Ээг в условиях двигательной активности - электроэнцефалограмма и функциональные состояния человека

ВВЕДЕНИЕ

Одно из перспективных направлений использования метода ЭЭГ связано с изучением структурных и функциональных различий между полушариями большого мозга человека, существующими, в частности, в организации и управлении речевыми и двигательными процессами, эмоциональным поведением, зрительным и слуховым восприятием (узнавание лиц, мелодий и др.) (М.Н.Ливанов, 1972- Е.Д.Хомская, 1972- А.Р.Лурия, 1973- Н.П.Бехтерева, 1974, 1985- В.Д.Небылицын, 1976- П.В.Симонов, 1981- Н.Н.Данилова,1985). Именно использование метода ЭЭГ позволило получить наиболее прямую информацию относительно нейрофизиологических механизмов функциональных асимметрий мозга (A.Morgan е.а., 1971- D.Giannitrapani, 1971- Е.Д.Хомская, 1978- A.Gevins е.а., 1979- Е.Б.Сологуб, 1981, Г.А.Кураев, 1983 и др.). Однако, несмотря на наличие многочисленных фактов, свидетельствующих о существовании специфических особенностей в морфо-функциональной организации полушарий мозга, вопрос о характере межполушарных отношений и полушарной специализации в реализации (как мысленной, так и реальной) психомоторных действий остается открытым. Строго не описано и распределение ЭЭГ-частот, характер пространственно-временной организации биоэлектрической активности мозга в этих условиях.

В литературе встречаются лишь единичные исследования, в которых проведен сравнительный анализ распределения частот ритмов ЭЭГ у людей с различной степенью функциональной межполушарной асимметрии (доминирования), что и послужило основанием для проведения детальных исследований, которые были выполнены нами на обследуемых с высокой степенью правосторонней латерализации двигательных (рука) и сенсорных (глаз) функций (суммарный коэффициент правосторонней латерализации не ниже 90 - 100) в состоянии относительного покоя. Межполушарные различия оценивались в диапазонах дельта-, тета-, альфа-, бета-1 и бета-2-частот в покое и при реализации психомоторных актов. Учитывая отсутствие при идеомоторном воспроизведении двигательных актов возможности их объективного контроля, а также необходимость осуществления обследуемым высоко скоординированных двигательных актов, к исследованиям были привлечены спортсмены-каратисты, овладевшие и длительное время применявшие в своей спортивной практике идеомоторную тренировку. Исследование включало анализ распределения ЭЭГ-частот, регистрируемых монополярно от лобных (F3, F4), центральных (С3, С4) и затылочных (01, 02) областей в покое и при мысленном воспроизведении идеомоторных актов и программ ведущей и субдоминантной сторонами тела, для чего вычислялся коэффициент асимметрии по формуле:

Мп и Мл - мощность ЭЭГ-частот в симметричных отведениях правого и левого полушарий мозга.

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ МОЗГА СПОРТСМЕНОВ В ПОКОЕ

1.1. ЭЭГ-характеристики зрительных областей

Анализ распределения мощности частот ритмов ЭЭГ зрительных областей коры показал, что все обследуемые отчетливо разделяются на три группы - группу с левосторонней асимметрией (I), группу с правосторонней асимметрией (II) и группу без сколь-нибудь выраженной асимметрии (III, ТАБЛИЦА 21). Численность групп с лево- и правосторонней асимметрией мощности дельта-, тета- и бета-2-частот практически не различалась, а для альфа- и бэта-1-диапазонов эти различия были существенными. Количество обследуемых с правосторонней асимметрией в этих случаях превосходило в 3,3 - 4,5 раза число обследуемых с левосторонней асимметрией. В целом правосторонняя асимметрия по альфа-ритму наблюдалась у 59% обследуемых, левосторонняя - у 18%. Сколь-нибудь выраженная асимметрия отсутствовала у 23% обследуемых.
ТАБЛИЦА 21.
Значения коэффициентов асимметрии мощности частот ритмов ЭЭГ (затылочные отведения)

