлении математических операций. 79

6.2. ЭЭГ как индикатор уровня стресса и продуктивности работы мозга. 87

6.3. Новые взгляды на особенности ЭЭГ у детей с трудностями обучения и интеллектуальной одаренностью. 91

Глава 2. Методы исследования и обработки результатов.

1.1. Испытуемые. 96

1.2. Методы исследования. 97

Глава 3. Результаты исследования.

A. Экспериментальные изменения по ЭКГ. 102

Б. Возрастные различия по ЭЭГ. 108

B. Экспериментальные изменения по ЭЭГ. 110

Глава 4. Обсуждение результатов исследования.

A. Возрастные изменения "фоновых" параметров ЭЭГ

у мальчиков и девочек. 122

Б. Возрастные и половые особенности ЭЭГ-реакции на счет. 125

B. Взаимосвязь между показателями частотно-специфической ЭЭГ и функциональной активностью мозга при счете. 128

Г. Соотношения активности частотных генераторов по показателям ЭЭГ при счете. 131

Заключение. 134

Выводы. 140

Список литературы.

Введение к работе

Актуальность исследования.

Изучение особенностей развития психики в онтогенезе является весьма важной задачей как для общей, возрастной и педагогической психологии, так и для практической работы школьных психологов. Поскольку в основе психических явлений лежат нейрофизиологические и биохимические процессы, а формирование психики зависит от созревания структур головного мозга, решение указанной глобальной задачи связано с исследованием возрастных тенденций изменения психофизиологических показателей.

Не менее важной задачей, по крайней мере для нейро- и патопсихологии, а также для определения готовности детей к обучению в том или ином классе, является поиск надежных, независимых от социокультурных различий и степени открытости испытуемых перед экспертами критериев нормального психофизиологического развития детей. Электрофизиологические показатели в значительной степени соответствуют указанным требованиям, особенно если они анализируются в комплексе.

Любая квалифицированная психологическая помощь должна начинаться с надежной и точной диагностики индивидных свойств с учетом половых, возрастных и иных существенных факторов различий. Поскольку у детей 7-11 лет психофизиологические свойства находятся еще в стадии формирования и созревания и весьма неустойчивы, требуется значительное сужение исследуемых диапазонов возраста и видов деятельности (в момент регистрации показателей).

К настоящему времени опубликовано достаточно большое количество работ, авторы которых нашли статистически значимые корреляции между показателями умственного развития детей, с одной стороны, нейропсихологическими параметрами, с другой, возрастом и полом, с третьей, и электрофизиологическими показателями, с четвертой. ЭЭГ-параметры считаются весьма информативными, особенно это относится к амплитуде и спектральной плотности в узких поддиапазонах частот (0,5- 1,5 Гц) (Д.А. Фарбер, 1972, 1995, Н.В. Дубровинская, 2000, Н.Н. Данилова, 1985, 1998, Н.Л. Горбачевская и Л.П. Якупова, 1991, 1999, 2002, Т.А. Строганова и М.М. Цетлин, 2001).

Поэтому мы считаем, что с помощью анализа узких спектральных составляющих и использования адекватных способов сравнения показателей, полученных в разных сериях эксперимента и для разных возрастных групп, можно получить достаточно точную и надежную информацию о психофизиологическом развитии испытуемых.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Объект, предмет, цель и задачи исследования.

Объектом нашего исследования стали возрастные и половые особенности ЭЭГ и ЭКГ у младших школьников в возрасте 7-11 лет.

Предметом явилось изучение тенденций изменения указанных параметров с возрастом в "фоне", а также в процессе умственной активности.

Цель - исследование возрастной динамики активности нейрофизиологических структур, реализующих процессы мышления вообще и арифметического счета в частности.

В соответствии с этим были поставлены следующие задачи:

1. Сравнить показатели ЭЭГ в различных половозрастных группах испытуемых в "фоне".

2. Проанализировать динамику показателей ЭЭГ и ЭКГ в процессе решения арифметических задач этими группами испытуемых.

Гипотезы исследования.

3. Процесс формирования мозга детей сопровождается перераспределением между низко- и высокочастотными ритмами ЭЭГ: в тета- и альфа- диапазонах повышается удельный вес более высокочастотных компонентов (соответственно, 6-7 и 10-12 Гц). Вместе с тем изменения этих ритмов между 7-8 и 9 годами отражают большие трансформации активности мозга у мальчиков, чем у девочек.

4. Умственная активность при счете приводит к десинхронизации ЭЭГ-составляющих в среднечастотном диапазоне, специфическому перераспределению между низко- и высоко-частотными составляющими ритмов (больше подавляется компонент 6-8 Гц), а также к сдвигу функциональной межполушарной асимметрии в сторону повышения удельного веса левого полушария.

Научная новизна.

Представленная работа является одним из вариантов психофизиологических исследований нового типа, сочетающим современные возможности дифференцированной обработки ЭЭГ в узких поддиапазонах частот (1-2 Гц) тета- и альфа- составляющих со сравнением как возрастных и половых особенностей младших школьников, так и с анализом экспериментальных изменений. Проанализированы возрастные особенности ЭЭГ у детей в возрасте 7-11 лет, при этом сделан упор не на самих средних значениях, которые в большой степени зависят от особенностей аппаратуры и методов исследования, а на выявлении специфических паттернов соотношений между амплитудными характеристиками в узких поддиапазонах частот.

В том числе исследованы коэффициенты отношений между частотными составляющими тета- (6-7 Гц к 4-5) и альфа- (10-12 Гц к 7-8) диапазонов. Это позволило нам получить интересные факты зависимости частотных паттернов ЭЭГ от возраста, пола и наличия умственной активности детей 7-11 лет. Эти факты частью подтверждают уже известные теории, частью являются новыми и требуют объяснения. Например, такое явление: при арифметическом счете у младших школьников происходит специфическое перераспределение между низко- и высоко-частотными составляющими ЭЭГ-ритмов: в тета-диапазоне - повышение удельного веса низкочастотного, а в альфа-диапазоне - наоборот, высокочастотного компонентов. Это было бы значительно труднее обнаружить обычными средствами анализа ЭЭГ, без ее обработки в узких поддиапазонах частот (1-2 Гц) и вычисления соотношений тета- и альфа- составляющих.

Теоретическая и практическая значимость.

Уточнены тенденции изменения биоэлектрической активности мозга у мальчиков и девочек, что позволяет сделать предположения о факторах, приводящих к своеобразной динамике психофизиологических показателей в первые годы обучения в школе и процессе адаптации к школьной жизни.

Сопоставлены особенности ЭЭГ-реакции на счет у мальчиков и девочек. Это позволило констатировать существование достаточно глубоких половых различий как в процессах арифметического счета и операций с числами, так и адаптации к учебной деятельности.

Важным практическим итогом работы явилось начало создания нормативной базы данных ЭЭГ- и ЭКГ- показателей детей в условиях лабораторного эксперимента. Имеющиеся среднегрупповые значения и стандартные отклонения могут быть основой для суждения о соответствии «фоновых» показателей и величин реакции типичным для соответствующих возраста и пола.

Результаты работы могут косвенно помочь при выборе того или иного критерия успешности обучения, диагностики наличия информационных стрессов и других явлений, ведущих к школьной дезадаптации и последующим затруднениям в социализации.

Положения, выносимые на защиту.

5. Тенденции изменения биоэлектрической активности мозга у мальчиков и девочек являются весьма надежными и объективными показателями формирования нейрофизиологических механизмов мышления и других познавательных процессов. Возрастная динамика ЭЭГ-составляющих - повышение доминирующей частоты - коррелирует с общей тенденцией уменьшения пластичности нервной системы с возрастом, что, в свою очередь, может быть связано с уменьшением объективной необходимости в адаптации к окружающим условиям.

6. Но в возрасте 8-9 лет указанная тенденция на время может меняться на противоположную. У мальчиков 8-9 лет это выражается в подавлении мощности большинства частотных поддиапазонов, а у девочек изменяются выборочно более высокочастотные составляющие. Спектр последних смещается в сторону понижения доминирующей частоты.

7. При арифметическом счете у младших школьников происходит специфическое перераспределение между низко- и высоко-частотными составляющими ЭЭГ-ритмов: в тета-диапазоне - повышение удельного веса низкочастотного (4-5 Гц), а в альфа-диапазоне - наоборот, высокочастотного (10-12 Гц) компонентов. Увеличение удельного веса компонентов 4-5 Гц и 10-12 Гц демонстрирует реципрокность активности генераторов этих ритмов по отношению к таковым у ритма 6-8 Гц.

4. Полученные результаты демонстрируют преимущества метода анализа ЭЭГ в узких поддиапазонах частот (шириной 1-1,5 Гц) и вычисления соотношений коэффициентов тета- и альфа- составляющих перед обычными методами обработки. Эти преимущества заметнее проявляются при условии использования адекватных критериев математической статистики.

Апробация работы Материалы диссертации отражены в докладах на международной конференции «Конфликт и личность в изменяющемся мире» (Ижевск, октябрь 2000 г.), на Пятой Российской университетско-академической конференции (Ижевск, апрель 2001), на Второй конференции «Агрессивность и деструктивность личности» (Воткинск, ноябрь 2002), на международной конференции к 90-летию А.Б. Когана (Ростов-на-Дону, сентябрь 2002), в стендовом докладе на Второй международной конференции «А.Р.Лурия и психология 21 века» (Москва, 24-27 сентября 2002 г.).

Научные публикации.

По материалам диссертационного исследования опубликовано 7 работ, в том числе тезисы к международным конференциям в Москве, Ростове-на-Дону, Ижевске, и одна статья (в журнале УдГУ). Вторая статья принята в печать в "Психологический журнал".

Структура и объем диссертации.

Работа изложена на 154 страницах, состоит из введения, обзора литературы, описания испытуемых, методов исследования и обработки результатов, описания результатов, их обсуждения и выводов, списка цитируемой литературы. Приложение включает 19 таблиц (в т. ч. 10 "вторичных интегральных") и 16 рисунков. Описание результатов иллюстрировано 8-ю "третичными интегральными" таблицами (4-11) и 11-ю рисунками.

Функциональная роль ритмов ЭЭГ и ЭКГ.

Один из способов прикладного" применения анализа сердечного ритма - осуществление контроля за дыхательной синусовой аритмией в работе сердца в качестве обратной связи при приеме лекарств - описан в одной из статей S.W. Porges . В чем достоинство данного метода? S.W. Porges считает, что врачам и ученым чаще следует "обращаться к системам обратной связи, связанным непосредственно с телом, в том числе к сердцу, поскольку оно находится под непрерывной регуляцией прямого нервного пути из ствола мозга. Эта регуляция обеспечивается биохимическими, физиологическими и психологическими механизмами, реагирующими на угрожающие жизни факторы, разнообразные психологические стрессы и на многие медикаменты. Реакции сердца характеризуются изменениями в паттернах ЧСС, которые опосредованы изменениями в нервном тоне. Знание этих систематических изменений в нервном тоне обеспечивает нас необходимым окном для контроля за временными параметрами влияния специфических медикаментов и изменениями статуса здоровья пациента. Таким образом, можно, непрерывно контролируя данные ЧСС с помощью неинвазивных процедур, оценить динамичную реакцию пациента на лечение лекарствами" и разнообразные экспериментальные ситуации.

