Реактивность μ-ритма ЭЭГ у детей при имитации движений визуальных образов биологического и небиологического происхождения

На базе Центра коллективного пользования научным оборудованием «Экспериментальная физиология и биофизика» ФГАОУ ВО «КФУ имени В. И. Вернадского» было проведено исследование с целью анализа реактивности µ-ритма ЭЭГ у детей в условиях имитации движений визуальных образов биологического и небиологического происхождения.

В исследовании приняли участие 136 детей-правшей в возрасте 4–15 лет. Критерии включения в эксперимент: наличие нормального уровня зрения и слуха; предпочтение правой руки в работе с компьютерной мышью; достаточный уровень когнитивного развития. Критерии исключения: прием препаратов, влияющих на работу ЦНС; тяжелые хронические соматические заболевания.

Специалисты разделили детей на 4 возрастные группы: 4–6 лет (30 человек), 7–9 лет (46 человек), 10–12 лет (30 человек) и 13–15 лет (30 человек).

Запись ЭЭГ производили во время выполнения испытуемыми серии последовательных заданий длительностью по 30 с каждое. Отрезки ЭЭГ подвергали быстрому преобразованию Фурье с эпохой анализа 4 с и взаимным перекрытием эпох 50%.

В ситуации имитации движений визуальных образов небиологического происхождения использовали следующие задания: фиксация взгляда на видеоизображении компьютерной мыши; осуществление концентрических перемещений цветного круга на экране монитора при помощи компьютерной мыши; имитация движений другого цветного круга.

В ситуации имитации движений визуальных образов биологического происхождения испытуемый и экспериментатор располагались за стоящими рядом столами, на каждом из которых находились монитор и компьютерная мышь. На мониторе перед испытуемым с помощью вебкамеры демонстрировали рабочую плоскость стола экспериментатора с расположенной на ней мышью.

ЭЭГ анализировали в индивидуальном частотном диапазоне µ-ритма, определяемого при совершении самостоятельных движений правой рукой в отведении С3. Полный частотный диапазон µ-ритма (6–13 Гц) разбивали на отрезки по 1 Гц. В качестве индивидуального частотного диапазона принимали два прилегающих друг к другу отрезка с максимальной десинхронизацией относительно фона. Амплитуду µ-ритма в пределах индивидуального частотного диапазона рассчитывали для каждой экспериментальной ситуации. С целью нормализации распределения значения амплитуд логарифмировали.

Значения медианы нижней границы индивидуального диапазона µ-ритма составили 9 Гц (8,5; 10) при крайних значениях 6 и 11 Гц. Значения медианы верхней границы индивидуального диапазона µ-ритма составили 11 Гц (10,5; 12) при крайних значениях 8 и 13 Гц. Различия по данному показателю между возрастными группами не достигали уровня статистической значимости.

У детей 4–6 лет при осуществлении концентрических перемещений цветного круга была выявлена значимая десинхронизация µ-ритма ЭЭГ (Дв.1 относительно фона) в большинстве исследуемых областей. При имитации движений цветного круга изменения амплитуды µ-ритма (ИмНБ относительно Дв.1) не достигали уровня статистической значимости. При выполнении самостоятельных движений компьютерной мышью у детей данного возраста был зарегистрирован значимый рост амплитуды µ-ритма ЭЭГ (Дв.2 относительно фона) в центральном локусе правого полушария (C4). При имитации движений экспериментатора была обнаружена десинхронизация сенсомоторного ритма (ИмБ относительно Дв. 2) в срединном теменном отведении (Pz).

В группе детей 7–9 лет значимая депрессия µ-ритма в ситуации Дв.1 была обнаружена в большинстве исследуемых областей. При ИмНБ относительно изменения амплитуды µ-ритма не достигали уровня статистической значимости. В ситуации Дв.2 значимая десинхронизация сенсомоторного ритма была обнаружена в центральных (C3 и Cz) и всех теменных локусах. При ИмБ относительно Дв.2 не выявлено значимых изменений амплитуды µ-ритма.

У детей 10–12 лет при Дв.1 значимое падение амплитуды µ-ритма зарегистрировано в большинстве анализируемых локусов. При имитации движений цветного круга обнаружена значимая синхронизация сенсомоторного ритма (ИмНБ относительно Дв.1) в срединном фронтальном отведении. В ситуации Дв.2 значимое падение амплитуды µ-ритма наблюдали в центральных (C3 и Cz) и всех теменных локусах. При ИмБ относительно Дв.2 изменения амплитуды сенсомоторного ритма не достигали уровня статистической значимости.

В группе подростков 13–15 лет при Дв.1 снижение амплитуды µ-ритма достигало уровня статистической значимости во всех анализируемых локусах. При имитации небиологического движения в большинстве исследуемых областей была зарегистрирована значимая синхронизация (ИмНБ, относительно Дв.1) сенсомоторного ритма. При выполнении самостоятельных движений компьютерной мышью значимая десинхронизация сенсомоторного ритма (Дв.2 относительно фона) была обнаружена во всех исследуемых областях. В ситуации ИмБ выявлена дополнительная, по сравнению с предыдущим заданием, десинхронизация µ-ритма, значимая во всех отведениях.

