Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

КРОССКОРРЕЛЯЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ЭЭГ И АСИММЕТРИЯ α-РИТМА У ДЕТЕЙ 6–7 ЛЕТ ПРИ ДОСТИЖЕНИИ ЦЕЛИ

Кузнецова Т.Г. 1 Горбачева М.В. 1 Булгакова О.С. 2
1 ФГБУН Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН
2 Северо-западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова
Исследованы изменения кросскорреляционных связей ЭЭГ и асимметрия α-ритма у детей 6–7 лет при достижении ими цели, приближающейся с различными скоростями. Высказано предположение, что усиление активности α-ритма в диапазоне 8–13 Гц в ассоциативных зонах правого полушария является общим механизмом при восприятии эмоционально значимого стимула независимо от возраста человека. В то же время, у детей обнаружена асимметричность распределения α-ритма по поддиапазонам, не связанная с эмоциональной значимостью стимула. В низкочастотном поддиапазоне (7–8 Гц) отмечалась правосторонняя асимметрия, тогда как левосторонняя асимметрия преобладала в средне- и высокочастотных поддиапазонах (8,75–9,75 и 10,0-13,5 Гц), что отражает недостаточную зрелость их ЦНС.
дошкольники
корреляционные связи ЭЭГ
α-ритм
достижение цели
1. Афтанас Л.И., Рева Н.В., Варламов А.А. и др. Анализ вызванной синхронизации и десинхронизации ЭЭГ при эмоциональной активации у человека: временные и топографические характеристики // Журн. высш. нервн. деят. – 2003. – Т. 53. – № 4. – С. 485–494.
2. Гусева Н.Л., Меницкий Д.Н., Булгакова О.С. Ритмы головного мозга и сердца при монотонии //Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2004. Т. 90. – № 8. – С. 23.
3. Кузнецова Т.Г., Овчинникова Т.С., Родина Е.А., Потребности, эмоции и поведение ребенка. СПб, 2011. – 126 с.
4. Кузнецова Т.Г., Голубева И.Ю., Рязанцева Т.В. Сравнительная характеристика успешности выполнения и поведенческих реакций саморегуляции макаки, шимпанзе и детей 2–3 лет при выборе по образцу конкретных и абстрактных изображений // Вестник психофизиологии. – 2012. – № 4. – С. 32–40.
5. Кузнецова Т.Г., Горбачева М.В. Роль реакций саморегуляции в организации целенаправленного поведения детей 6-7 лет. // Международный научно-исследовательский журнал. Часть 1. 2013. – № 12 (19). – С. 23–28.
6. Лапшина Т.Н. Психофизиологическая диагностика эмоций человека по показателям ЭЭГ. Автореф. канд.дис. – М., 2007. – 26 с.
7. Мачинская Р.И., Соколова Е.С., Крупская Е.В. Формирование функциональной организации коры больших полушарий в покое у детей младшего школьного возраста с различной степенью зрелости регуляторных систем мозга. Сообщ. 2. Анализ когерентности альфа-ритма // Физиология человека. – 2007. – Т. 33. – № 2. – С. 5–15.
8. Свидерская Н.Е. Особенности пространственной организации ЭЭГ и психофизиологических характеристик человека при дивергентном и конвергентном типах мышления // Физиология человека. – 2011. – Т. 37, № 1. – С. 36–44.
9. Способ определения целеустремленности: А.с. 1410948 СССР. МКИ4 А61В5/16/ // Открытия. Изобретения. – 1988. – № 27. – С. 44–46. Кузнецова Т.Г., Сыренский В.И., Наулайнен Б.А.
10. Сыренский В.И., Кузнецова Т.Г. Рефлекс цели у приматов. – Л.: Наука, 1990. – 120 c.
11. Davidson R.J., Marshall J.R., Tomarken A.J., Henriques J.В. While a phobic waits: regional brain electrical and autonomic activity in social phobics during anticipation of public speaking // Biol. Psychiat. – 2000. – V. 47. – P. 85–95.
12. Krause С.М., Viemero V., Rosenqvist A. et al. Relative electroencephalographic desynchronization and synchronization in humans to emotional film content: an analysis of the 4-6, 6-8, 8-10 and 10-12 Hz frequency bands // Neurosci. Lett. –2000. – V. 286. – P. 9–12.