На деятельность сердца сильно влияют переключения в симпатическом и парасимпатическом отделах вегетативной нервной системы. Вообще, парасимпатические воздействия на сердце опосредованы вагусом - десятым черепным нервом. Он передаёт эфферентную информацию из структур ствола мозга напрямую и быстро в синоатриальный узел сердца. Изменяющееся влияние вагуса на синоатриальный узел контролирует большинство из наблюдаемых быстрых изменений в ЧСС. В противоположность хронотропной роли вагуса, симпатические влияния в основном инотропны и вызывают изменения сокращаемости мышцы миокарда. Таким образом, в большинстве случаев симпатические вклады в величину и ритмичность ЧСС ограничены сложным взаимодействием с парасимпатической нервной системой .

Итак, центральные дыхательные процессы вызывают высокочастотный ритм колебаний ЧСС, который передаёт важную информацию, касающуюся вагал-тона, идущего к периферии. Поскольку вагус имеет начало в ядрах спинного мозга, а эфферентные (двигательные) окончания управляются высшими мозговыми структурами и холинэргической активностью, для исследователей представляет интерес изучение парасимпатического контроля работы сердца с использованием вагал-тона.

Данные о частоте пульса являются недостаточными, поэтому должны быть дополнены показателем, более полно характеризующим состояние сердечно- сосудистой системы, - индексом напряжения (ИН) P.M. Баевского (Н.Н.Данилова , Г.Г.Аракелов ). Этот индекс возрастает при повышении частоты сердечных сокращений, уменьшении стандартного отклонения и вариационного размаха Р-Р интервалов.

В качестве примера исследования реакции показателей ЭКГ на счет, связанный с информационным и эмоциональным стрессом, можно привести работы Г.Г. Аракелова, Е.К.Шотта и Н.Е.Лысенко . Во время эксперимента испытуемый вначале производил арифметический счет для контроля, а затем вычисления в условиях ограничения времени с угрозой наказания электрическим током за неправильные ответы.

При спокойном счете по сравнению с фоном наблюдались следующие изменения. В контрольной группе вариабельность Р-Р интервалов резко снизилась при счете относительно фона и даже относительно стресса (что указывает на повышение напряжения), а затем увеличилась в фоне после стрессовой серии, не достигнув исходного уровня. В целом вариабельность Р-Р интервалов при стрессе была выше, чем при счете, однако изменения эти были более монотонными, тогда как при счете величина Р-Р интервалов менялась более скачкообразно.

Общая картина формирования познавательной сферы детей.

Подобно тому, как Аристотель называл психику энтелехией (функцией)г живого материального тела, так же и когнитивные процессы, в том числе процесс мышления, можно назвать функцией человеческого мозга. Действительно, продуктивность мышления в огромной степени зависит от состояния головного мозга, его корковых и подкорковых областей, от баланса кислорода, питательных веществ, гормонов и медиаторов. Известно, что существует широкий спектр веществ, способных сильно повлиять на активность мозга и даже вызвать измененные состояния сознания. Доказано также, что нарушения нормального протекания беременности, родов, болезней у младенцев самым негативным образом сказываются на формировании ребенка, его психических и психологических качеств. Есть факты, что 64% детей, которым проводилась интенсивная терапия при рождении, не способны обучаться в массовой школе . В этом смысле когнитивные процессы "естественны".

Но следует остерегаться понимать это слишком буквально, как ученые 18-19 веков (в том числе основатель "Органологии" и "Френологии" Ф.И.Галл). Принято считать , что человек становится субъектом мышления, лишь овладевая языком, понятиями, логикой, которые являются продуктами общественно-исторического развития практики, то есть мышление имеет также и общественную природу. "Появление речи в процессе эволюции принципиально изменило функции мозга. Мир внутренних переживаний, намерений приобрел качественно новый аппарат кодирования информации с помощью абстрактных символов. Слово выступает не только как средство выражения мысли: оно перестраивает мышление и интеллектуальные функции человека, так как сама мысль совершается и формируется с помощью слова" .

П.Я. Гальперин и некоторые другие отечественные психологи характеризуют мышление "как процесс отражения объективной реальности, составляющий высшую ступень человеческого познания. Мышление дает непрямое, сложно опосредованное отражение действительности, позволяет получать знание о таких связях и отношениях действительности, которые не могут быть восприняты органами чувств". Всякий мыслительный процесс по своему внутреннему строению можно рассматривать как действие, направленное на решение задачи. Цель процесса мышления заключается в том, чтобы выявлять существенные необходимые связи, основанные на реальных зависимостях, отделив их от случайных совпадений. Обобщенности мышления способствует его знаковый характер, который выражается словом. Благодаря использованию символического языка, внешней и внутренней речи (Л.С.Выготский, Ж.Пиаже), а также множеству менее заметных на первый взгляд особенностей оно отличается от мышления животного. Мыслительный процесс, как отмечает П.Я. Гальперин , "сохраняя специфику мышления, всегда связан со всеми сторонами психической деятельности: с потребностями и чувствами, с волевой активностью и целеустремленностью, со словесной формой речи и наглядными образами - представлениями".

Многие задачи решаются путем применения правил, и результат мыслительной работы переходит в область практического применения.

К разрешению стоящей задачи мышление идет посредством многообразных операций, составляющих взаимосвязанные и переходящие друг в друга стороны мыслительного процесса. Все эти операции являются различными сторонами вышестоящей операции "опосредования", понимаемой как раскрытие более существенных связей и отношений.

Сравнение - сопоставление предметов, явлений и их свойств между собой, вскрывает тождество и различия между сравниваемыми единицами.

Анализ - мысленное расчленение предмета, явления, ситуации и выявление составляющих их элементов, частей или сторон. Например, при воспроизведении предложения первоклассник делит его на слова, а при списывании слова выделяет его буквенный состав.

Абстракция - выделение, вычленение и извлечение из какого-либо предмета или явления свойства, характеристики, в определенном отношении существенного, отличного от остальных. С помощью этих операций можно осуществить поиск аналогий - найти пару какому-либо предмету или явлению по существенным признакам.

Обобщение - объединение предметов или явлений в некоторые классы по их общим существенным признакам.

Синтез - мысленное воссоединение элементов, которые могут существовать и независимо, в целую структуру.

Указанные операции могут привести к классификации - сравнению, анализу и последующему объединению предметов и явлений в определенные классы по какому-либо признаку -основанию. Если оснований классификации несколько, то результат может быть представлен в многомерном пространстве.

Возникновение проблемы или постановка вопроса - первый признак начинающейся работы мысли. От осознания проблемы мысль переходит к ее разрешению. Важным условием успешного решения задачи является знание, так как без знаний невозможно создание гипотезы. Большую роль играет правильная формулировка задачи, что нацеливает на ее решение.

П.Я. Гальперин , определяя мыслительное действие, обозначает, что "начальным моментом мышления является проблемная ситуация. От осознания проблемы субъект переходит к принятию решения. Само решение выступает как поиск недостающего звена. Возникновение задачи означает выделение известного и неизвестного. Ориентировочные действия начинаются с анализа условий. В результате анализа проблемной ситуации возникает задача - цель, данная в определенных условиях. Главное в мыслительном поиске - возникновение предварительной гипотезы на основе полученной информации, анализа условий. Это способствует дальнейшему поиску, направляя движение мысли, переходя в план решения и возникновения производных гипотез".

Анализ изменений на ЭЭГ при осуществлении математических операций

P.F.Werre (1957), приведя подробный обзор около 400 работ о соотношении электрофизиологических и психофизиологических феноменов, одним из первых применил для анализа ЭЭГ при решении умственных задач (счет в уме, ответы на простые вопросы, ассоциативный тест Юнга) частотный автоматический анализатор, строил гистограмму частот по альфа-, бета - и тета-диапазонам и их амплитудам. Werre пришел к выводу, что блокироание альфа -ритма на ЭЭГ отражает переход испытуемого из состояния отдыха в состояние активности, но никак не свидетельствует о состоянии самой умственной деятельности, хотя блокада альфа - ритма усиливается при повышении степени внимания.

Большой интерес представляет исследование A.S.Mundy-Castle (1957) процесса решения арифметических задач, проведенное с применением частотного анализатора. Альфа - активность больше всего блокируется при открывании глаз и меньше - при решении в уме арифметических задач, бета-активность тоже уменьшается при открывании глаз, но усиливается при решении арифметических задач, а тета-активность при этом меняется редко, ее сдвиги связаны, по данным автора, с нарушениями эмоциональной сферы.

Этот вопрос также изучался и D. Giannitrapani (1969). Он искал связь между устанавливаемым по психологическим тестам общим уровнем интеллекта (средний I.Q.= 93-118, высокий I.Q= 119-143), с одной стороны, и средней частотой колебаний потенциалов мозга (включая альфа - и бета- ритм) за 5 -секундные интервалы, а также индексом альфа - активности ЭЭГ (в затылочной, теменной, лобной и височной областях правого и левого полушария), с другой. Определения проводились в покое и при решении арифметических задач. Автор во всех отведениях слева установил более высокую частоту, чем справа. В височных областях частота ЭЭГ не зависела от уровня интеллекта, величина десинхронизации ЭЭГ была выражена тем слабее, чем выше был уровень интеллекта.

Обращают на себя внимание выводы из исследования W. Vogel и соавт. (1968). Авторы, обследуя 36 студентов и 25 учеников средней школы (в возрасте 16 лет), определяли уровень интеллекта по шкале Векслера, а затем предлагали исследуемым выполнять в уме серии простых и сложных арифметических задач на вычитание. Оказалось, что чем выше способность к автоматизации арифметических действий, тем меньше частота индекса бета-активности ЭЭГ. Наоборот, способности к решению сложных задач связаны с наличием замедленного альфа - ритма и тета-волн.

Авторы специально подчеркивают, что они не обнаружили корреляции между общим уровнем интеллекта и параметрами ЭЭГ. Они считают, что корреляцию между ЭЭГ и умственными способностями человека следует определять не в состоянии покоя, а при активной интеллектуальной деятельности, а изменения ЭЭГ надо связывать не с таким сложным понятием, как "Общий интеллект", а с отдельными, "специальными" аспектами умственной деятельности. Вторая часть выводов может быть связана, во-первых, с уже упоминавшемся нами комплексом проблем измерения "general intellect", а, во-вторых, с недостаточной степенью дифференциации ритмов ЭЭГ по частоте во многих исследованиях до 1970-х гг.

В.Ю.Вильдавский , ссылаясь на исследования М.Г.Князевой (1990, 1993), отмечает, что при устном счете и зрительно- пространственной деятельности (мысленное решение арифметических задач) у испытуемых в возрасте 7 - 17 лет происходят такие изменения: первый вызывает максимальную депрессию в низкочастотном альфа- диапазоне, минимальную в высокочастотном, а вторая - равномерно выраженную депрессию альфа -ритма во всех диапазонах. В значительной же части работ альфа - ритм анализируется как целое, без выделения отдельных компонентов. Кроме того, В.Ю.Вильдавский приводит данные о том, что в том же частотном диапазоне можно наблюдать еще один ритмический процесс - мю-ритм, который связывают с сенсомоторной деятельностью мозга.

В более позднем исследовании (1977) D. Giannitrapani нашел связь между факторами, полученными в тестах на интеллект, и показателями спектральной плотности для 17 частотных полос ЭЭГ (шириной по 2 Гц, от 0 до 34 Гц). Нужно отметить, что специфические ЭЭГ-показатели являются комплексными, группируясь вокруг определенных частот спектра или зон мозга.

