Залежність кк від спектрального складу еег - електроенцефалограма і функціональні стану людини

Побудова сумарних гістограм розподілу КК дозволило показати (В.Н.Кірой, 1990, МАЛЮНКИ 41 і 42), що в стані спокійного неспання з закритими очима в них чітко виявляються 3 піку. Останнє мало місце як у випробовуваних з домінуванням в спектрі потужності альфа-частот, так і в осіб з десинхронизированное активністю, і відмінності зводилися лише до їх розташування на осі X.

У осіб з вираженим альфа-ритмом (МАЛЮНОК 41) моди в розподілах в цілому були зрушені вліво і для гістограм найбільш віддалених лобно-потиличних відведень припадали на область досить високих негативних значень (-0,3 - -0,4). У осіб з десинхронизированное активністю (МАЛЮНОК 42) вони, навпаки, були зміщені вправо і припадали в усіх випадках на область позитивних значень. Поділ КК на групи в залежності від відстані між областями відведення ЕЕГ призводило до появи 2- і 3 мономодальні розподілів, як правило, близьких до нормальних. У групі тім`яно-потиличних відведень моди розподілів КК розташовувалися в області значень 0,5 - 0,7, в групі лобно-тім`яних - 0 - 0,4, і в групі лобно-потиличних - - 0,4 - 0,1.В цілому було відзначено, що найбільш високий рівень синхронізації біопотенціалів симетричних областей (лобових, тім`яних і потиличних), а також тім`яно-потиличних.

Фазова структура поля биопотенциалов мозку людини

У найбільш ранніх дослідженнях для вимірювання фаз коливань ЕЕГ, зареєстрованої одночасно від різних неокортикальних регіонів, використовувалися методи візуального і графічного аналізу, а в більш пізніх - спеціалізовані технічні пристрої, що вимірюють фазу на даній частоті.

Підводячи певні підсумки вивчення фазової структури поля биопотенциалов мозку, А.Н.Шеповальніков з співавторами (1979) відзначали, що &ldquo-незважаючи на багаторічну історію вивчення, досі не ясно, яке напрям стійко переважають фазових зрушень хвиль не тільки в різних точках поля биопотенциалов, але навіть в двох областях кори: в лобовій і потиличної&rdquo- (с.59). Якщо в одних роботах вказується на виразне лідирування альфа-хвиль в лобових областях (МАЛЮНОК 43), то в інших той же ефект і настільки ж чітко зазначається в потиличних відведеннях.
Незважаючи на справедливість цього загального твердження, в даний час виявлено та описано найбільш стійкі відносини, що складаються в фазової структурі електричного поля мозку. Аналіз показав, що для гомологічних областей півкуль характерні невисокі фазові зрушення коливань і тенденція до підтримки синфазних відносин на частоті основного ритму ЕЕГ (EDAdrian, K.Yamagiwa, 1935- B.Garoutte, RBAird, 1958- ZBHoovey Е.А., 1972- О.М.Гріндель і ін., 1973- D.Hord Е.А., 1974 С.А.Туманян і ін., 1976- А.Н.Шеповальніков і ін., 1979- О.М.Гріндель , 1980 і ін.). Фазовий випередження від потилиці до чола (і навпаки), навпаки, як правило, велика і в ряді випадків досягає 180 градусів і більше (H.Suzuki, 1974 а, б-А.Н.Шеповальніков і ін., 1979).
Аналіз міжпівкульних відмінностей показав, що тимчасові зрушення активності тім`яно-потиличних областей кори більше в правій півкулі, ніж в лівому (E.Lishe Е.А., 1967).

Нульовий зсув по фазі ні виявлено в жодного з 42 випробовуваних. R.Cooper і ACMundy-Castle (1960), О.М.Гріндель (1965) відзначали значні зрушення фаз в діапазоні частот альфа-ритму ЕЕГ у людини в сагітальній напрямку активність симетричних областей передніх і задніх відділів кори головного мозку людини має високу синфазним . При порівнянні електричної активності передніх і задніх областей неокортексу між собою на основі аналізу крос-кореляційних функцій показано випередження альфа-коливаннями потиличних областей коливань в передніх відділах на 60 мс. Випередження в бета- і тета-діапазонах при збереженні того ж напрямку становить 15 і 80 мс, відповідно. Навпаки, в дельта-діапазоні частот процес на 120 мс раніше розвивається в передніх областях, в порівнянні з задніми.
В.Н.Кіроем (1987, 1990) було показано, що при реєстрації ЕЕГ від симетричних лобових, тім`яних і потиличних областей фазові спектри чітко поділяються на дві групи (МАЛЮНКИ 44 і 45). В першу з них входять фазові спектри ЕЕГ симетричних і тім`яно-потиличних пар відведень. Для них характерна відсутність різких змін величини фазового зсуву і відносно невеликі за величиною фазові зрушення на сусідніх частотах. Цікавим є той факт, що в стані спокійного неспання з відкритими тазами потенціали правої лобної ділянки практично завжди випереджають по фазі потенціали симетричною лівої області.
До другої групи увійшли фазові спектри ЕЕГ лобно-тім`яних і лобно-потиличних пар відведень. Вони характеризувалися стрибкоподібним зміною фаз навіть в межах вузьких частотних смуг, причому, фазові зрушення досягали часом 180 градусів.

Малюнок 44.
Фазові спектри ЕЕГ, зареєстрованої в спокої з відкритими очима у 7 випробовуваних.

