Автореферат (Исследование механизмов сенсорного дозирования (сенсорный гейтинг) с помощью слуховых вызванных потенциалов мозга человека)

На правах рукописиДмитриева Елена СергеевнаИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ СЕНСОРНОГО ДОЗИРОВАНИЯ(СЕНСОРНЫЙ ГЕЙТИНГ) С ПОМОЩЬЮ СЛУХОВЫХ ВЫЗВАННЫХПОТЕНЦИАЛОВ МОЗГА ЧЕЛОВЕКА19.00.02 – ПсихофизиологияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учёной степеникандидата биологических наукСанкт-Петербург2016Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете.Научныйруководитель:доктор биологических наук, профессорАлександров Александр Алексеевичпрофессор с возложенными обязанностямизаведующего кафедрой высшей нервнойдеятельности и психофизиологииФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственныйуниверситет»Официальныеоппоненты:доктор биологических наук,Малинина Евгения Сергеевнаведущий научный сотрудник лабораториисравнительной физиологии сенсорных системФГБУН «Институт эволюционной физиологиии биохимии имени И.М.Сеченова»Российской академии наукдоктор биологических наук,Кожушко Надежда Юрьевнаведущий научный сотрудник лабораториинейробиологии программирования действийФГБУН «Институт мозга человекаимени Н.П.

Бехтеревой» Российской академии наукВедущаяорганизация:ФГБУН «Институт физиологии имени И.П. Павлова»Российской академии наукЗащита состоится «_18_» мая 2016 года в __13:00__ час. на заседании совета Д 212.232.22при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199034, СанктПетербург, наб. Макарова, д.6, ауд. 227, факультет психологии.С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им.

М. Горького СанктПетербургского государственного университета по адресу: Университетская наб., д. 7/9 ина сайте www.spbu.ruАвтореферат разослан «____» _____________ 2016 года.Ученый секретарь диссертационного совета,кандидат психологических наукА.В. Трусова2Общая характеристика работыАктуальность темы исследования и степень разработанности проблемы.Сенсорный гейтинг (от англ. gate – ворота) (СГ) – это процесс дозирования и фильтрациипоступающей информации, при помощи которого мозг регулирует величину ответов насенсорные стимулы, поступающие из окружающей среды. Предполагают, что СГ – этоадаптационный механизм, позволяющий мозгу предотвращать чрезмерную стимуляциюили сенсорную перегрузку. Механизм сенсорного дозирования традиционно изучается спомощью метода вызванных потенциалов, когда наглядно можно наблюдать на графикахволн компонентов вызванных потенциалов картину подавления ответов мозга напоступающие из окружающей среды стимулы.

Чаще всего для изучения феномена СГиспользуют компонент Р50 слуховых вызванных потенциалов человека.Сенсорныйгейтинг,какиширокоизвестныйфеноменнегативностирассогласования (НР), входит в группу процессов предшествующих вниманию (ППВ) (ванглоязычной литературе pre-attentive processes). ППВ способствуют обработке сенсорнойинформации, проводя отбор и сопоставление сенсорных стимулов поступающих изокружающей среды, не вовлекая в этот процесс механизмы осознанного внимания. СГ иНР выполняют несколько различные функции, СГ выражается в подавлении реакциимозга на повторяющиеся стимулы, а НР выражается в усилении реакции мозга наизменение параметров стимуляции.Обычно, СГ изучают в парадигме парного предъявления стимулов (Freedman et al.,1987; Braff et al., 1990; Weisser et al., 2001).

Два идентичных коротких стимула (С1 и С2длительностью 1-10мс) предъявляются парами с фиксированным межстимульныминтервалом в 500 мс. При ответе на первый стимул в паре мозг реагирует сильнее, чтовыражается в большей амплитуде компонента Р50, нежели в случае реакции мозга навторой стимул в паре.Существует несколько гипотез возникновения сенсорного гейтинга. Первая – эторефрактерность нейрональных генераторов P50. Вторая гипотеза заключается в том, чтофеномен СГ Р50 (подавление ответа на второй стимул в паре) может быть вызванактивностью нейронов, лежащих за пределами расположения первичных генераторовкомпонента P50 слуховых ВП (височные области).