Обращают на себя внимание выводы К. Tani (1981), говорящие о том, что при решении испытуемыми (женщинами) различных тестовых задач (арифметический счет, собирание изображения из его элементов и др.) частота возникновения тета - ритма в медиальных отделах лобных областей не зависела от характера задачи, а степень усиления коррелировала с показателями интереса к работе и психической концентрацией. Хотя эти результаты могут иметь большее значение для женщин.

По данным В.В. Лазарева , рост дельта - и тета - активности в сочетании с замедлением альфа - ритма образуют самостоятельный фактор, определяющий функциональное состояние в условиях спокойного бодрствования, а также при различных видах деятельности: интеллектуальной, перцептивной, а также моторной.

Экспериментальные изменения по ЭКГ

При сравнении среднегрушювых значений спектральной плотности (СП) ЭЭГ в узких частотных поддиапазонах прежде всего были выделены полосы, наиболее представленные в спектре (табл. 4, в приложении табл. 1 и 2). В диапазоне от 3 до 7 Гц доминировали всегда 3-4 и 4-5 Гц составляющие, причем первые были больше. В альфа-диапазоне доминирующие частоты варьировали в зависимости от возраста, пола и области мозга, в которой они регистрировались. Видно, что 7-8 Гц компонент чаще преобладает у мальчиков в лобных отделах, независимо от возраста. У девочек в этих же отведениях он сменяется компонентом 8-9 Гц к 9-10 годам. 8-9 Гц поддиапазон (и в меньшей степени 9-10 Гц) доминирует практически во всех областях мозга (кроме лобных) у большинства испытуемых. Общая тенденция изменений - повышение доминирующей частоты с возрастом и от передних отделов мозга к задним.

Примерно такая же картина наблюдается при анализе коэффициентов соотношения частот ЭЭГ в тета- и альфа- диапазонах (рис. 1-4, табл. 5). Отношения компонентов 6-7 Гц к 4-5 и 10-12 Гц к 7-8 повышаются от передних областей к задним, причем вторые (в альфа-) более значительно, чем первые (в тета-). Интересно, что самые низкие значения коэффициента в тета-диапазоне наблюдаются у девочек 8-9 лет, особенно в лобных областях, а самые низкие значения в альфа-диапазоне - у мальчиков 8-9 и 7-8 лет, также в лобных областях. Наиболее высокие показатели зарегистрированы у девочек 9-10 лет и мальчиков 10-11 лет в затылочных отведениях.

При сравнении средних значений коэффициентов соотношений частот по разным отведениям (табл. 5) выявляется преобладание величин в задних областях мозга, то есть в затылочных и теменных областях больше удельный вес высокочастотных составляющих, особенно в альфа-диапазоне.

Первичные результаты сравнения испытуемых разных возрастов были представлены в многочисленных таблицах типа 13-й в приложении. На основании их анализа сконструированы таблицы 3-4 и 9-10 в приложении, 6 и 7 в тексте.

Возрастные изменения по показателям спектральной плотности (СП) ЭЭГ указывают на то, что формирование электрической активности мозга в низко- и среднечастотных диапазонах у мальчиков и девочек различается (рисунки 1-4, интегральные таблицы 6 и 7). Существенные изменения у мальчиков наблюдались между периодами 7-8 и 8-9 лет и были максимально выражены в теменно-затылочных отведениях, в виде уменьшения амплитуды в широком диапазоне (от 3 до 12 Гц). В лобных областях уменьшение СП отмечалось в полосе 8-10 Гц. Изменения значений СП детей 9-10 лет по сравнению с предыдущим возрастом проявлялись в их увеличении преимущественно в полосе 9-12 Гц в теменно-затылочных и лобных зонах коры..

У девочек между периодами 7-8 и 8-9 лет различия выражены меньше, чем у соответствующих по возрасту групп мальчиков. Зато достаточно много значимых различий между возрастами 8-9 и 9-10 лет. Они выражены в лобных и теменных отведениях в виде увеличения СП в диапазоне от 8 до 12 Гц. В диапазоне 3-5 Гц в лобных областях наблюдается, наоборот, уменьшение показателей. У мальчиков этого же возраста изменения напоминают то, что у девочек, но в меньшем масштабе.

Обобщая это, можно заметить, что у мальчиков есть тенденция уменьшения амплитуд составляющих ЭЭГ в широкой полосе к 8-9 годам по сравнению с 7-8 годами, более выраженная по теменным и затылочным областям мозга. У девочек ярче проявляются повышения компонентов 8-12 Гц к 9-10 годам по отношению к 8-9 годам в лобных и теменных областях.

Из таблиц 6 и 7 также видно, что наиболее значимые изменения коэффициента соотношения частот происходят у девочек в период между 8-9 и 9-10 лет. Во всех областях мозга повышается удельный вес более высокочастотных компонентов ЭЭГ (в тета- и альфа- диапазонах). Сопоставление тенденций изменения показателей указывает на то, что есть связь между направлением изменения амплитуд тета- и альфа-ритмов и направлением изменения коэффициентов соотношения частот в тета- и альфа-диапазонах (табл.7, уменьшение/ увеличение удельного веса более высокочастотного компонента,). Это демонстрирует, что общая десинхронизация ритмов, связанная с возрастом 7-8,5 лет, происходит в большей степени за счет подавления более высокочастотных компонентов и в тета, и в альфа-диапазонах.

Возрастные изменения биоэлектрической активности мозга охватывают значительный период онтогенеза от рождения до юношеского возраста. На основании многих наблюдений выделены признаки, по которым можно судить о зрелости биоэлектрической активности головного мозга. В их число входят: 1) особенности частотно-амплитудного спектра ЭЭГ; 2) наличие устойчивой ритмической активности; 3) средняя частота доминирующих волн; 4) особенности ЭЭГ в разных областях мозга; 5) особенности генерализованной и локальной вызванной активности мозга; 6) особенности пространственно-временной организации биопотенциалов мозга .

Наиболее изучены в этом плане возрастные изменения частотно-амплитудного спектра ЭЭГ в разных областях коры мозга. Для новорожденных характерна неритмичная активность с амплитудой около 20 мкВ и частотой 1-6 Гц. Первые признаки ритмической упорядоченности появляются в центральных зонах начиная с третьего месяца жизни. В течение первого года жизни наблюдается нарастание частоты и стабилизации основного ритма ЭЭГ ребенка. Тенденция к нарастанию доминирующей частоты сохраняется и на дальнейших стадиях развития. К 3 годам это уже ритм с частотой 7-8 Гц, к 6 годам - 9-10 Гц и т.д. . Одно время считалось, что каждая частотная полоса ЭЭГ доминирует в онтогенезе последовательно одна за другой. По этой логике в формировании биоэлектрической активности мозга выделялись 4 периода: 1-й период (до 18 мес.) - доминирование дельта-активности, преимущественно в центрально-теменных отведениях; 2-й период (1,5 года - 5 лет) - доминирование тэта-активности; 3-Й период (6-10 лет) - доминирование альфа-активности (лабиль-

ная фаза); 4-й период (после 10 лет жизни) - доминирование альфа-активности (стабильная фаза). В двух последних периодах максимум активности приходится на затылочные области. Исходя из этого, было предложено рассматривать соотношение альфа и тэта-активности как показатель (индекс) зрелости мозга .

Однако проблема соотношения тэта- и альфа-ритмов в онтогенезе является предметом дискуссий. По одним представлениям, тэта-ритм рассматривается как функциональный предшественник альфа-ритма, и таким образом признается, что в ЭЭГ детей младшего возраста альфа-ритм фактически отсутствует. Придерживающиеся такой позиции исследователи считают недопустимым рассматривать доминирующую в ЭЭГ детей раннего возраста ритмическую активность как альфа-ритм ; сточки зрения других, ритмическая активность младенцев в диапазоне 6-8 Гц по своим функциональным свойствам является аналогом альфа-ритма .

В последние годы установлено, что альфа-диапазон неоднороден, и в нем, в зависимости от частоты, можно выделить ряд субкомпонентов, имеющих, по-видимому, разное функциональное значение. Существенным аргументом в пользу выделения узкополосных поддиапазонов альфа служит онтогенетическая динамика их созревания. Три поддиапазона включают: альфа-1 - 7,7-8,9 Гц; альфа-2 - 9,3-10,5 Гц; альфа-3 - 10,9-12,5 Гц. От 4 до 8 лет доминирует альфа-1, после 10 лет - альфа-2, и к 16-17 годам в спектре преобладает альфа-3 .

Исследования возрастной динамики ЭЭГ проводятся в состоянии покоя, в других функциональных состояниях (сои, активное бодрствование и др.), а также при действии разных стимулов (зрительных, слуховых, тактильных).

Изучение сенсорно-специфических реакций мозга на стимулы разных модальностей, т.е. ВП, показывает, что локальные ответы мозга в проекционных зонах коры регистрируются с момента рождения ребенка. Однако их конфигурация и параметры говорят о разной степени зрелости и несоответствия таковым у взрослого в разных модальностях . Например, в проекционной зоне функционально более значимого и морфологически более зрелого к моменту рождения со-матосенсорного анализатора ВП содержат такие же компоненты, как и у взрослых, и их параметры достигают зрелости уже в первые недели жизни. В то же время значительно менее зрелы у новорожденных и младенцев зрительные и слуховые ВП.

Зрительный ВП новорожденных представляет собой позитивно-негативное колебание, регистрируемое в проекционной затылочной области. Наиболее значительные изменения конфигурации и параметров таких ВП происходят в первые два года жизни. За этот период ВП на вспышку преобразуются из позитивно-негативного колебания с латентностью 150-190 мс в многокомпонентную реакцию, которая в общих чертах сохраняется в дальнейшем онтогенезе. Окончательная стабилизация компонентного состава таких ВП

происходит к 5-6 годам, когда основные параметры всех компонентов зрительных ВП на вспышку находятся в тех же пределах, что и у взрослых. Возрастная динамика ВП на пространственно-структурированные стимулы (шахматные поля, решетки) отличается от ответов на вспышку. Окончательное оформление компонентного состава этих ВП происходит вплоть до 11-12 лет.

Эндогенные, или «когнитивные», компоненты ВП, отражающие обеспечение более сложных сторон познавательной деятельности, могут быть зарегистрированы у детей всех возрастов, начиная с младенчества , но в каждом возрасте они имеют свою специфику. Наиболее систематические факты получены при исследовании возрастных изменений компонента Р3 в ситуациях принятия решения. Установлено, что в возрастном диапазоне от 5-6 лет до взрослости происходит сокращение латентного периода и уменьшение амплитуды этого компонента. Как предполагается, непрерывный характер изменений указанных параметров обусловлен тем, что во всех возрастах действуют общие генераторы электрической активности.

Таким образом, исследование онтогенеза ВП открывает возможности для изучения природы возрастных изменений и преемственности в работе мозговых механизмов перцептивной деятельности.

ОНТОГЕНЕТИЧЕСКАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ ПАРАМЕТРОВ ЭЭГ И ВП

Вариативность биоэлектрической активности мозга, как и другие индивидуальные черты, имеет две составляющих: внутрииндивиду-альную и межиндивидуальную. Внутрииндивидуальная вариативность характеризует воспроизводимость (ретестовую надежность) параметров ЭЭГ и ВП в повторных исследованиях. При соблюдении постоянства условий воспроизводимость ЭЭГ и ВП у взрослых достаточно высока. У детей воспроизводимость тех же параметров ниже, т.е. они отличаются значительно большей внутрииндивидуальной вариативностью ЭЭГ и ВП.

Индивидуальные различия между взрослыми испытуемыми (межиндивидуальная вариативность) отражают работу устойчивых нервных образований и в значительной степени определяются факторами генотипа. У детей межиндивидуальная вариативность обусловлена не только индивидуальными различиями в работе уже сложившихся нервных образований, но и индивидуальными различиями в темпах созревания ЦНС. Поэтому у детей она тесно связана с понятием онтогенетической стабильности. Это понятие подразумевает не отсутствие изменений в абсолютных значениях показателей созревания, а относительное постоянство темпа возрастных преобразований. Оценить степень онтогенетической стабильности того или иного показателя можно только в лонгитюдных исследованиях, в ходе которых сравниваются одни и те же показатели у одних и тех же детей на разных этапах онтогенеза. Свидетельством онтогенетической стабильно-

сти признака может служить постоянство рангового места, которое занимает ребенок в группе при повторных обследованиях. Для оценки онтогенетической стабильности нередко используют коэффициент ранговой корреляции Спирмена, желательно с поправкой па возраст. Его величина говорит не о неизменности абсолютных значений того или иного признака, а о сохранении испытуемым своего рангового места в группе.

Таким образом, индивидуальные различия параметров ЭЭГ и ВП детей и подростков по сравнению с индивидуальными различиями взрослых имеют, условно говоря, «двойную» природу. Они отражают, во-первых, индивидуально устойчивые особенности работы нервных образований и, во-вторых, различия в темпах созревания мозгового субстрата и психофизиологических функций.

Экспериментальных данных, свидетельствующих об онтогенетической стабильности ЭЭГ, мало. Однако некоторые сведения об этом можно получить из работ, посвященных исследованию возрастных изменений ЭЭГ. В широко известной работе Линдсли [цит. по: 33] исследовались дети от 3 месяцев до 16 лет, причем ЭЭГ каждого ребенка прослеживалась в течение трех лет. Хотя стабильность индивидуальных особенностей специально не оценивалась, анализ данных позволяет заключить, что, несмотря на естественные возрастные изменения, ранговое место испытуемого примерно сохраняется.

Показано , что некоторые характеристики ЭЭГ оказываются устойчивыми в течение длительных периодов времени, невзирая на процесс созревания ЭЭГ. У одной и той же группы детей (13 чел.) дважды, с интервалом в 8 лет, регистрировалась ЭЭГ и ее изменения при ориентировочной и условно-рефлекторной реакциях в виде депрессии альфа-ритма. Во время первой регистрации средний возраст испытуемых в группе составлял 8,5 лет; во время второй - 16,5 лет, Коэффициенты ранговой корреляции для суммарных энергий составили: в полосах дельта- и тэта-ритмов - 0,59 и 0,56; в полосе альфа-ритма -0,36, в полосе бета-ритма -0,78. Аналогичные корреляции для частот оказались не ниже, однако наиболее высокая стабильность была выявлена для частоты альфа-ритма (R = 0,84).

У другой группы детей оценка онтогенетической стабильности таких же показателей фоновой ЭЭГ проводилась с перерывом 6 лет - в 15 лет и 21 год. В этом случае наиболее стабильными оказались суммарные энергий медленных ритмов (дельта- и тэта-) и альфа-ритма (коэффициенты корреляции для всех - около 0,6). По частоте максимальную стабильность вновь продемонстрировал альфа-ритм (Я = 0,47).

Таким образом, судя по коэффициентам ранговой корреляции между двумя рядами данных (1-е и 2-е обследования), полученным в этих исследованиях, можно констатировать, что такие параметры, как частота альфа-ритма, суммарные энергии дельта- и тэта-ритмов и ряд других показателей, ЭЭГ оказываются индивидуально стабильными.

Межиндивидуальная и внутрииндивидуальная вариативность ВП в онтогенезе изучена сравнительно мало. Однако один факт не вызывает сомнений: с возрастом вариабельность этих реакций уменьшает-

ся и нарастает индивидуальная специфичность конфигурации и параметров ВП . Имеющиеся оценки ретестовой надежности амплитуд и латентных периодов зрительных ВП , эндогенного компонента Р3 , а также потенциалов мозга, связанных с движением , в общем говорят об относительно невысоком уровне воспроизводимости параметров этих реакций у детей по сравнению со взрослыми. Соответствующие коэффициенты корреляции варьируют в широком диапазоне, но не поднимаются выше 0,5-0,6. Данное обстоятельство существенно увеличивает ошибку измерения, которая, в свою очередь, может повлиять на результаты генетико-статистического анализа; как уже отмечалось, ошибка измерения включена в оценку индивидуальной среды. Тем не менее использование некоторых статистических приемов позволяет в таких случаях ввести необходимые поправки и повысить надежность результатов.

Ключевые слова

ДЕТИ / ПОДРОСТКИ / ВОЗРАСТНОЕ РАЗВИТИЕ / МОЗГ / ЭЭГ / СЕВЕР / АДАПТАЦИЯ / CHILDREN / ADOLESCENTS / BRAIN DEVELOPMENT / EEG / THE NORTH / ADAPTATION

Аннотация научной статьи по медицинским технологиям, автор научной работы - Сороко С.И., Рожков Владимир Павлович, Бекшаев С.С.

С помощью оригинального метода оценки структуры взаимодействия компонентов (волн) ЭЭГ изучена динамика формирования паттернов биоэлектрической активности мозга и возрастных изменений взаимосвязей между основными частотными составляющими ЭЭГ , характеризующими особенности развития ЦНС у детей и подростков , проживающих в сложных экологических условиях Севера Российской Федерации. Установлено, что статистическая структура взаимодействия компонентов ЭЭГ претерпевает существенные перестройки с возрастом и имеет свои топографические и гендерные различия. В период от 7 до 18 лет уменьшается вероятность взаимодействия волн всех диапазонов частот ритмики ЭЭГ с волнами дельтаи тета-диапазонов с одновременным увеличением взаимодействия с волнами бетаи альфа2-диапазонов. В наибольшей степени динамика анализируемых показателей ЭЭГ проявляется в теменных, височных и затылочных областях коры мозга . Наибольшие половые различия по анализируемым параметрам ЭЭГ приходятся на пубертатный период. К 16-17 годам у девочек функциональное ядро взаимодействия волновых компонентов, поддерживающее структуру паттерна ЭЭГ , формируется в альфа2-бета1-диапазоне, тогда как у мальчиков в альфа2-альфа1-диа-пазоне. Выраженность возрастных перестроек паттерна ЭЭГ отражает постепенное формирование электрогенеза различных структур мозга и имеет индивидуальные особенности, обусловленные как генетическими, так и внешнесредовыми факторами. Полученные количественные показатели формирования с возрастом динамических взаимоотношений основных ритмов позволяют выявить детей с нарушенным или замедленным развитием ЦНС.

Текст научной работы на тему «Особенности частотно-временной организации паттерна ээг у детей и подростков на Севере в разные возрастные периоды»

УДК 612.821-053.4/.7(470.1/.2)

ОСОБЕННОСТИ ЧАСТОТНО-ВРЕМЕННОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ПАТТЕРНА ЭЭГ У ДЕТЕЙ И ПОДРОСТКОВ НА СЕВЕРЕ В РАЗНЫЕ ВОЗРАСТНЫЕ ПЕРИОДЫ

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова Российской академии наук,

г. Санкт-Петербург

С помощью оригинального метода оценки структуры взаимодействия компонентов (волн) ЭЭГ изучена динамика формирования паттернов биоэлектрической активности мозга и возрастных изменений взаимосвязей между основными частотными составляющими ЭЭГ, характеризующими особенности развития ЦНС у детей и подростков, проживающих в сложных экологических условиях Севера Российской Федерации. Установлено, что статистическая структура взаимодействия компонентов ЭЭГ претерпевает существенные перестройки с возрастом и имеет свои топографические и гендерные различия. В период от 7 до 18 лет уменьшается вероятность взаимодействия волн всех диапазонов частот ритмики ЭЭГ с волнами дельта- и тета-диапазонов с одновременным увеличением взаимодействия с волнами бета- и альфа2-диапазонов. В наибольшей степени динамика анализируемых показателей ЭЭГ проявляется в теменных, височных и затылочных областях коры мозга. Наибольшие половые различия по анализируемым параметрам ЭЭГ приходятся на пубертатный период. К 16-17 годам у девочек функциональное ядро взаимодействия волновых компонентов, поддерживающее структуру паттерна ЭЭГ, формируется в альфа2-бета1-диапазоне, тогда как у мальчиков - в альфа2-альфа1-диа-пазоне. Выраженность возрастных перестроек паттерна ЭЭГ отражает постепенное формирование электрогенеза различных структур мозга и имеет индивидуальные особенности, обусловленные как генетическими, так и внешнесредовыми факторами. Полученные количественные показатели формирования с возрастом динамических взаимоотношений основных ритмов позволяют выявить детей с нарушенным или замедленным развитием ЦНС.

Ключевые слова: дети, подростки, возрастное развитие, мозг, ЭЭГ, Север, адаптация

CARACTERISTICS OF TIME AND FREQUENCY EEG PATTERN IN CHILDREN AND ADOLESCENTS LIVING IN THE NORTH IN DIFFERENT AGE PERIODS

S. I. Soroko, V.P., Rozhkov, S. S. Bekshaev

I. M. Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry of the Russian Academy of Sciences,

St. Petersburg, Russia

Features of CNS development have been investigated in children and adolescents living under the severe ecological conditions in the North of Russia. The original method for estimating a time structure of the EEG frequency components interrelations was used to study the dynamics of maturation of bioelectrical brain activity pattern and age-related changes of the interplay between the main EEG rhythms. It was found that the statistical structure of the interaction of the frequency components of EEG is undergoing a significant restructuring with age and has certain topography and gender differences. The period from 7 to 18 years of age is marked by decrease the probability of interaction of wave components of the main EEG frequency bands with components of delta and theta bands while simultaneously increasing interaction with the components of beta and alpha2 frequency bands. The dynamics of studied indices EEG manifested in the parietal, temporal and occipital regions of the cerebral cortex to the greatest extent. The largest sex-related differences in the EEG parameters occur in puberty. Functional core of the wave components interaction that maintain the structure of the frequency-temporal EEG pattern is formed to 16-18 years in girls in alpha2-beta1 range, while in boys - in alpha1-alpha2 range. Intensity of age-related rearrangements of the EEG pattern reflects the gradual maturation of electrogenesis in different brain structures and has individual features due to both genetic and environmental factors. Obtained quantitative indicators of formation with age of dynamic relationships between basic EEG rhythms permit to reveal children with disturbed or delayed development of the central nervous system.

Keywords: children, adolescents, brain development, EEG, the North, adaptation

Сороко С. И., Рожков В. П., Бекшаев С. С. Особенности частотно-временной организации паттерна ЭЭГ у детей и подростков на Севере в разные возрастные периоды // Экология человека. 2016. № 5. С. 36-43.

Soroko S. I., Rozhkov V. P., Bekshaev S. S. Caracteristics of Time and Frequency EEG Pattern in Children and Adolescents Living in the North in Different Age Periods. Ekologiya cheloveka . 2016, 5, pp. 36-43.

Социально-экономическое развитие Арктической зоны определено в качестве одного из приоритетных направлений государственной политики Российской Федерации . В связи с этим весьма актуальным является всестороннее изучение медицинских и социально-экономических проблем населения Севера, охраны здоровья и повышения качества жизни .

Известно, что комплекс экстремальных факторов внешней среды Севера (природных, техногенных,

социальных) оказывает выраженные стрессогенные воздействия на организм человека, при этом наибольшее напряжение испытывает детское население . Повышенные нагрузки на физиологические системы и напряжение центральных механизмов регуляции функций у детей, проживающих в неблагоприятных климатических условиях Севера, обусловливают развитие двух видов негативных реакций: сокращения резервных возможностей и задержки

темпов возрастного развития. В основе этих негативных реакций лежит повышенный уровень затрат на гомеостатическое регулирование и обеспечение обмена веществ с формированием дефицита биоэнергетического субстрата . Кроме того, через гены высшего порядка, контролирующие возрастное развитие, неблагоприятные факторы внешней среды могут оказывать эпигенетические влияния на темпы возрастного развития путем временной остановки или сдвига той или иной стадии развития . Не выявленные в детстве отклонения от нормального развития могут привести в последующем к нарушению тех или иных функций или к выраженным дефектам уже в зрелом возрасте, существенно снижая качество жизни человека.

В литературе имеется огромное число работ, посвященных изучению возрастного развития ЦНС детей и подростков , нозологических форм при отклонениях в развитии . В условиях Севера воздействие сложных природных и социальных факторов может определять особенности возрастного созревания ЭЭГ детей . Однако достаточно надежных методов раннего выявления отклонений в развитии мозга на разных стадиях постнатального онтогенеза до сих пор нет. Требуется проведение углубленных фундаментальных исследований с целью поиска локальных и пространственных ЭЭГ-маркеров, позволяющих контролировать индивидуальное морфо-функциональное развитие мозга в разные возрастные периоды в конкретных условиях проживания.

Целью данного исследования являлось изучение особенностей динамики формирования ритмических паттернов биоэлектрической активности и возрастных изменений взаимосвязей между основными частотными составляющими ЭЭГ, характеризующими созревание как отдельных корковых и подкорковых структур, так и регуляторных подкорково-корковых взаимодействий у здоровых детей, проживающих в условиях Европейского Севера России.

Контингент обследуемых. В исследовании возрастного формирования биоэлектрической активности мозга приняли участие 44 мальчика и 42 девочки от 7 до 17 лет - учащиеся 1 - 11 классов сельской общеобразовательной школы Коношского района Архангельской обл. Исследования проводились с соблюдением требований Хельсинкской декларации по утвержденному комиссией по этике биомедицинских исследований Института эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова Российской академии наук протоколу. Родители учащихся были информированы о целях обследования и дали согласие на его проведение. Школьники участвовали в исследованиях добровольно.

Процедура ЭЭГ-исследования. ЭЭГ регистрировали на компьютерном электроэнцефалографе ЭЭГА 21/26 «Энцефалан-131 -03» (НПКФ «Медиком» МТД, Россия) в 21 отведении по международной

системе «10-20» в полосе 0,5-70 Гц с частотой дискретизации 250 Гц. Использовали монополярное отведение с объединенным референтным электродом на мочках ушей. Запись ЭЭГ производилась в положении сидя. Представлены результаты для состояния спокойного бодрствования с закрытыми глазами.

Анализ ЭЭГ. Предварительно применяли цифровую фильтрацию с ограничением диапазона частот ЭЭГ полосой от 1,6 до 30 Гц. Исключали фрагменты ЭЭГ, содержащие глазодвигательные и мышечные артефакты. Для анализа ЭЭГ применены оригинальные методы изучения динамической структуры временной последовательности волн ЭЭГ. ЭЭГ преобразовывали в последовательность периодов (волн ЭЭГ), каждый из которых в зависимости от длительности относится к одному из шести частотных диапазонов ЭЭГ (Р2: 17,5-30 Гц; Р1: 12,5-17,5 Гц; а2: 9,5-12,5 Гц; а1: 7-9,5 Гц; 0: 4-7 Гц и 5: 1,5-4 Гц). Оценивали условную вероятность появления какого-либо частотного компонента ЭЭГ при условии непосредственного предшествования ему какого-либо другого, эта вероятность равна вероятности перехода от предшествующей частотной компоненте к последующей. По численным значениям вероятности переходов между всеми указанными диапазонами частот составляли матрицу вероятностей переходов размером 6 х 6. Для наглядного представления матриц вероятностей переходов строили ориентированные вероятностные графы. Вершинами служат указанные выше частотные компоненты ЭЭГ, ребра графа соединяют компоненты ЭЭГ различных диапазонов частот, толщина ребра пропорциональна вероятности соответствующего перехода.

Статистический анализ данных. Для выявления взаимосвязи изменений параметров ЭЭГ с возрастом вычисляли коэффициенты корреляции по Пирсону, а также применяли множественный линейный регрессионный анализ с гребневыми оценками параметров регрессии с пошаговым включением предикторов. При анализе топических особенностей возрастных изменений показателей ЭЭГ предикторами служили оценки вероятности переходов между всеми 6 диапазонами частот (36 параметров для каждого отведения ЭЭГ). Анализировали коэффициенты множественной корреляции г, регрессионные коэффициенты и коэффициенты детерминации (г2).

Для оценки возрастных закономерностей формирования паттерна ЭЭГ все школьники (86 человек) были разделены на три возрастные группы: младшую - от 7 до 10,9 года (п = 24), среднюю - от 11 до 13,9 года (п = 25), старшую - от 14 до 17,9 года (п = 37). С помощью двухфакторного дисперсионного анализа (ANOVA) оценивали влияние факторов «Пол» (2 градации), «Возраст» (3 градации), а также эффект их взаимодействия на показатели ЭЭГ. Анализировали эффекты (величины F-критерия) с уровнем значимости р < 0,01. Для оценки возможности возрастной классификации детей по описанным выше матрицам вероятностей переходов в 21-м отведении использовали классический дискриминантный анализ

с пошаговым включением предикторов. Статистическая обработка полученных данных производилась при помощи пакета программ $1а<лз1лса-Ш.

Результаты

Для 86 учащихся были рассчитаны матрицы вероятностей переходов от одних частотных компонентов ЭЭГ к другим, по которым построены соответствующие графы переходов в 21 отведении ЭЭГ. Примеры таких графов у школьника 7 и 16 лет приведены на рис. 1. На графах видна повторяющаяся во многих отведениях структура переходов, характеризующая определенный алгоритм смены одних частотных компонентов ЭЭГ другими в их временной последовательности. Линии (ребра) на каждом из графов, исходящие из большинства вершин (вершины соответствуют основным диапазонам частот ЭЭГ) левой колонки графа сходятся на правой колонке к 2-3 вершинам (диапазонам ЭЭГ). Такая сходимость линий к отдельным диапазонам отражает формирование «функционального ядра» взаимодействия волновых компонентов ЭЭГ, играющего основную роль в поддержании данной структуры паттерна биоэлектрической активности. Ядром такого взаимодействия у детей из младших классов (7-10 лет) является тета- и альфа1-диапазоны частот, у подростков из старших классов (14-17 лет) - альфа1- и альфа2-диапазоны частот, то есть происходит «смена» функционального ядра низкочастотного (тета) диапазона высокочастотным (альфа1 и альфа2).

У школьников младших классов устойчивая структура переходных вероятностей характерна для

затылочных, теменных и центральных отведений. У большинства подростков 14-17 лет вероятностные переходы уже хорошо структурированы не только в затылочно-теменных и центральных, но и в височных (Т5, Т6, Т3, Т4) областях.

Корреляционный анализ позволяет количественно оценить зависимость изменений вероятностей межчастотных переходов от возраста учащегося. На рис. 2 в ячейках матриц (построены по подобию матриц вероятностей переходов, каждая матрица соответствует определенному отведению ЭЭГ) треугольниками отображены только значимые коэффициенты корреляции: вершина треугольника вверх характеризует увеличение вероятности, вершина вниз - уменьшение вероятности данного перехода. Привлекает внимание наличие регулярной структуры в матрицах для всех отведений ЭЭГ. Так, в столбцах, обозначенных 9 и 5, имеются только значки с вершиной, направленной вниз, что отражает уменьшение с возрастом вероятности перехода волны любого диапазона (обозначенного в матрице по вертикали) к волнам дельта- и тета-диа-пазонов ЭЭГ. В столбцах, обозначенных а2, р1, р2, имеются только значки с вершиной, направленной вверх, что отражает увеличение с возрастом вероятности перехода волны любого диапазона к волнам бета1-, бета2- и особенно альфа2-диапазону частот ЭЭГ. Видно, что наиболее выраженные возрастные изменения, при этом противоположно направленные, связаны с переходами к альфа2- и тета-диапазонам. Особое место занимает альфа 1-диапазон частот. Вероятность переходов к этому диапазону во всех отведениях ЭЭГ обнаруживает возрастную зависимость

Рис.1. Топические особенности структуры взаимных переходов волн разных диапазонов частот ЭЭГ у учащегося 7 (I) и 16 (II) лет р1, р2 - бета-, а1, а2 - альфа, 9 - тета, 5 - дельта компоненты (волны) ЭЭГ. Показаны переходы, условная вероятность которых превышает 0,2. Fp1 ... 02 - отведения ЭЭГ.

8 0 а1 а.2 Р1 р2

В е а1 ой р2

е ¥ ¥ А Д Д

р2 у ¥ V А А

5 0 а! а2 Р1 (52

Р1 ¥ ¥ А Д Д

8 0 а1 а2 Р1 Р2

Б 0 а1 а2 р2

ой ¥ ¥ Д А

8 0 а! а.2 Р1 Р2

а.2 ¥ ¥ А Д

¡1 У ¥ А А А

Б 0 а1 ой (51 ¡52

0 ¥ ¥ А д А

Б 0 а1 а2 Р1 Р2

(52 ¥ ¥ Д А А

8 0 «1 а2 р] Р2 Б 0 а1 ОЙ р2

0 ¥ А Д е ¥ Д

а! ¥ ¥ а1 ¥ А

а.2 ¥ ¥ А а2 ¥ Д

Р1 ¥ Р1 ¥ д

(52 У Д Р2 ¥

8 0 а1 а2 р2 Б 0 а1 ое2 Р1 Р2

е ¥ ¥ Д О ¥ ¥

а! ¥ ¥ Л А а! У ¥ Д Д

а2 ¥ А оа У ¥ Д

Р1 У ¥ Д Р1 ¥

(52 ¥ д р2 у ¥ А

8 0 а1 а2 Р1 р2 в 0 а! сс2 Р1 (52

8 У У ¥ В ¥

е ¥ ¥ А А А 0 ¥ ¥ А Д А

а! ¥ ¥ А А Д а1 ¥ ¥ А

а.2 ¥ А А а2 ¥ ¥ А

Р1 ¥ ¥ Д А Р1 ¥ А

р2 ¥ ¥ Д А Р2 У ¥ ¥ А д А

Б 0 щ а2 Р1 (52 В 0 а1 012 Р1 р2

Б ¥ ¥ 8 ¥ ¥ Д

В ¥ ¥ А 0 ¥ ¥ А

а1 ¥ ¥ А Д а1 ¥ ¥ А

а.2 ¥ ¥ А а2 ¥ ¥ А

Р1 ¥ ¥ А А Д Р1 ¥ ¥ А Д

р2 У ¥ Д А Д (52 ¥ ¥ ¥ А д А

8 0 а1 а2 Р1 р2 Б 0 «1 а.2 Р1 р2

0 ¥ ¥ Д 0 ¥ А

а1 ¥ а! ¥ А

а2 ¥ ¥ А а.2 ¥ ¥ А

Р1 ¥ ¥ А Р1 ¥ А

р2 ¥ р2 ¥ ¥ А А

Б 0 а1 ой Р1 р2

р2 У ¥ Л Д Д

Б 0 а1 а.2 Р1 (52

Р1 ¥ ¥ А д Д

р2 ¥ ¥ А А А

Рис. 2. Изменения вероятностей переходов между волновыми компонентами основных ритмов ЭЭГ в различных отведениях с возрастом у школьников (86 человек)

5 ... р2 - диапазоны частот ЭЭГ, Fp1 ... 02 - отведения ЭЭГ. Треугольник в ячейке: вершиной вниз - уменьшение, вершиной вверх - увеличение с возрастом вероятности переходов между компонентами ЭЭГ разных частотных диапазонов. Уровень значимости: р < 0,05 - светлый треугольник, р < 0,01 - темный треугольник.

лишь в единичных случаях. Однако если проследить за заполнением строк, то альфа 1-диапазон частот ЭЭГ с возрастом у школьников уменьшает связь с медленноволновыми диапазонами и увеличивает связь с альфа2-диапазоном, выступая тем самым в качестве фактора, регулирующего устойчивость волнового паттерна ЭЭГ

Для сравнительной оценки степени связи между возрастом детей и изменениями волнового паттерна в каждом отведении ЭЭГ мы использовали метод множественной регрессии, который позволил оценить эффект сочетанных перестроек взаимных переходов между компонентами всех диапазонов частот ЭЭГ с учетом их взаимной корреляции (с целью уменьшения избыточности предикторов нами была применена гребневая регрессия). Коэффициенты детерминации, характеризующие долю изменчивости изучаемых

показателей ЭЭГ, которая может быть объяснена влиянием возрастного фактора, варьируют в различных отведениях от 0,20 до 0,49 (табл. 1). Изменения структуры переходов с возрастом имеют определенные топические особенности. Так, наиболее высокие коэффициенты детерминации между анализируемыми параметрами и возрастом выявляются в затылочных (01, 02), теменных (Р3, Рг, Р4) и задневисочных (Т6, Т5) отведениях, снижаясь в центральных и височных (Т4, Т3) отведениях, а также в F8 и F3, достигая наименьших значений в лобных отведениях ^р1, Fpz, Fp2, F7, F4, Fz). Исходя из абсолютных значений коэффициентов детерминации, можно предположить, что в школьном возрасте наиболее динамично развиваются нейрональные структуры затылочных, височных и теменных областей. При этом изменения структуры переходов в теменно-височных областях в

правом полушарии (Р4, Т6, Т4) более тесно связаны с возрастом, чем в левом (Р3, Т5, Т3).

Таблица 1

Результаты множественной регрессии между переменной «возраст школьника» и вероятностями переходов

между всеми частотными компонентами ЭЭГ (36 переменных) отдельно для каждого отведения

Отведение ЭЭГ r F df r2

Fp1 0,504 5,47* 5,80 0,208

Fpz 0,532 5,55* 5,70 0,232

Fp2 0,264 4,73* 6,79 0,208

F7 0,224 7,91* 3,82 0,196

F3 0,383 6,91** 7,78 0,327

Fz 0,596 5,90** 7,75 0,295

F4 0,524 4,23* 7,78 0,210

F8 0,635 5,72** 9,76 0,333

T3 0,632 5,01** 10,75 0,320

C3 0,703 7,32** 10,75 0,426

Cz 0,625 6,90** 7,75 0,335

C4 0,674 9,29** 7,78 0,405

T4 0,671 10,83** 6,79 0,409

T5 0,689 10,07** 7,78 0,427

P3 0,692 12,15** 6,79 0,440

Pz 0,682 13,40** 5,77 0,430

P4 0,712 11,46** 7,78 0,462

T6 0,723 9,26** 9,76 0,466

O1 0,732 12,88** 7,78 0,494

Oz 0,675 6,14** 9,66 0,381

O2 0,723 9,27** 9,76 0,466

Примечание. r - коэс фициент множественный корелляции

между переменной «возраст школьника» и независимыми переменными, F - соответствующее ему значение F-критерия, уровни значимости: * p < 0,0005, ** p < 0,0001; r2 - скорректированный на число степеней свободы (df) коэффициент детерминации.

Множественный коэффициент корреляции между возрастом школьников и значениями вероятностей переходов, рассчитанный по всей совокупности отведений (при этом из полного перечня переходов были заранее исключены переходы, корреляция которых с возрастом не достигала уровня значимости 0,05) составил 0,89, скорректированный r2 = 0,72 (F (21,64) = 11,3, p < 0,0001). То есть 72 % от исходной изменчивости зависимой переменной (возраст) могут быть объяснены в рамках модели множественной линейной регрессии, где предикторами являются вероятности переходов в определенном наборе отведений ЭЭГ. В числе предикторов оказались: P3 (t/t) = -0,21; O2 (b2/t) = -0,18; C3 (b 1 /t) = -0,16; F7 (a1/t) = 0,25; T6 (d/t) = -0,20; P4 (b2/a1) = -0,21; O1 (t/ t) = -0,21; T5 (a1/a2) = -0,20; F8 (t/d) = -0,18; O1 (d/t) = -0,08; F8 (t/t) = 0,22; T6 (a1/t) = -0,26; C3 (d/t) = -0,19; C3 (b2/b1) = 0,16; F8 (b2/t) = 0,19; Fp1 (a1/a2) = -0,17; P4 (t/t) = -0,15; P3 (a2/d) = 0,11; C4 (a2/a2) = 0,16;

Fp2 (Ь2/Ъ1) = 0,11; 02 (1/а2) = -0,11 (в скобках 1/ -переход от компонента 1 к компоненту ]). Знак при регрессионном коэффициенте характеризует направления связи между переменными: если знак положителен, вероятность данного перехода с возрастом увеличивается, если знак отрицательный, вероятность данного перехода с возрастом уменьшается.

С помощью дискриминантного анализа по значениям вероятностей переходов ЭЭГ проведено разделение школьников по возрастным группам. Из всей совокупности переходных вероятностей для классификации были использованы только 26 параметров - по числу предикторов, полученных по результатам множественного линейного регрессионного анализа с гребневыми оценками параметров регрессии. Результаты разделения представлены на рис. 3. Видно, что полученные множества для разных возрастных групп перекрываются незначительно. По степени отклонения от центра кластера того или иного школьника или его попадания в другую возрастную группу можно судить о задержке или опережении темпов формирования волнового паттерна ЭЭГ.

° аз А п О <к о о

OfP® О ° д„ °o e A о о

6 -4 -2 0 2 46 Каноническая пере/пенная 1

Рис. 3. Распределение школьников различных возрастных групп (мл - младшая, ср - средняя, ст - старшая) на дискриминантом поле В качестве предикторов в дискриминантном анализе выбраны переходные вероятности компонентов (волн) ЭЭГ, значимые по результатам множественной регрессии.

Выявляются особенности в возрастной динамике формирования волнового паттерна ЭЭГ у девочек и мальчиков (табл. 2). По данным дисперсионного анализа, главный эффект фактора Пол более выражен в теменно-височных областях, чем в лобно-централь-ных и имеет акцент в отведениях правой гемисферы. Влияние фактора Пол состоит в том, что у мальчиков больше выражена связь альфа2- с низкочастотным альфа 1-диапазоном, а у девочек связь альфа2- с высокочастотными - бета-диапазонами частот.

Эффект взаимодействия факторов, связанный с возрастной динамикой, лучше проявляется в параметрах ЭЭГ лобных и височных (также преимущественно справа) областях. В основном он связан с уменьшением по мере увеличения возраста школьников вероят-

Таблица 2

Различия вероятностей переходов между частотными компонентами ЭЭГ и их возрастной динамики у девочек и мальчиков (данные ANOVA по отведениям ЭЭГ)

Переход между частотными компонентами ЭЭГ

Отведение ЭЭГ Главный эффект фактора Пол Эффект взаимодействия факторов Пол*Возраст

Fp1 ß1-0 a1- 5 0-0

Fp2 ß2-0 a1-0 0-ß1

T4 ß2-a1 0-a1 ß2-0 a2-0 a1-0 a1-5

T6 a2-a1 a2- ß1 a1-ß1 a2-0 a1-0

P4 a2-a1 ß2-a1 a1-0 a1-5

O2 a2-a1 a2-ß1 a1-ß2 a1-a1 0-0

Примечание. р2 ... 5 - компоненты ЭЭГ Представлены вероятности переходов с уровнем значимости влияния фактора Пол (взаимодействия факторов Пол и Возраст) р < 0,01. Отведения Fpz, F7, F8, F3, F4, Т3, С2, 02 в таблице не представлены из-за отсутствия значимых эффектов влияния фактора Пол и взаимодействия факторов.

ности переходов из альфа- и бета-диапазонов частот к тета-диапазону. При этом более быстрое снижение вероятности перехода от бета- и альфа-диапазонов к тета-диапазону частот у мальчиков отмечается между младшей и средней школьной возрастной группой, тогда как у девочек - между средней и старшей возрастной группой.

Обсуждение результатов

Таким образом, на основании проведенного анализа были выявлены частотные компоненты ЭЭГ, определяющие возрастную реорганизацию и специфику паттернов биоэлектрической активности мозга у школьников-северян. Получены количественные показатели формирования с возрастом динамических взаимоотношений основных ритмов ЭЭГ у детей и подростков с учетом тендерных особенностей, позволяющие контролировать темпы возрастного развития и возможные отклонения в динамике развития.

Так, у школьников младших классов устойчивая структура временной организации ритмики ЭЭГ обнаружена в затылочных, теменных и центральных отведениях. У большинства подростков 14-17 лет паттерн ЭЭГ хорошо структурирован не только в затылочно-теменных и центральных, но и в височных областях. Полученные данные подтверждают представления о последовательном развитии структур головного мозга и этапном становлении ритмогенеза и интегративных функций соответствующих областей мозга. Известно, что сенсорные и моторные зоны коры

созревают к начальному школьному периоду, позже созревают полимодальные и ассоциативные зоны, причем формирование лобной коры продолжается до зрелого возраста . В младшем возрасте волновая структура паттерна ЭЭГ носит менее организованный (диффузный) характер. Постепенно с возрастом структура паттерна ЭЭГ начинает приобретать организованный характер и к 17-18 годам приближается к таковой взрослых лиц.

Ядром функционального взаимодействия волновых компонентов ЭЭГ у детей младшего школьного возраста является тета- и альфа1-диапазоны частот, в старшем школьном возрасте - альфа1- и альфа2-диа-пазоны частот. В период от 7 до 18 лет уменьшается вероятность взаимодействия волн всех диапазонов частот ритмики ЭЭГ с волнами дельта- и тета-диапа-зонов с одновременным увеличением взаимодействия с волнами бета- и альфа2-диапазонов. В наибольшей степени динамика анализируемых показателей ЭЭГ проявляется в теменных и височно-затылочных областях коры мозга. Наибольшие половые различия по анализируемым параметрам ЭЭГ приходятся на пубертатный период. К 16-17 годам у девочек функциональное ядро взаимодействия волновых компонентов, поддерживающее структуру паттерна ЭЭГ, формируется в альфа2-бета1-диапазоне, тогда как у мальчиков - в альфа2-альфа1-диапазоне. Однако следует отметить, что возрастное формирование паттерна ЭЭГ в разных зонах коры больших полушарий идет гетерохронно, претерпевая некоторую дезорганизацию с увеличением тета-активности в периоды полового созревания. Эти отклонения от общей динамики наиболее выражены в пубертатный период у девочек.