Для анализа различий в реактивности µ-ритма при ИмНБ и ИмБ, относительно условий выполнения самостоятельных движений с произвольной скоростью, был проведен дисперсионный анализ индексов реактивности с учетом возрастной группы и локуса отведения ЭЭГ. Средние значения индексов реактивности µ-ритма у детей в четырех возрастных группах представлены в табл. 1 и 2. Выявлено значимое влияние факторов СИТ (F1, 132 = 21,85; p < 0,001) и ЛОК (F8, 1056 = 3,95; p < 0,001), а также взаимодействия факторов СИТ×ВОЗР (F3, 132 = 5,52; p = 0,001). В группе детей дошкольного возраста различия в индексах реактивности µ-ритма ЭЭГ при ИмНБ и ИмБ достигали уровня статистической значимости в теменных отведениях Pz и P4 (p = 0,03). У детей 7–9 лет анализируемые различия были статистически значимыми для локуса Fz (p = 0,04). У детей 10–12 лет различия в индексах реактивности µ-ритма не достигали уровня статистической значимости. В группе подростков 13–15 лет анализируемые различия были статистически значимыми во всех исследуемых областях (p ≤ 0,001).

Анализ изменений амплитуды µ-ритма показал, что у детей 4–6 лет при выполнении произвольных перемещений цветного круга (Дв.1) можно наблюдать значимую десинхронизацию µ-ритма ЭЭГ во фронтальном и центральном отведениях левого полушария, медианном фронтальном отведении и всех теменных областях (F3, Fz, C3, P3, Pz, P4). При выполнении самостоятельных движений компьютерной мышью (Дв.2) значимого падения амплитуды µ-ритма не наблюдалось. Возможно, что для детей данного возраста задание на выполнение относительно простых круговых движений компьютерной мышью было проще задания на захват и перемещение цветного круга при помощи левой кнопки компьютерной мыши и не требовало особого двигательного контроля. При выполнении этого задания был также выявлен значимый рост амплитуды µ-ритма ЭЭГ в локусе C4, что может быть связано с торможением в ипсилатеральном, относительно задействованной руки, полушарии.

В группах детей 7–9 и 10–12 лет десинхронизация µ-ритма при выполнении самостоятельных движений была обнаружена в большинстве исследуемых областей. При этом условие осуществления концентрических перемещений цветного круга (Дв.1), в отличие от условия выполнения движений мышью по кругу (Дв.2), также сопровождалось десинхронизацией сенсомоторного ритма во фронтальных локусах (F3, Fz). Известно, что лобные области коры головного мозга осуществляют планирование и подготовку сложных движений. Предполагается также, что более сложные двигательные акты сопровождаются более широко распространенной десинхронизацией µ-активности. Можно предположить, что выполнение перемещений цветного круга у детей 7–12 лет, как и у младшей группы, требовало значительных усилий, что и приводило к вовлечению фронтальных областей коры.

Ситуации имитации движений визуальных образов биологического и небиологического происхождения у детей 4–6, 7–9 и 10–12 лет почти не сопровождались дополнительной модуляцией µ-ритма относительно выполнения произвольных движений. Выявленный факт может свидетельствовать о том, что у детей данного возраста в условиях подражания дополнительные ресурсы неокортекса, требуемые для переработки разномодальной информации, вовлекаются недостаточно.

В группе подростков 13–15 лет значимая десинхронизация сенсомоторного ритма при выполнении самостоятельных движений была обнаружена во всех исследуемых областях. Снижение амплитуды µ-ритма над фронтальными, центральными и париетальными локусами у детей старшего возраста может быть обусловлено развитием связей между задействованными областями неокортекса. При имитации движений визуальных образов небиологического происхождения наблюдалось меньшее падение амплитуды сенсомоторного ритма, чем при выполнении произвольных движений и подражании движениям визуальных образов биологического происхождения. Можно предположить, что необходимость подражать движениям другого объекта привела к переключению внимания на его восприятие и, как следствие, к ослаблению моторного контроля собственных движений. У детей данного возраста в ситуации ИмБ выявлена дополнительная, по сравнению с наблюдаемой при выполнении задания Дв.2, значимая десинхронизация µ-ритма во всех отведениях. Обращает на себя внимание наибольшая выраженность такой реакции в париетальных локусах. Известно, что париетальные области коры больше вовлечены в переработку информации при наблюдении движений, выполняемых человеком, в сравнении с наблюдением движений небиологических объектов. Выявленная в настоящем исследовании модуляция сенсомоторного ритма в данных областях при подражании движениям визуальных образов биологического происхождения может указывать на участие находящихся в теменной коре компонентов СЗН, связанных с кодированием целей, лежащих в основе наблюдаемых действий.

При разработке программного обеспечения интерфейсов мозг-компьютер, предназначенных для коррекции двигательных расстройств, в качестве зрительных стимулов могут быть использованы элементы движений небиологических объектов, но чем старше дети, тем более эффективным для активации неокортекса может быть предъявление движущихся биологических объектов.

Источник: Реактивность μ-ритма ЭЭГ у детей при имитации движений визуальных образов биологического и небиологического происхождения. А. И. Кайда , А. А. Михайлова, Е. В. Эйсмонт, Л. Л. Джаппарова, В. Б. Павленко

Выпуск №2/2020

Метки: , , ,

02.07.2020

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *