Автореферат (Движущаяся волна ЭЭГ человека)

03.03.01 – физиологияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степенидоктора биологических наукСанкт-Петербург 2014Работа выполнена на кафедрах Общей физиологии и Физиологии высшейнервнойдеятельностиипсихофизиологииСанкт-Петербургскогогосударственного университета.Научный консультант:Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессорКропотов Юрий Дмитриевич,заведующий лабораторией нейробиологиипрограммирования действий ФГБУН Института мозгачеловека им.

Н.П. Бехтеревой РАНдоктор медицинских наук, профессорШеповальников Александр Николаевич,главный научный сотрудник ФГБУН Институтаэволюционной физиологии и биохимии им. И.М.Сеченова РАНдоктор медицинских наук, профессорКлименко Виктор Матвеевич,Заведующий физиологическим отделом им. И.П.Павлова ФГБУ «Научно-исследовательский институтэкспериментальной медицины» СЗО РАМНВедущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждениенауки «Институт физиологии им.

И.П. Павлова» РАНЗащита состоится “___” ___________ 201__ г. в ___ часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.232.10 по защите диссертаций на соисканиеученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наукпри Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199034,Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9 (аудитория 90)С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им.М. Горького Санкт-Петербургского государственного университета по адресу:199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7/9. Автореферат размещенна сайте www.spbu.ru.Автореферат разослан “____”_____________201__ г.21 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ1.1 Актуальность темы исследованияРост фазового сдвига ЭЭГ-колебаний при увеличении расстояния междуэлектродами выглядит как движущаяся волна электрического потенциала.Колебание ЭЭГ, первично возникнув в одном пункте, распространяется поповерхности головы по определённой траектории.

Это явление получилоназвание «движущейся волны ЭЭГ» или «travelling wave».Следует подчеркнуть, что движущаяся волна ЭЭГ тесно связана спространственными взаимоотношениями биопотенциалов в целом. Она можетрассматриваться как своеобразное преломление или отдельный аспект этойболее общей проблемы дистантных взаимоотношений активности разныхцентров мозга в ходе обработки информации.Существует определённый скепсис в отношении метода ЭЭГ как такового.Он обусловлен низким пространственным разрешением. В 1950-1980-х годахЭЭГ в целом считалась шумом, а альфа-активность человека только холостымходом. Однако между 1990 и 2010, было опубликовано значительное числоработ, связанных с когнитивными коррелятами альфа-активности и другихритмов.

Вновь разработанные гипотезы в основном базируются на новойстратегии и выходят за рамки, установленные несколько десятилетий назад.По В. Маунткаслу, смена парадигмы, внесённая изучением ритмическихколебаний мозга, стала одним из самых важных концептуальных ианалитических средств для понимания когнитивных процессов. Теперь однойиз основных задач для неврологии является разработка способов изучениядеятельности распределенных систем в бодрствующем мозге. При этом роль«пространства-времени» и «последовательности» получила огромное значениедля развития новых концепций. В связи с этим метод ЭЭГ продолжаетпривлекать исследователей и клиницистов, поскольку сохраняется его главноепреимущество – высокое временное разрешение, позволяющее описатьдинамику активности нейронов в миллисекундном диапазоне.31.2 Степень разработанности проблемыПервый пик исследований электроэнцефалографии в экспериментальнойработе и клинической практике пришёлся на 1940-е годы.

Тогда же быливысказаны основные гипотезы о феномене движущейся волны ЭЭГ. Этогипотезы временного кодирования (Линдсли) и сканирования (Питтс и МакКаллок), тесно связанные между собой. В связи с несовершенствомсуществовавших в то время методов досконально проверить гипотезы былоневозможно. Сейчас проверка стала возможной, а тогдаисследования сприменением ЭЭГ в значительной мере утратили привлекательность для самыхпередовых экспериментальных неврологов.Примерно до 2000-го года движущиеся волны, несмотря на давнююисторию, оставались мало исследуемой областью. В последний периоднаблюдается новый всплеск интереса к движущейся волне, но в основном засчёт локальных потенциалов поля (LFP) в опытах на животных.

Можновыделить кластеры взаимосвязанных работ о движении волн LFP в зрительнойсистеме, септо-гиппокампальной системе, системе управления движением и др.Самая же актуальная задача для ЭЭГ – повышение точности локализации ипространственного разрешения. Развиваемый в настоящей работе методисследования фазовой структуры биопотенциалов тоже может быть предложенв качестве способа повышения пространственного разрешения.1.3 Цель и задачи исследовани яЦель исследования: Выяснить происхождение и нейрофизиологическоезначение регулярно наблюдающегося закономерного перемещения альфаволн и волн других ритмов ЭЭГ по конвекситальной поверхности головы,Задачи исследования:1.

Оценить функциональную роль движущийся волны ЭЭГ в процессеобработки информации в мозге человека и уточнить роль этого феномена вобеспечении взаимодействия соседних участков коры и дистантно разобщенныхкорковых центров.42. Определить: в какой мере движение волн ЭЭГ связано непосредственно санализом информации (кодом нервной деятельности) и/или с колебаниямитонуса нервных центров коры.3.

Обосновать концепцию о физическом механизме образования разностифаз колебаний на поверхности коры больших полушарий мозга.1.4 Научная новизнаТочные аналоги методики, реализованной в созданной нами для настоящегоисследования установке, неизвестны. Существующие близкие по целям системыопираются на другие классы мозговых явлений и не тождественны нашейметодике. Её ключевым отличием является подход к спонтанным волнам ЭЭГ,аналогичный накоплению вызванных потенциалов, что позволяет выявлять втекущейритмикеЭЭГскрытыепостоянныесоставляющиеразнойдлительности.При помощи созданной нами методики при активации коры было впервыеобнаружено появление кольцевых волн активности, ранее предсказанныхдругими исследователями теоретически.

Также впервые показано распадениепри переходе от покоя к деятельному состоянию единого потенциального поляна независимые «зоны генерации».1.5 Теоретическая и практ ическая значимость работыНа основании анализа ЭЭГ большой группы неврологических пациентовсозданынормативныебазыданныхофазовыхрассогласованияхбиопотенциалов для сравнения нормальной ЭЭГ и различныхвидовотклонений, которые могут быть использованы в медицинской диагностике.На программное обеспечение, разработанное в ходе работы, полученыавторские свидетельства.1.6.

Методология и методы исследованияРазработана и создана установка для оценки траектории и скоростидвижущейся волны при многоэлектродной регистрации ЭЭГ, а также её5визуализацию на экране в виде векторной (и другой) анимации. При этомиспользуется оригинальный математический аппарат.Данная методика даёт новые возможности, т.к. усовершенствует визуальноепредставление ритмических процессов, опирающееся на автоматические навыкиобразного мышления.Разработан ряд численных параметров для описания паттернов фазовыхсоотношений,длястатистикиисоответственнообъективнойпроверкизакономерностей, выявленных визуально на анимации. Сочетание образногомышления и объективной статистики является в достаточной степени новым.Помимо того, разработан новый метод программного управлениятриггерной фотостимуляцией в режиме биологической обратной связи дляисследования системы нейронов возвратного торможения.1.7 Положения, выносимые на защитуБольшинство данных о фазовых рассогласованиях скальповой ЭЭГобусловлено сигнальной передачей по анатомическим связям, а не свойствамимозга как объёмного проводника.Сглаживание данных о фазовых сдвигах ЭЭГ в режиме скользящегосреднего выявляет скрытые постоянные составляющие в ЭЭГ наподобиесуммации вызванных потенциалов (ВП).Для экстравертов характерно движение волн ЭЭГ от правых затылочныхзон к левым теменным, для экстравертов – в обратную сторону вдоль указаннойдиагонали.

Диагональная асимметрия траекторий локально выявлена также влобных и центральных областях и для всей коры в целом. Диагональноесмещениезадаётсяасимметричнойанатомиейсвязей.Индивидуальныеразличия в направлении движения волн у экстравертов и интровертовопределяются конституциональными различиями кортикального тонуса.При смене функциональных состояний мозга динамика движущейся волныЭЭГ резко меняется. При открывании глаз увеличивается доля траекторий сфазовым лидерством в проекционной зрительной зоне. При этом растётскорость движения по всем траекториям. Симпатотоники являются в этом6отношении более реактивными по-видимому из-за более выраженного ростакортикального тонуса.При активации участка коры появляются кольцевые волны ЭЭГ илиэпицентры, аналогичные по свойствам волне «альфа-сканирования» встриарной коре и показанные ранее на модели Ижикевича-Эдельмана.

Речьидёт о взаимодействии соседних участков коры в виде самоорганизацииактивности в сети осцилляторов с короткими связями.В центральных областях при движениях рукой обнаружено смещение ЭЭГволн спереди назад и в латеральном направлении от сагиттальной линии. Придвижении руки «на себя» отмечено дополнительное усиление описаннойструктуры в районе моторного центра правой руки. В этом отражаетсясмещение импульсного потока при контроле движения.