Обозначения: К- - левосторонняя, К+ - правосторонняя асимметрии, n- - кол-во испытуемых с левосторонней, n+ - правосторонней, n0 - без асимметрии.
Абсолютные значения коэффициентов асимметрии ЭЭГ у обследуемых I и II групп достоверно отличались лишь для быстрых частот. Несмотря на то, что в обеих группах отмечались существенные вариации значений Кас, оцениваемых по мощности основных ритмов ЭЭГ (РИСУНОК 53), их вариабельность у представителей II группы была в целом выше, чем первой. Примерно у половины обследованных в различных частотных диапазонах Кас имели разные знаки, однако ни в одном случае различия не были сколь-нибудь существенными для соседних ЭЭГ-диапазонов. Абсолютные значения коэффициентов асимметрии суммарного спектра мощности ЭЭГ у обследуемых I и II групп не различались. Вместе с тем, если в группу с правосторонней асимметрией, оцениваемой по суммарной мощности ЭЭГ, входило около 44% обследованных спортсменов, то в группу с левосторонней - лишь 27%.
На РИСУНКЕ 54 приведены значения когерентности ЭЭГ-частот, оцениваемые для всей группы обследованных нами спортсменов. Как неоднократно отмечалось выше, отчетливо прослеживается снижение значений когерентности с увеличением частоты колебаний. Детальный анализ когерентности ЭЭГ обследуемых выделенных групп показал (РИСУНОК 55), что, если у лиц с левосторонней асимметрией мощности частот высокие, значения когерентности отмечались лишь в альфа-диапазоне, то в группе с правосторонней асимметрией когеретность была существенно ниже, в том числе, и в альфа-диапазоне частот. В группе лиц с отсутствием сколь-нибудь выраженной асимметрии высокие значения когерентности имели место лишь в области низких ЭЭГ- частот.

ЭЭГ-характеристики центральных областей

Анализ усредненных (по всем ритмам) значений коэффициентов асимметрии мощности ЭЭГ-частот в группах с лево- (I) и правосторонней (II) асимметрией показал, что по абсолютным значениям они не различались (-0,41 и +0,40, соответственно). Однако в действительности различия в Кас отсутствовали лишь на дельта-частотах (ТАБЛИЦА 22). Во всех других частотных диапазонах наблюдались различия как по величине Кас, так и по численности соответствующих групп. Обращают на себя внимание значительные различия в численности подгрупп с высокими значениями Кас, оцениваемыми по мощности частот тета- и альфа-ритмов ЭЭГ (в I группе - 18% и 23%, соответственно, во II - 53% и 59%). Численность подгруппы с высокими значениями Кас, оцениваемыми по мощности быстрых ЭЭГ-частот (бета-1 и бета-2), напротив, во второй группе была выше, чем в первой (23% и 21% для II группы и 35% и 44% - для I). В группах без асимметрии мощности ЭЭГ численность подгрупп колебалась в пределах от 18% для альфа- диапазона до 41% -для бета-1. В целом необходимо отметить, что суммарный анализ выявил левостороннюю асимметрию в распределении мощности альфа-, бета-1- и бета-2- частот.
В центральных отведениях, в отличие от зрительных, значения Кас в первой группе варьировали в большей степени, чем во второй.
Суммарные значения когерентности ЭЭГ-частот, регистрируемых от центральных областей, так же, как и от зрительных, были сравнительно невелики.

Рисунок 53.
Значения Кае мощности частот дельта-(Д), тета-(Т), альфа-(А), бета-1-(В1) и бета-2-(В2)ритмов ЭЭГ затылочных отведений 4 испытуемых

Рисунок 54.
Средние значения когерентности частот ритмов ЭЭГ затылочных отведений

Рисунок 55.
Средние значения когерентности частот ритмов ЭЭГ затылочных отведений в группах с левосторонней (I), правосторонней (II) и без асимметрии (III)
Отмечается та же тенденция снижения когерентности с увеличением частоты колебаний (РИСУНОК 56). При этом в первой группе высокие значения когерентности были характерны для области тета- и альфа-колебаний (0,50 и 0,62, соответственно), а во второй - только для тета- (0,55). ЭЭГ третьей группы обследуемых имела высокие значения когерентности (0,5 - 0,77) на всех частотах, кроме бета-2 (РИСУНОК 57).