В исследованиях показано, что у детей в Архангельской области в сравнении с детьми, проживающими в Московской области, имеется отставание в половом созревании на один-два года. Это может быть обусловлено влиянием климатогео-графических условий среды обитания, определяющих особенности гормонального развития детей в северных регионах .

Одним из факторов экологического неблагополучия среды обитания для человека на Севере является недостаток или избыток химических элементов в почве и воде. У жителей Архангельской области отмечен недостаток кальция, магния, фосфора, йода, фтора, железа, селена, кобальта, меди и других элементов . Нарушения микро- и макроэлементного баланса было выявлено и у детей и подростков, чьи данные по ЭЭГ представлены в настоящей работе . Это также может сказываться на характере возрастного морфофункционального развития различных систем организма, в том числе и ЦНС, поскольку эссен-циальные и другие химические элементы являются составной частью многих белков и участвуют в важнейших молекулярно-биохимических процессах, а некоторые из них являются токсичными .

Характер адаптационных перестроек и степень

их выраженности во многом определяется адаптационными возможностями организма, зависящими от индивидуально-типологических особенностей, чувствительности и устойчивости к тем или иным воздействиям. Изучение особенностей развития организма ребенка и становление структуры ЭЭГ является важной основой для формирования представлений о разных этапах онтогенеза, раннего выявления нарушений и разработки возможных методов их коррекции.

Работа выполнена по Программе фундаментальных исследований № 18 президиума РАН.

Список литературы

1. Бойко Е. Р. Физиолого-биохимические основы жизнедеятельности человека на Севере. Екатеринбург: УрО РАН, 2005. 190 с.

2. Горбачев А. Л., Добродеева Л. К., Теддер Ю. Р., Шацова Е. Н. Биогеохимическая характеристика Северных регионов. Микроэлементный статус населения Архангельской области и прогноз развития эндемических заболеваний // Экология человека. 2007. № 1. С. 4-11.

3. Гудков А. Б., Лукманова И. Б., Раменская Е. Б. Человек в Приполярном регионе Европейского Севера. Эколого-физиологические аспекты. Архангельск: ИПЦ САФУ, 2013. 184 с.

4. Демин Д. Б., Поскотинова Л. В., Кривоногова Е. В. Варианты возрастного формирования структуры ЭЭГ подростков Приполярных и Заполярных районов Европейского Севера // Вестник Северного (Арктического) федерального университета. Серия «Медико-биологические науки». 2013. № 1. С. 41-45.

5. Джос Ю. С., Нехорошкова А. Н., Грибанов А. В. Особенности электроэнцефалограммы и распределения уровня постоянного потенциала головного мозга у детей-северян младшего школьного возраста // Экология человека. 2014. № 12. С. 15-20.

6. Кубасов Р. В., Демин Д. Б., Типисова Е. В., Ткачев А. В. Гормональное обеспечение системой гипофиз - щитовидная железа - гонады у мальчиков в процессе полового созревания, проживающих в Коношском районе Архангельской области // Экология человека. 2004. Прил. Т. 1, № 4. С. 265-268.

7. Кудрин А. В., Громова О. А. Микроэлементы в неврологии. М. : ГЭОТАР-Медиа, 2006. 304 с.

8. Лукманова Н. Б., Волокитина Т. В., Гудков А. Б., Сафонова О. А. Динамика параметров психомоторного развития детей 7 - 9 лет // Экология человека. 2014. № 8. С. 13-19.

9. Нифонтова О. Л., Гудков А. Б., Щербакова А. Э. Характеристика параметров ритма сердца у детей коренного населения Ханты-Мансийского автономного округа // Экология человека. 2007. № 11. С. 41-44.

10. Новикова Л. А., Фарбер Д. А. Функциональное созревание коры и подкорковых структур в различные периоды по данным электроэнцефалографических исследований // Руководство по физиологии / под ред. Черниговского В. Н. Л. : Наука, 1975. С. 491-522.

11. Постановление Правительства РФ от 21.04.2014 г. № 366 «Об утверждении Государственной программы Российской Федерации «Социально-экономическое развитие Арктической зоны Российской Федерации на период до 2020 года». Доступ из справ.-правовой системы «Кон-сультантПлюс».

12. Сороко С. И., Бурых Э. А., Бекшаев С. С., Сидо-

ренко Г. В., Сергеева Е. Г., Хованских А. Е., Кормили-цын Б. Н, Моралев С. Н, Ягодина О. В., Добродеева Л. К., Максимова И. А., Протасова О. В. Особенности формирования системной деятельности мозга у детей в условиях Европейского Севера (проблемная статья) // Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова. 2006. Т. 92, № 8. С. 905-929.

13. Сороко С. И., Максимова И. А., Протасова О. В. Возрастные и половые особенности содержания макро- и микроэлементов в организме детей на Европейском Севере // Физиология человека. 2014. Т. 40. № 6. С. 23-33.

14. Ткачев А. В. Влияние природных факторов Севера на эндокринную систему человека // Проблемы экологии человека. Архангельск, 2000. С. 209-224.

15. Цицерошин М. Н., Шеповальников А. Н. Становление интегративной функции мозга. СПб. : Наука, 2009. 250 с.

16. Baars, B. J. The conscious access hypothesis: Origins and recent evidence // Trends in Cognitive Sciences. 2002. Vol. 6, N 1. P. 47-52.

17. Clarke A. R., Barry R. J., Dupuy F. E., McCarthy R., Selikowitz M., Heaven P. C. L. Childhood EEG as a predictor of adult attention-deficit/hyperactivity disorder // Clinical Neurophysiology. 2011. Vol. 122. P. 73-80.

18. Loo S. K., Makeig S. Clinical utility of EEG in attention-deficit/hyperactivity disorder: a research update // Neurotherapeutics. 2012. Vol. 9, N 3. P. 569-587.

19. SowellE. R., Trauner D. A., Gamst A., Jernigan T. L. Development of cortical and subcortical brain structures in childhood and adolescence: a structural MRI study // Developmental Medicine and Child Neurology. 2002. Vol. 44, N 1. P. 4-16.

1. Bojko E. R. Fiziologo-biochimicheskie osnovy zhiznedeyatelnosti cheloveka na Severe . Yekaterinburg, 2005. 190 p.

2. Gorbachev A. L., Dobrodeeva L. K., Tedder Yu. R., Shacova E. N. Biogeochemical characteristics of the northern regions. Trace element status of the population of the Arkhangelsk region and the forecast of endemic diseases. Ekologiya cheloveka . 2007, 1, pp. 4-11.

3. Gudkov A. B., Lukmanova I. B., Ramenskaya E. B. Chelovek v Pripolyarnom regione Evropejskogo Severa. Ekologo-fiziologicheskie aspekty . Arkhangelsk, 2013, 184 p.

4. Demin D. B., Poskotinova L. V., Krivonogova E. V. Variants of EEG Formation in Adolescents Living in Subpolar and Polar Regions of the Northern Russia. Vestnik Severnogo (Arkticheskogo) federalnogo universiteta, seriya «Mediko-biologicheskie nauki» . 2013, 1, pp. 41-45.

5. Dzhos Yu. S., Nekhoroshkova A. N., Gribanov A. V. Peculiarities of EEG and DC-potential of the Brain in Northern Schoolchildren. Ekologiya cheloveka . 2014, 12, pp. 15-20.

6. Kubasov R. V., Demin D. B., Tipisova E. V, Tkachev A. V. Hormonal provision of pituitary-thyroid-gonad gland system in boys during puberty living in Konosha District of the Arkhangelsk Region. Ekologiya cheloveka . 2004, 1 (4), pp. 265-268.

7. Kudrin A. V., Gromova O. A. Mikroelementyi v nevro-logii . Moskow, 2006, 304 p.

8. Lukmanova N. B., Volokitina T. V., Gudkov A. B., Safonova O. A. Changes of Psychomotor development parameters in 7-9 y. o. children. Ekologiya cheloveka . 2014, 8, pp. 13-19.

9. Nifontova O. L., Gudkov A. B., Shherbakova A. Je. Description of parameters of cardiac rhythm in indigenous children in Khanty-Mansiisky autonomous area. Ekologiya cheloveka . 2007, 1 1, pp. 41-44.

10. Novikova L. A., Farber D. A. Funkcionalnoe sozrevanie kory i podkorkovych struktur v razlichnye periody po dannym elektroencefalograficheskich issledovanij. Rukovodstvo po fiziologii . Ed. V. N. Chernigovsky. Leningrad, 1975, pp. 491-522.

11. Postanovlenie Pravitelstva RF ot 21.04.2014 g. № 366 «Ob utverzhdenii Gosudarstvennoj programmy Rossijskoj Federacii «Socialno-ekonomicheskoe razvitie Arkticheskoj zony Rossijskoj Federacii na period do 2020 goda» Dostup iz sprav.- pravovoj sistemy «KonsultantPlyus» .

12. Soroko S. I., Burykh E. A., Bekshaev S. S., Sidorenko G. V., Sergeeva E. G., Khovanskich A. E., Kormilicyn B. N., Moralev S. N., Yagodina O. V., Dobrodeeva L. K., Maksimova I. A., Protasova O. V. Characteristics of the brain system activity and vegetative function formation in children under conditions of the European north (a problem study). Rossiiskii fiziologicheskii jurnal imeni I. M. Sechenova / Rossiiskaia akademiia nauk. 2006, 92 (8), pp. 905-929.

13. Soroko S. I., Maksimova I. A., Protasova O. V Age and gender characteristics of the content of macro- and trace elements in the organisms of the children from the European North. Fiziologiya cheloveka . 2014, 40 (6), pp. 23-33.

14. Tkachev A. V. Vliyanie prirodnych faktorov Severa na endokrinnuyu sistemu cheloveka. Problemy ekologii cheloveka . Arkhangelsk. 2000, pp. 209-224.

15. Ciceroshin M. N., Shepovalnikov A. N. Stanovlenie integrativnojfunkcii mozga . St. Petersburg, 2009, 250 p.

16. Baars B. J. The conscious access hypothesis: Origins and recent evidence. Trends in Cognitive Sciences. 2002, 6 (1), pp. 47-52.

17. Clarke A. R., Barry R. J., Dupuy F. E., McCarthy R., Selikowitz M., Heaven P. C. L. Childhood EEG as a predictor of adult attention-deficit/hyperactivity disorder. Clinical Neurophysiology. 2011, 122, pp. 73-80.

18. Loo S. K., Makeig S. Clinical utility of EEG in attention-deficit/hyperactivity disorder: a research update. Neurotherapeutics. 2012, 9 (3), pp. 569-587.

19. Sowell E. R., Trauner D. A., Gamst A., Jernigan T. L. Development of cortical and subcortical brain structures in childhood and adolescence: a structural MRI study. Developmental Medicine and Child Neurology. 2002, 44 (1), pp. 4-16.

Контактная информация:

Рожков Владимир Павлович - кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник ФГБУН «Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова Российской академии наук»

Адрес: 194223, г. Санкт-Петербург, пр. Тореза, д. 44

Главная особенность ЭЭГ, делающая ее незаменимым инструментом возрастной психофизиологии, – спонтанный, автономный характер. Регулярная электрическая активность мозга может быть зафиксирована уже у плода, и прекращается только с наступлением смерти. При этом возрастные изменения биоэлектрической активности мозга охватывают весь период онтогенеза от момента ее возникновения на определенном (и пока точно не установленном) этапе внутриутробного развития головного мозга и вплоть до смерти человека. Другое важное обстоятельство, позволяющее продуктивно использовать ЭЭГ при изучении онтогенеза мозга, – возможность количественной оценки происходящих изменений.