Предполагают, что активность этихнейронов (в период между первым и вторым стимулом) может оказывать тормозноедействие на первичные генераторы Р50.Исследование ППВ представляет научную актуальность и в связи с ихнарушением при различных заболеваниях. Показано, что ППВ серьезно нарушаются приряде патологических состояний. При этом отмечается, что и СГ и НР претерпевают3сходные изменения. Так, было показано значительное уменьшение амплитуды волны НР иослабление СГ у больных шизофренией (Adler et al.,1982; Boutros et al., 1999; Javitt et al.,2000; Näätänen et al., 200; Jeon et al., 2001). Также наблюдается ухудшение припсихической мании (Perry et al., 2001), обсессивно-компульсивном расстройстве(Swerdlow et al., 1993; Hoenig et al., 2005), болезни Хангтингтона (Swerdlow et al., 1995,2001; Valls-Sole et al., 2004), синдроме Турета (Swerdlow et al., 1994; Castellanos et al.,1996), аутизме (Perry et al., 2007).ПоказателиСГиНРспособныизменятьсяподдействиемнекоторыхфармакологических агентов.

Например, никотин способствует временному улучшениюпоказателей и сенсорного гейтинга, и негативности рассогласования, в то время как,теофиллин приводит к ухудшению изучаемых показателей.Недавно было обнаружено, что одним из факторов, влияющих на процессыпредшествующие вниманию, является центральное утомление, возникающее при сильнойфизической нагрузке. Было показано, что приводящая к утомлению физическая нагрузкаспособствует уменьшению амплитуды волны негативности рассогласования (Evstigneevaet al., 2009), поэтому представило большой интерес изучение влияния данного фактора насенсорный гейтинг.Влияние когнитивной нагрузки на показатели ППВ изучено недостаточно, имнения авторов сильно расходятся, поэтому представляет особый интерес изучениефакторов, которые могут оказывать влияние на ранние стадии обработки информации,происходящие в мозге.Целью настоящего исследования является изучение воздействия центральногоутомления, развивающегося при физической нагрузке, на параметры сенсорного гейтингаи проверка возможной связи сенсорного гейтинга с параметрами негативностирассогласования, и со временем сенсомоторной реакции.Исходя из цели исследования, были поставлены следующие задачи:1.

Изучить влияние центрального утомления, возникающего при сильной физическойнагрузке, на показатели сенсорного гейтинга.2. Изучить влияние физической нагрузки, не вызывающей выраженного утомления, напоказатели сенсорного гейтинга.3. Изучить взаимосвязь показателей сенсорного гейтинга и параметров негативностирассогласования.4. Изучить взаимосвязь процессов предшествующих вниманию (СГ и НР) и временисенсомоторной реакции при решении когнитивной задачи.4Основные гипотезы исследования:1. Центральное утомление оказывает негативное влияние на сенсорный гейтинг.2. Двигательная активность не вызывающая центрального утомления не оказываетвлияния на параметры сенсорного гейтинга.3. Процессы, предшествующие вниманию (СГ и НР) коррелируют между собой.4.

Процессы, предшествующие вниманию (СГ и НР) коррелируют со временемсенсомоторной реакции.Научная новизна заключается в том, что впервые показано влияние центральногоутомления, возникающего при сильной статической нагрузке, на показатели сенсорногогейтинга. Сильная нагрузка, приводящая кутомлению, значительно снижаеткоэффициент сенсорного гейтинга, увеличивает амплитуду Р50 в ответ на второй стимул впаре, при этом уменьшается латентность пика Р50 в ответ на второй стимул в паре (посравнению с латентностью ответа на первый стимул в паре).