Организма – это целостная саморегулируемая система, стремящаяся сохранить постоянство внутренней среды – гомеостаз – на всех уровнях и во всех системах. При этом целенаправленное поведение любого организма, являясь неотъемлемой частью его жизнедеятельности [2]. Отражение информационных характеристик достигаемой цели (скорости, времени и т.д.) сопряжено с когнитивной составляющей деятельности субъекта, а оценочная сторона цели (полезности, нужности и т.д.) отражается в активации системы эмоций. Именно поэтому в первую очередь при достижении цели наиболее ярко проявляются эмоциональные реакции – радость при быстром достижении желаемой цели и избегание вплоть до отказа при длительном и трудном ее достижении. Когнитивные характеристики достигаемой цели проявляются на более высоких уровнях саморегуляции – эндокринном, нейрогуморальном, вегетативном, центральном и т.д.

Сравнительные исследования поведение человека и антропоидов при достижении цели выявили, что высокие скорости и короткое время ее достижения активировали систему положительных эмоций. Смена скоростей и увеличение времени достижения отражалась в дискретном замещении положительных эмоций активацией системы ориентировочных реакций и сосредоточения и постепенном нарастании отрицательных эмоций [3, 10]. При этом оказалось, что перечисленные реакции четко коррелировали с общей динамикой вариабельности сердечного ритма, индексом его напряжения (ИН) и перестройкой биопотенциалов головного мозга [4, 5].

К сожалению, нет четкого представления об отражении эмоций в ЭЭГ взрослых людей [1, 6] и практически нет онтогенетических исследований в этом направлении. В тоже время, по данным клинических исследований известно, что негативное эмоциональное состояние формируется правым полушарием, а положительное – левым [11].

Отсюда задача нашего исследования – попытка поиска биоэлектрических коррелятов целенаправленного поведения при активации системы эмоций у детей в онтогенезе. Отдельный интерес представляет анализ α-ритма, отражающий не только зрелость ЦНС ребенка дошкольного возраста, но и проявление его эмоциональных реакций.

Материалы и методы исследования

Использовалась методика приближающейся цели (МПЦ) [9], основу которой представляет лента транспортера длиной 1000 мм. На дальнем ее конце помещалась цель-объект. Скорость движения цели задавалась исследователем и варьировалась в диапазоне от 250 до 5 мм/с, а испытуемый по команде «Внимание, работай!» запускал устройство с помощью кнопки, находящейся перед ним.

В процессе исследования велась видеозапись для анализа поведенческих реакций саморегуляции с параллельной регистрацией ЭЭГ от 10 отведений: Fp1, Fp2, F3, F4, Р3, Р4, Т3, Т4, О1, О2, расположенных по международной схеме 10-20, монополярно с объединенным ушным электродом на 21-канальном блоке усилителя фирмы «Мицар ЭЭГ» (Санкт-Петербург) и персональном компьютере. Обработка ЭЭГ осуществлялась в программе «MitsarWinEEG».

Рассматривались изменения кросскорреляционных связей ЭЭГ, динамика диапазонов частот α-ритма и асимметричность его распределения по отведениям за период не менее 60 с для каждой из предъявленных скоростей с последующим усреднением по группе испытуемых.

Статистический анализ результатов проводился на основе программного пакета StatSoft Statistika 6.0 с использованием непараметрического Т-критерия Вилкоксона. Значимыми считались различия на уровне не менее P < 0,05.

Результаты исследования и их обсуждение

Ранее было установлено, что у всех испытуемых-приматов, независимо от возраста, вида и пола (дети, взрослые люди, шимпанзе) изменение скорости приближающейся цели сопрягалось с дискретной активацией модулирующих систем: эмоциональных реакций, сосредоточения и ориентировочного рефлекса [5, 10].

Как правило, достижение испытуемыми объекта, приближающегося со скоростями 250 и 125 мм/с, происходило на фоне спокойного эмоционально положительного реагирования на ситуацию.