Исследования онтогенетических преобразований ЭЭГ весьма многочисленны. Возрастную динамику ЭЭГ изучают в состоянии покоя, в других функциональных состояниях (сон, активное бодрствование и др.), а также при действии разных стимулов (зрительных, слуховых, тактильных). На основании многих наблюдений выделены показатели, по которым судят о возрастных преобразованиях на протяжении всего онтогенеза, как в процессе созревания (см. главу 12.1.1.), так и при старении. В первую очередь это особенности частотно-амплитудного спектра локальной ЭЭГ, т.е. активности, регистрируемой в отдельных точках коры мозга. С целью изучения взаимосвязи биоэлектрической активности, регистрируемой из разных точек коры, используется спектрально-корреляционный анализ (см. главу 2.1.1) с оценкой функций когерентности отдельных ритмических составляющих.

Возрастные изменения ритмического состава ЭЭГ. Наиболее изучены в этом плане возрастные изменения частотно-амплитудного спектра ЭЭГ в разных областях коры мозга. Визуальный анализ ЭЭГ показывает, что у бодрствующих новорожденных в ЭЭГ преобладают медленные нерегулярные колебания частотой 1 – 3 Гц амплитудой по 20 мкВ. В спектре частот ЭЭГ у них, однако, присутствуют частоты в диапазоне от 0,5 до 15 Гц. Первые проявления ритмической упорядоченности появляются в центральных зонах, начиная с третьего месяца жизни. В течение первого года жизни наблюдается нарастание частоты и стабилизации основного ритма электроэнцефалограммы ребенка. Тенденция к нарастанию доминирующей частоты сохраняется и на дальнейших стадиях развития. К 3 годам это уже ритм с частотой 7 – 8 Гц, к 6 годам – 9 – 10 Гц (Фарбер, Алферова, 1972).

Одним из наиболее дискуссионных является вопрос о том, как квалифицировать ритмические составляющие ЭЭГ детей раннего возраста, т.е. как соотносить принятую для взрослых классификацию ритмов по частотным диапазонам (см. главу 2.1.1) с теми ритмическими компонентами, которые присутствуют в ЭЭГ детей первых лет жизни. Существуют два альтернативных подхода к решению этого вопроса.

Первый исходит из того, что дельта-, тета-, альфа- и бета-частотные диапазоны имеют разное происхождение и функциональное значение. В младенчестве более мощной оказывается медленная активность, а в дальнейшем онтогенезе происходит смена доминирования активности от медленных к быстрым частотным ритмическим составляющим. Другими словами, каждая частотная полоса ЭЭГ доминирует в онтогенезе последовательно одна за другой (Garshe, 1954). По этой логике было выделено 4 периода в формировании биоэлектрической активности мозга: 1 период (до 18 мес.) – доминирование дельта-активности, преимущественно в центрально-теменных отведениях; 2 период (1,5 года – 5лет) – доминирование тета-активности; 3 период (6 – 10 лет) – доминирование альфа-активности (лабильная фаза); 4 период (после 10 лет жизни) доминирование альфа-активности (стабильная фаза). В двух последних периодах максимум активности приходится на затылочные области. Исходя из этого, было предложено рассматривать отношение альфа- к тета-активности как показатель (индекс) зрелости мозга (Matousek, Petersen, 1973).

Другой подход рассматривает основной, т.е. доминирующий в электроэнцефалограмме ритм, независимо от его частотных параметров, как онтогенетический аналог альфа-ритма. Основания для такого толкования содержатся в функциональных особенностях доминирующего в ЭЭГ ритма. Они нашли свое выражение в «принципе функциональной топографии» (Kuhlman, 1980). В соответствии с этим принципом идентификация частотного компонента (ритма) осуществляется на основании трех критериев: 1) частоты ритмического компонента; 2) пространственного расположения его максимума в определенных зонах коры мозга; 3) реактивности ЭЭГ к функциональным нагрузкам.

Применяя этот принцип к анализу ЭЭГ младенцев, Т.А.Строганова, показала, что частотный компонент 6 – 7 Гц, регистрируемый в затылочной области, можно рассматривать как функциональный аналог альфа-ритма или как собственно альфа-ритм. Поскольку этот частотный компонент имеет небольшую спектральную плотность в состоянии зрительного внимания, но становится доминирующим при однородном темном поле зрения, что, как известно, характеризует альфа-ритм взрослого человека (Строганова с соавт., 1999).

Изложенная позиция представляется убедительно аргументированной. Тем не менее проблема в целом остается нерешенной, потому что невыяснено функциональное значение остальных ритмических компонентов ЭЭГ младенцев и их соотношение с ритмами ЭЭГ взрослого человека: дельта-, тета- и бета-.

Из вышесказанного становится ясным, почему проблема соотношения тета- и альфа-ритмов в онтогенезе является предметом дискуссий. Тета-ритм по-прежнему нередко рассматривается как функциональный предшественник альфа-, и таким образом признается, что в ЭЭГ детей младшего возраста альфа-ритм фактически отсутствует. Придерживающиеся такой позиции исследователи не считают возможным рассматривать доминирующую в ЭЭГ детей раннего возраста ритмическую активность как альфа-ритм (Шеповальников с соавт., 1979).

Однако независимо от того, как интерпретируются эти частотные составляющие ЭЭГ, возрастная динамика, свидетельствующая о постепенном сдвиге частоты доминирующего ритма в сторону более высоких значений в диапазоне от тета-ритма к высокочастотному альфа-, является неоспоримым фактом (например, рис. 13.1).

Гетерогенность альфа-ритма. Установлено, что альфа-диапазон неоднороден, и в нем в зависимости от частоты можно выделить ряд субкомпонентов, имеющих, по-видимому, разное функциональное значение. Существенным аргументом в пользу выделения узкополосных поддиапазонов альфа служит онтогенетическая динамика их созревания. Три поддиапазона включают: альфа-1 – 7,7 – 8,9 Гц; альфа-2 – 9,3 – 10,5 Гц; альфа-3 – 10,9 – 12,5 Гц (Алферова, Фарбер, 1990). От 4-х до 8 лет доминирует альфа-1, после 10 лет – альфа-2, ив 16 – 17 годам в спектре преобладает альфа-3.

Составляющие альфа-ритма имеют и разную топографию: ритм альфа-1 более выражен задних отделах коры, преимущественно в теменных. Он считается локальным в отличие от альфа-2, который широко распространен в коре, имея максимум в затылочной области. Третий компонент альфа, так называемый мюритм, имеет фокус активности в передних отделах: сенсомоторных зонах коры. Он также имеет локальный характер, поскольку его мощность резко убывает по мере удаления от центральных зон.

Общая тенденция изменений основных ритмических составляющих проявляется в снижении с возрастом выраженности медленной составляющей альфа-1. Этот компонент альфа-ритма ведет себя как тета- и дельта-диапазоны, мощность которых снижается с возрастом, а мощность компонентов альфа-2 и альфа-3, как и бета-диапазона возрастает. Однако бета-активность у нормальных здоровых детей низка по амплитуде и мощности, и в некоторых исследованиях этот частотный диапазон даже не подвергается обработке из-за его относительно редкой встречаемости в нормальной выборке.

Особенности ЭЭГ в пубертате. Прогрессивная динамика частотных характеристик ЭЭГ в подростковом возрасте исчезает. На начальных стадиях полового созревания, когда увеличивается активность гипоталамо-гипофизарной области в глубоких структурах мозга, существенно изменяется биоэлектрическая активность коры больших полушарий. В ЭЭГ возрастает мощность медленно-волновых составляющих, в том числе альфа-1, и уменьшается мощность альфа-2 и альфа-3.

В период пубертата заметно выступают различия в биологическом возрасте, особенно между полами. Например, у девочек 12 – 13 лет (переживающих II и III стадии полового созревания) ЭЭГ характеризуется большей по сравнению с мальчиками выраженностью мощности тета-ритма и альфа-1 компонента. В 14 – 15 лет наблюдается противоположная картина. У девочек проходят завершающие (ТУ и У) стадии пубертата, когда снижается активность гипоталамо-гипофизарной области, и постепенно исчезают отрицательные тенденции в ЭЭГ. У мальчиков в этом возрасте преобладают II и III стадии полового созревания и наблюдаются перечисленные выше признаки регресса.

К 16 годам указанные различия между полами практически исчезают, поскольку большинство подростков входят в завершающую стадию полового созревания. Восстанавливается прогрессивная направленность развития. Частота основного ритма ЭЭГ вновь возрастает и приобретает значения, близкие к взрослому типу.

Особенности ЭЭГ при старении. В процессе старения происходят существенные изменения в характере электрической активности мозга. Установлено, что после 60 лет наблюдается замедление частоты основных ритмов ЭЭГ, в первую очередь в диапазоне альфа-ритма. У лиц в возрасте 17 – 19 лет и 40 – 59 лет частота альфа-ритма одинакова и составляет приблизительно 10 Гц. К 90 годам она снижается до 8,6 Гц. Замедление частоты альфа-ритма называют наиболее стабильным «ЭЭГ-симптомом» старения мозга (Фролькис, 1991). Наряду с этим возрастает медленная активность (дельта- и тета-ритмы), и количество тета-волн больше у лиц с риском развития сосудистой психологии.

Наряду с этим у лиц старше 100 лет – долгожителей с удовлетворительным состоянием здоровья и сохранными психическими функциями – доминантный ритм в затылочной области находится в пределах 8 – 12 Гц.

Региональная динамика созревания. До сих пор, обсуждая возрастную динамику ЭЭГ, мы специально не анализировали проблему региональных различий, т.е. различий, существующих между показателями ЭЭГ разных зон коры в том и другом полушарии. Между тем такие различия существуют, и можно выделить определенную последовательность созревания отдельных зон коры по показателям ЭЭГ.

Об этом, например, говорят данные американских физиологов Хадспета и Прибрама, которые прослеживали траектории созревания (от 1 до 21 года) частотного спектра ЭЭГ разных областей мозга человека. По показателям ЭЭГ они выделили несколько стадий созревания. Так, например, первая охватывает период от 1 года до 6 лет, характеризуется быстрым и синхронным темпом созревания всех зон коры. Вторая стадия длится от 6 до 10,5 лет, причем пик созревания достигается в задних отделах коры в 7,5 лет, после этого ускоренно начинают развиваться передние отделы коры, которые связаны с реализацией произвольной регуляции и контроля поведения.

После 10,5 лет синхронность созревания нарушается, и выделяются 4 независимые траектории созревания. По показателям ЭЭГ центральные области коры мозга – это онтогенетически наиболее рано созревающая зона, а левая лобная, наоборот, созревает позднее всего, с ее созреванием связано становление ведущей роли передних отделов левого полушария в организации процессов переработки информации (Hudspeth, Pribram, 1992). Сравнительно поздние сроки созревания левой фронтальной зоны коры отмечались также неоднократно и в работах Д. А.Фарбер с сотрудниками.

Предыдущая запись

Персотчетность в пфр нужно будет сдавать один раз в год

Следующая запись

О возможности увольнения человека, у которого есть ипотека

Вверх