Сама по себе двигательнаяактивность (не приводящая к утомлению) способствует некоторому увеличениюкоэффициента сенсорного гейтинга путём увеличения амплитуды ответа на первыйстимул в паре, и увеличивает латентный период возникновения пика Р50 в ответ на второйстимул в паре (по сравнению с ответом Р50 на первый стимул в паре).Обнаружено, что процессы предшествующие вниманию, такие как негативностьрассогласования и сенсорный гейтинг Р50, положительно коррелируют друг с другом и современем реакции. Чем лучше выражены исследуемые процессы, тем больше времяреакции. Впервые обнаружена положительная корреляция времени реакции и амплитудынегативности рассогласования.Научная теоретическая и практическая значимость работы.

Обнаружен новыйфактор, оказывающий влияние на параметры сенсорного гейтинга. Показан механизм,лежащий в основе СГ: торможение, развивающееся при центральном утомлении, влияетна торможение, лежащее в основе сенсорного гейтинга. Влияние утомления на СГоткрывает новые возможности для исследования данного процесса в норме и патологии.Данная работа расширяет представления о центральных механизмах сенсорногогейтинга. Обнаружена корреляция времени реакции и процессов, предшествующихвниманию. Изучение процессов предшествующих вниманию способствует развитиюзнаний об особенностях работы мозга на очень ранних этапах обработки информации.Особое внимание уделяется ранним процессам, которые предшествуютвниманию, всвязи с их нарушением при шизофрении. Исследование механизмов СГ и НР может иметьзначение при изучении заболеваний шизофренического спектра и их диагностике.5Теоретико-методологической основой диссертации является представление овозможном негативном влиянии центральногоутомления на высшую нервнуюдеятельность человека (Moran et al., 1986, 1988; Parker, 1973; Pinneo, 2003; Lorist et al.,2002; Van Duinen et al., 2005; Zijdewind et al., 2006) и на автоматические процессы,которые не зависят от воли человека (Evstigneeva et al., 2009).

На возможную связьпроцессов сенсорного гейтинга и негативности рассогласования указывает их нарушениепри шизофрении (Adler et al.,1982; Boutros et al., 1999; Javitt et al., 2000a, b; Näätänen et al.,2009; Roth et al., 1981; Jeon et al., 2001).Метод исследования. Исследования выполнены на 41 испытуемом (26 женщин и15 мужчин) в возрасте от 19 до 28 лет, средний возраст 22,2±3,6 года (25 человек вэксперименте 1 и 16 человек в эксперименте 2).

Все участники исследования, передначалом эксперимента, проходили устное анкетирование, в ходе которого они сообщали,что являются некурящими, правшами с отсутствием психических заболеваний,сотрясений мозга, не употребляющими психотропные препараты. Испытуемых просилине употреблять чай и кофе минимум за 2 часа до начала эксперимента.Исследование проводилось методом регистрации вызванных потенциалов мозгачеловека. Сенсорный гейтинг был исследован на примере подавления компонента Р50слуховыхвызванныхпотенциаловмозгачеловека.Дляизучениянегативностирассогласования и времени сенсомоторной реакции использовалась оддболл парадигма.Положения, выносимые на защиту1.

Тормозные процессы, развивающиеся при центральном утомлении, подавляютторможение, лежащее в основе сенсорного гейтинга.2. Сама по себе двигательная активность, не вызывающая выраженного утомления,способствует некоторому усилению процессов сенсорного гейтинга.3. Процессы, предшествующие вниманию (СГ и НР) коррелируют между собой исо временем сенсомоторной реакции.Апробациярезультатовисследования.Результатыисследованиябылипредставлены на российских и международных конференциях: Пятая Международнаяконференция по когнитивной науке (Калининград, Россия – июнь 2012), VI Всероссийскаяконференция-школа по физиологии слуха и речи, посвященная памяти членакорреспондента АН СССР Г.В. Гершуни — (Санкт-Петербург, Россия 2013), Шестаямеждународная конференция по когнитивной науке (Калининград, Россия 23–27 июня2014 г.).