ЭЭГ-характеристики лобных областей

Как известно, лобные доли - филогенетически наиболее молодые отделы коры головного мозга - ответственны за программирование, регуляцию и контроль поведения в вероятностной (стохастической) среде обитания (А.Р.Лурия, 1969). По-видимому, в значительной степени неоднозначность результатов ЭЭГ- исследований лобных областей связана именно со сложной функциональной ролью, которую играют эти структуры в психомоторных действиях.
ТАБЛИЦА 22,
Значения коэффициентов асимметрии мощности частот ритмов ЭЭГ центральных отведений

Рисунок 56.
Средние значения когерентности частот ритмов ЭЭГ центральных областей неокортекса

Рисунок 57.
Средние значения когерентности частот ритмов ЭЭГ центральных отведений в группах с левосторонней (I), правосторонней (II) и без асимметрии (HI)
Как показали выполненные нами исследования, лобные области коры отличаются от центральных и затылочных более стабильным профилем асимметрии уже в состоянии покоя. Как видно из ТАБЛИЦЫ 23, самые многочисленные подгруппы (от 47% до 59% обследованных) составили лица, у которых мощность всех пяти частотных диапазонов ЭЭГ была выше справа (правосторонняя асимметрия). Напротив, подгруппы с левым профилем асимметрии оказались самыми малочисленными. Промежуточное положение занимали подгруппы со смешанным типом асимметрии, причем, если для низкочастотной части спектра их численность немного отличалась от численности подгрупп с левосторонней асимметрией и уступала в 2 - 3 раза численности подгрупп с правосторонней асимметрией, то для колебаний бета-1 и бета-2-диапазонов частот их численность не отличалась от численности группы II и превосходила в 3,5 - 4 раза численность группы I.
Что касается собственно значений коэффициентов асимметрии, то в трех ЭЭГ - диапазонах (дельта, тета и альфа) Кас во второй группе превосходили по абсолютным значениям Кас первой, а на частотах бета-1 и бета-2 они практически совпадали. Усреднение Кас по всем испытуемым (и по всем диапазонам частот) с учетом знаков показало небольшую правостороннюю асимметрию мощности ЭЭГ-частот.
ТАБЛИЦА 23.
Значения коэффициентов асимметрии мощности частот ритмов ЭЭГ        лобных отведений

Усредненные значения когерентности ЭЭГ-частот оказались в целом ниже, чем для зрительных и центральных областей (РИСУНОК 58). В то же время, для каждой из групп результаты существенно отличались от описанных выше (РИСУНОК 59). Так, у обследуемых первой группы во всех диапазонах частот когерентность была относительно низкой (как правило, менее 0,50), максимальные значения приходились на альфа-частоты (0,48). Во второй группе в дельта-, тета- и альфа- диапазонах частот когерентность принимала максимальные значения (от 0,58 до 0,72). На частотах бета-1 и бета-2 она была ниже, однако выше, чем у обследуемых других групп. У представителей третьей группы значения когерентности были достаточно низкими во всех диапазонах ЭЭГ-частот.
Таким образом, полученные нами результаты свидетельствуют о преобладании у наших обследуемых правосторонней асимметрии мощности ЭЭГ при сравнительно высоких значениях когерентности межполушарных процессов. Число лиц с таким профилем асимметрии превосходило в 3,5 - 5 раз количество обследуемых с левосторонней асимметрией и в 1,1 - 3 раза - число лиц без асимметрии мощности для разных частотных диапазонов ЭЭГ.

Рисунок 58.
Средние значения когерентности частот ритмов ЭЭГ лобных отведений
Ког

Рисунок 59.
Средние значения когерентности частот ритмов ЭЭГ лобных отведений в группах с левосторонней (I), правосторонней (II) и без асимметрии (III)