Диссертация (Исследование механизмов сенсорного дозирования (сенсорный гейтинг) с помощью слуховых вызванных потенциалов мозга человека), страница 2

Изучить влияние центрального утомления, возникающего при сильнойфизической нагрузке, на показатели сенсорного гейтинга.2. Изучить влияние физической нагрузки, не вызывающей выраженногоутомления, на показатели сенсорного гейтинга.3. Изучить взаимосвязь показателей сенсорного гейтинга и параметровнегативности рассогласования.4.

Изучить взаимосвязь процессов предшествующих вниманию (СГ и НР) ивремени сенсомоторной реакции при решении когнитивной задачи.Научная новизнаВпервые показано влияние утомления, возникающего при сильнойстатической нагрузке, на показатели СГ. Сильная нагрузка, приводящая кутомлению, значительно снижает коэффициент сенсорного гейтинга, увеличиваетамплитуду Р50 в ответ на второй стимул в паре и уменьшает латентность пикаР50 в ответ на второй стимул в паре (по сравнению с латентностью ответа напервый стимул в паре).

Сама по себе двигательная активность (не приводящая кутомлению) способствует некоторому увеличению коэффициента сенсорногогейтинга (АС1-АС2) путём увеличения амплитуды ответа на С1 и увеличиваетлатентный период возникновения пика Р50 в ответ на С2 (по сравнению с ответомР50 на С1).7Нами показано, что процессы предшествующие вниманию, такие какнегативностьрассогласованияисенсорныйгейтингР50,положительнокоррелируют друг с другом и со временем реакции.

Чем лучше выраженыисследуемые процессы, тем больше время реакции. Впервые обнаруженаположительная корреляция времени реакции и амплитуды НР.Обнаружен новый фактор, оказывающий влияние на параметры СГ.Показан механизм, лежащий в основе СГ: торможение, развивающееся прицентральном утомлении, влияет на торможение, лежащее в основе СГ. Влияниеутомления на СГ открывает новые возможности для исследования данногопроцесса в норме и патологии.Данная работа расширяет представления о центральных механизмах СГ.Обнаружена корреляция времени реакции и процессов, предшествующихвниманию.Изучение процессов предшествующих вниманию способствует развитиюзнаний об особенностях работы мозга на очень ранних этапах обработкиинформации.Особоевниманиеуделяетсяраннимпроцессам,которыепредшествуют вниманию, в связи с их нарушением при шизофрении. Детальноеисследование локализации источников и механизмов СГ и НР помогут открытьновые направления в диагностике и исследовании заболеваний шизофреническогоспектра.Апробация результатов исследованияРезультатымеждународныхисследованияконференциях:былиПятаяпредставленынаМеждународнаяроссийскихконференцияипокогнитивной науке (Калининград, Россия – июнь 2012), VI Всероссийскаяконференция-школа по физиологии слуха и речи, посвящённая памяти членакорреспондента АН СССР Г.

В. Гершуни — (Санкт-Петербург, Россия 2013),Шестая международная конференция по когнитивной науке (Калининград, Россия23–27 июня 2014 г.). По материалам диссертации опубликованы научные статьи в8«Журнале высшей нервной деятельности» (2015. – Т. 65. – № 5. – С. 626 – 634) и в«Российском физиологическом журнале им. И. М. Сеченова» (2015. – Т. 101. – №7. – С. 843 – 850).Личный вклад автораВсе приведённые в диссертационной работе результаты получены принепосредственном участии автора. Автор участвовала в формулировке целей изадач работы, разработке методологии исследования, в анализе литературныхданных, в планировании и выполнении всей экспериментальной работы иобработке экспериментальных данных, вошедших в диссертацию.