Движение объекта, приближающегося со скоростями от 50 до 25 мм/с, активировало защитные поведенческие реакции саморегуляции пассивного избегания (отведение взгляда, отворачивания от установки и т.д.) и сопровождалось появлением тенденции к сокращению времени слежения за движущимся объектом. Дальнейшее снижение скорости движения цели до 10 и 5 мм/с усилило проявляемость негативных реакций и достоверно (p = 0,002) сократило время слежения по сравнению с предыдущими скоростями.

При этом распределение кросскорреляционных связей ЭЭГ оказалось сходным, как в спокойном состоянии при открытых глазах (ГО), так и в ответ на снижение скорости движения объекта от 250 до 5 мм/с (кроме скорости 50 мм/с), несмотря на противоположную по физиологической значимости эмоциональную окраску высоких и низких скоростей (рисунок).

В этих ситуациях наиболее часто взаимосвязанными оказывались симметричные лобно-моторные (17–23 %), левосторонние теменно-затылочные (от 16–24 %) и правосторонние височно-теменно-затылочные (от 16–26 %) зоны мозга, при этом устанавливались длинные межполушарные лобно-теменные связи (от 19–28 %), так называемая «когнитивная ось» [8].

Обратил на себя внимание тот факт, что в состоянии при ГО и достижении цели, приближающейся со скоростью 5 мм/с, распределение корреляционных связей было одинаковым, как по конфигурации, так и по коэффициенту корреляции r от 0,4 до 0,6. Кроме того, достижение объекта, приближающегося со скоростями 250, 125, 25 и 10 мм/с, также оказалось сходным по конфигурации, но коэффициент корреляции увеличился r от 0,6 до 0,8.

В ситуации достижения цели, приближающейся со скоростью, равной 50 мм/с, активировалась система ориентировочной реакции. Психологически испытуемыми эта скорость воспринималась близкой к высоким скоростям, но визуально цель-объект двигался заметно медленнее, что приводило к рассогласованию в системе достижения цели (возникала неопределённость ситуации). Рассогласование в системе привело к десинхронизации корреляционных связей ЭЭГ, к значимой перестройке биопотенциалов головного мозга и усилению корреляции между отдельными его зонами во всех частотных диапазонах.

В отличие от других скоростей приближения цели, в данной ситуации не только сохранилось и/или увеличилось количество правосторонних височно-теменно-затылочных (от 30–40 %) и левосторонних теменно-затылочных связей (45 %), удвоилось число межполушарных лобно-теменных (с 20 до 40 %), но и увеличился их коэффициент корреляции до 0,8-1,0 во всех частотных диапазонах.

Вместе с этим обратил на себя внимание факт появления новых (r > 0,4–0,6) межполушарных лобно-лобных, лобно-затылочных (до 25 %) и лобно-височных (25 %) связей.

kuz1.tif

Изменение распределения корреляционных связей при снижении скорости приближения цели. Обозначения: топограммы распределения корреляционных связей между исследуемыми зонами мозга. Пунктирные линии – от15 % до 19 % связей, черные тонкие – от 20 % до 29 % связей, черные жирные – больше 30 % связей

Изменение значимой частотной асимметричности распределения α-ритма ЭЭГ по изучаемым отведениям у детей 6–7 лет

Номера

столбцов

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Диапазоны частот α-ритма, Гц

7,0–8,5

8,75–9,75

10,0–13,5

7,0–8,5

8,75–9,75

10,0–13,5

7,0–8,5

8,75–9,75

10,0–13,5

7,0–8,5

8,75–9,75

10,0–13,5

Топограммы

kuz2a.tif

kuz2b.tif

kuz2d.tif

kuz2с.tif

Состояния

Фон (ГО)

250–125 мм/с

50–25 мм/с

10–5 мм/с

Примечание: топограммы распределения α-ритма ЭЭГ по изучаемым отведениям у детей 6-7 лет в процессе достижения ими цели, соответствующие: Фон – исходное состояние (ГО). Цифры под топограммами – скорости достижение цели: 250–125 мм/с (эмоционально положительное состояние); 50–25 мм/с (состояние неопределенности); 10–5 мм/с (эмоционально отрицательное состояние). Точки на топограммах – отведения, в которых отмечалась достоверная (p < 0,02) частотная асимметричность α-ритма ЭЭГ в Гц.