Анализ иобсуждение полученных результатов и подготовка публикаций проводилисьсовместно с научным руководителем и соавторами работ.9I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ1. Слуховой сенсорный гейтинг1.1. Дозирование и фильтрация сенсорной информации (сенсорный гейтинг)Сенсорный гейтинг (от англ. gatе – ворота) (СГ) – это процесс дозированияи фильтрации поступающей сенсорной информации, при помощи которого мозгрегулируетвеличинуответовнасенсорныестимулы,поступающиеизокружающей среды.

Предполагают, что СГ – это адаптационный механизм,позволяющий мозгу предотвращать чрезмерную стимуляцию или сенсорнуюперегрузку. Механизм включает в себя процессы прямого и обратноготорможения воспринимаемых стимулов. Сенсорное дозирование информации –это своеобразный аналог механизма латерального торможения, только не впространстве, а во времени, позволяющий мозгу разносить (во времени)обработку информации.Механизм сенсорного дозирования традиционно изучается с помощьюметода вызванных потенциалов, когда наглядно, на графиках волн компонентовВП можно наблюдать картину подавления ответов мозга на поступающие изокружающей среды стимулы.

Чаще всего для изучения феномена СГ используюткомпонент Р50 слуховых ВП человека, но и более поздние компоненты, такие какN100 и Р200 тоже могут быть использованы для изучения СГ (напр. Rentzsch etal., 2008). Изучаемый феномен более выражен на примере компонента Р50, этосвязано с тем, что феномен гейтинга маскируется на более поздних стадияхобработки информации, так как более поздние компоненты, такие как N100 иP200, являются отражением работы не только СГ, но и других механизмов.Обычно, СГ изучают в парадигме парного предъявления стимулов(Freedman et al., 1987; Braff et al., 1990; Weisser et al., 2001). Два идентичныхкоротких стимула (С1 – «кондиционирующий» и С2 – «тестовый» длительностью1-10мс) предъявляются парами с фиксированным межстимульным интервалом в500 мс.

При ответе на первый стимул в паре мозг реагирует сильнее, что10выражается в большей амплитуде компонента Р50, нежели в случае реакции мозгана второй стимул в паре.Компонент Р50 ВП – это позитивная волна слухового ВП, котораявозникает на промежутке 40-80 мс, после начала предъявления стимула. Такжеэтот компонент называют волна Р1 или Pb комплекс (Yvert et al., 2001).Межстимульный интервал в 500 мс выбран не случайно, именно при такомвременном промежутке между стимулами лучше всего выявляется подавлениеответа на второй стимул в паре (Onitsukaa et al., 1999, Ermutlu et al., 2007).

Такойбольшой интервал между стимулами в паре позволяет избежать слияния волн ВПполученных после первого и второго стимула, и исключает возможностьобратной маскировки сигнала. Показатели СГ считаются нормальными, когдаамплитуда ответа на второй стимул в паре составляет примерно 30% отамплитуды ответа на первый стимул. Хотя существуют данные, что ответ навторой стимул в паре может составлять от 15% до 45% ответа на первый стимул впаре у здоровых испытуемых (Hetrick et al., 1996).Коэффициент сенсорного гейтинга принято рассчитывать несколькимиспособами.

Первый способ – вычитание амплитуды ответа на второй стимул(АС2) из амплитуды ответа на первый стимул (АС1) (АС1-АС2). Второй способ –деление амплитуды ответа на второй стимул на амплитуду ответа на первыйстимул и умножение этого значения на 100% (АС2/АС1*100%) (Smith et al., 1994)или вычитание отношения амплитуд из 1 (1 - (АС2/АС1)) (напр. Marshall et al.,2004). Большинство авторов предпочитают использовать отношение амплитуд С1и С2 (АС2/АС1*100%) для определения коэффициента СГ. Нам представляетсяболее предпочтительным использовать первый способ подсчёта СГ (АС1-АС2),потому что у некоторых испытуемых, при выполнении задания на утомление,компонент Р50 в ответ на второй стимул может становиться больше ответа напервый стимул, и при использовании второго способа подсчёта (АС2/АС1*100%),коэффициент СГ становится больше 100%.11Существует ещё один метод измерения СГ, который редко используется –это метод измерения волны разности гейтинга (ВРГ).

Волна ВРГ получается привычитании из волны ВП в ответ на С1 волны ответа на С2, а затем анализируютсяпараметры (амплитуда и латентность) получившейся кривой. Положительныестороны этого метода в том, что ВРГ позволяет изолировать во времени ипространстве изменения в ВП, которые могут рассматриваться в качествепроявлений гейтинга в диапазоне волны Р50. Легко сравнить латентности пиковР50 в ответ на первый стимул и ВРГ.

Такая процедура вычитания одной волныВП из другой обычно используется в различных ВП исследованиях сиспользованием позитронно-эмиссионной томографии и функциональной МРТ, икрайне редко используется в исследовании слухового сенсорного гейтинга(Arnfred et al., 2006).К настоящему времени уже проведён ряд исследований с использованиемразличных методов, задачей которых являлось установить вероятный механизм илокализацию процессов сенсорного гейтинга (Freedman et al., 1987; Korzyukov etal., 2007). Авторы считают, что основные генераторы компонента Р50локализованы в височных долях мозга, в то время как активность нейронов,способствующая сокращению амплитуды P50 на второй стимул в паре (феноменслухового СГ), локализована в лобной части головного мозга.Существует несколько гипотез возникновения СГ Р50.

Первая – эторефрактерность нейрональных генераторов P50. Нейрональные генераторыкомпонента P50 могут слабее реагировать на идентичную повторяющуюсяслуховую информацию, которая активирует одни и те же популяции нейронов.Предполагают, что первый стимул (С1) генерирует след памяти, которыйреверберирует в нейронной цепи. Второй стимул сопоставляется нервнойсистемой со следом первого стимула, оставшимся в памяти, а затем ответ навторой стимул подавляется. Такая интерпретация явлений СГ может показатьсядостаточноправдоподобной, поскольку известно явление рефрактерности12отдельных нейронов, но механизмы, лежащие в основе генерации ВП, непоказывают рефрактерности на уровне популяций нейронов (Javitt et al., 2000b).Рефрактерность отдельных нейронов может вносить вклад в процесс СГ, но неможет полностью объяснить работу этого сложного механизма.

Скорее всего,основной вклад в процесс сенсорного дозирования информации вносят сложныевзаимодействия между нейронами, которые обеспечивают передачу звуковойинформации на временном отрезке, соответствующем появлению волны Р50слуховых ВП. На уровне слуховых нейронов коры долговременное подавлениенейронной активности после первого щелчка (на временном интервале от 128 до512 мс) было найдено только у 50% зарегистрированных нейронов. Но дажеуменьшение активности этих нейронов может быть вызвано подавлениемсинаптических входов, которые они получают от внутрикортикальных синапсов(Wehr et al., 2005).Вторая гипотеза заключается в том, что феномен СГ Р50 (подавление ответана второй стимул в паре) может быть вызван активностью нейронов, лежащих запределами расположения первичных генераторов компонента P50 слуховых ВП(височные области).

Предполагают, что активность этих нейронов (в периодмежду первым и вторым стимулом) может оказывать тормозное действие напервичные генераторы Р50. Например, феномен СГ Р50 может быть вызван иактивацией гиппокампа, которая была обнаружена начиная с 250 мс послепредъявления С1 (Grunwald et al., 2003). Источники подавления волны Р50 могутнаходиться и в лобных долях мозга (Korzyukov et al., 2007). Эти результатысогласуется с результатами, Найта и коллег, которые показали, что у пациентов сповреждениямипрефронтальныхдорсолатеральныхобластейкорыобнаруживается изменение показателей СГ, обычно эти изменения связаны суменьшением подавления ответа на второй стимул в паре (Knight et al., 1999).Исследование Грунвальда и коллег также показывает участие префронтальнойкоры (поля 6 и 24 по Бродману) в СГ P50 (Grunwald et al., 2003).