При снижении скорости достижения объекта и смене эмоциональной окраски с положительной на отрицательную динамика α-ритма в диапазоне (8–13 Гц) у детей существенно не менялась, что согласуется с данными иностранных авторов [12], полученными на взрослых людях при «пассивном» просмотре эмоциональных фильмов.

Вместе с тем, дальнейший анализ полученных фактов выявил интересный нюанс изменения асимметричности α-ритма в зависимости от условий достижения цели по поддиапазонам.

Известно, что α-ритм окончательно формируется в 15–17-летнем возрасте [7], но уже к 7 годам появляется низкочастотный α-ритм (не более 8 Гц), еще не имеющий «веретенообразных» модуляций и градиента падения от затылочных зон к лобным и подразделяется на поддиапазоны: низкочастотный – от 7,0 до 8,5 Гц, среднечастотный – от 8,75 до 9,75 Гц и высокочастотный – от 10,0 до 13,5 Гц.

Однако в проведенной работе выяснилось, что у 77 % детей с низкочастотным (от 7,0 до 8,5 Гц) диапазоном α-ритма наблюдалась сходная с фоном, значимая правосторонняя асимметрия практически по всем отведениям вне зависимости от активации модулирующих систем, связанных со скоростью достижения объекта (см. таблицу: 1, 4, 7 и 10 столбцы).

У 11,5 % детей со среднечастотным (от 8,75 до 9,75 Гц) α-ритмом выявилась значимая левосторонняя асимметрия уже в исходном состоянии (ГО) и сохранилась при достижении цели сопровождающимся, как положительным, так и отрицательным эмоциональным реагированием (см. таблицу: 2, 5 и 11 столбцы соответственно). При достижении цели со скоростями 50–25 мм/с в ситуации неопределенности (столбец № 8) асимметрии не отмечалось.

Еще у 11,5 % детей с высокочастотным (от 10,0 до 13,5 Гц) α-ритмом так же отмечалась значимая левосторонняя асимметрия в исходном состоянии, которая сохранилась не зависимо от эмоционального восприятия приближающегося объекта, определяемого скоростью его достижения (см. таблицу: 3, 6, 9 и 12 столбцы).

Общей закономерностью для двух последних групп детей оказалось сохранение асимметричной активности α-ритма, относительно исходного состояния, в передних отделах левого полушария и исчезновение ее в задних отделах того же полушария при достижении объекта, приближающегося со все более низкими скоростями.

Таким образом, полученные факты распределения α-ритма в ЭЭГ детей 6-7 лет, характеризуя уровень зрелости коры их головного мозга, свидетельствуют о том, что у большей части детей этого возраста α-ритм еще не сформирован и имеет низкочастотный диапазон, у меньшей находится на стадии завершения или уже завершил свое формирование, что согласуется с работами детских психофизиологов [7].

Заключение

В работе показано, что у детей 6-7 лет, равно как и у взрослых людей, усиление активности α-ритма в диапазоне 8-13 ГЦ в ассоциативных зонах правого полушария и асимметричное его распределение в теменно-височных областях является общим механизмом при восприятии эмоционально значимого стимула независимо от возраста человека [1, 6].

У детей, в отличие от взрослых людей, выявленная асимметричность распределения α-ритма по поддиапазонам, не связана с эмоциональной значимостью стимула и свидетельствует только о недостаточной зрелости их ЦНС.


Библиографическая ссылка

Кузнецова Т.Г., Горбачева М.В., Булгакова О.С. КРОССКОРРЕЛЯЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ЭЭГ И АСИММЕТРИЯ α-РИТМА У ДЕТЕЙ 6–7 ЛЕТ ПРИ ДОСТИЖЕНИИ ЦЕЛИ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 10-5. – С. 845-848;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=7641 (дата обращения: 22.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074