Малюнок 45.
Фазові спектри ЕЕГ, зареєстрованої в спокої з закритими очима у 7 випробовуваних.
У ряді випадків спостерігалося відоме подібність структури фазових спектрів ЕЕГ лобно-тім`яних і лобно-потиличних пар в межах кожного півкулі. Істотних відмінностей між станами спокійного неспання з відкритими і закритими очима виявлено не було.

Когерентність биопотенциалов різних областей неокортексу

Аналіз когерентних відносин в ЕЕГ людини в останні роки привертає все більшу увагу дослідників. Перш за все тому, що це дозволяє оцінити рівень синхронності двох процесів окремо для всіх частот, представлених в них, що, безумовно, дає значно більш детальну інформацію про них, ніж сумарна кореляція. Причини цього були розглянуті нами вище.
О.М.Гріндель з співавторами (О.М.Гріндель і ін., 1973) показали, що для ЕЕГ центральних областей характерний високий рівень когерентності дельта-, тета-і альфа- частот, а також досить широкій області бета-частот. Мінімальний рівень когерентності біопотенціалів симетричних скроневих областей: тільки в дельта- і альфа-діапазонах він досягає значень близько 0,7. Автори відзначали, що аналогічні результати були отримані як у випробовуваних з вираженою альфа-активністю в елекгрограммах спокійного неспання, так і без такої. На їхню думку, це свідчить про відносну незалежність функціонування систем, що генерують ритмічні коливання потенціалу в межах обмеженого простору мозку (локальна синхронізація), і систем, які формують величину і стійкість фазових відносин в межах різних регіонів (просторова синхронізація). В результаті тривалих спостережень, виконаних як на здорових випробовуваних, так і на хворих з різними формами мозкової патології, вони прийшли до висновку про те, що оптимальний рівень когерентності є одним з факторів, що регулюють межцентральних відносини в корі великого мозку (В.С.Русінов і ін., 1980 О.М.Гріндель, 1980). Середній рівень когерентності ЕЕГ-коливань у здорових людей характеризується високою стабільністю при збереженні стану спокійного неспання. Протягом тривалого періоду часу (місяці, роки) в однієї людини в спокої він стабільно зберігається при загальній варіабельності частотноамплітудних характеристик ЕЕГ (М.Н.Ліванов і ін., 1988). Відзначається також, що він характеризується малою міжіндивідуальною варіацією. Якщо відволіктися від істоти причинно-наслідкових відносин (рівень чи когерентності визначає стан функціональних зв`язків між областями, або останній визначається цим станом), то слід визнати, що цей висновок, безсумнівно, має надзвичайно важливе значення для розуміння механізмів діяльності мозку.
G.H. Wieneke з співавторами (1980) було показано, що в ЕЕГ чоловіків когерентність в парах 01 -РЗ = 02-Р4gt; 01 -02gt; РЗ-Р4gt; Т5 -Т6gt; ТЗ-Т4.
Висока когерентність коливань потенціалів мозку в альфа-діапазоні в межах півкулі відзначалася RSuzuki (1974а, б). В.М.Русалов і М.В.Бодунов (1977) показали, що смуга когерентності в цьому випадку ширше і охоплює поряд з альфа- частоти тета-і бета-діапазонів.
Аналізуючи структуру когерентних зв`язків ЕЕГ, деякі автори (М.Н.Ліванов і ін., 1988- В.Н.Кірой, 1990) також приходять до висновку про те, що спектри когерентності, в тому числі, симетричних точок двох півкуль, мають значно більш виражене схожість у різних осіб, ніж спектри потужності відповідних відділів кори. При тривалій реєстрації ЕЕГ було показано (G.Dumennuth, D.Lehmann, 1981- Dumermuth Е.А., 1983), що в цілому потужність і когерентність ритмів ЕЕГ змінюються незалежно, хоча на окремих відрізках часу їх зміни можуть збігатися, або, навпаки , бути протилежними.
В.Н.Кіроем (1987А, б, 1990) при аналізі спектрів когерентності ЕЕГ лобових, тім`яних і потиличних відведень насамперед був відзначений той факт, що, як і в випадку з фазовими спектрами, в них чітко виділяються дві групи зв`язків (МАЛЮНКИ 46 і 47). В першу входять спектри когерентності ЕЕГ симетричних і тім`яно-потиличних областей, в другу - лобно-тім`яних і лобно-потиличних. У першій групі когерентність в середньому перевищує рівень 0,4 - 0,5, досягаючи високих значень (порядку 0,7 - 0,9) в діапазоні низьких і альфа-частот (епоха аналізу - 5 с). Когерентність биопотенциалов в другій групі відведень, як правило, нижче і лише в деяких випадках перевищує рівень 0,4 - 0,5. В цілому когерентність вище в області альфа- частот і нижче - в області частот бета-діапазону. Чітко відзначається тенденція до зниження когерентності коливань ЕЕГ зі збільшенням їх частоти.
При аналізі структури когерентних зв`язків чітко проглядається зворотна залежність інтенсивності останніх від відстані між областями реєстрації ЕЕГ (H.Petsche, M.A.B.Brazier, 1972- F.H.Lopes da Silva e.a., 1973, 1980 D.Giannitrapani, 1971-
В.Н.Кірой, 1990, 1991 і ін.). В цілому вона відповідає відомому закону відстані, описаного вище при аналізі кореляційної структури поля ЕЕГ. Аналогічна залежність була описана в експериментах на тваринах (кролики, щури та ін.), Що свідчить про фундаментальне характер цих закономірностей. Так, T.H.Bullock і M.C.McClune (1989) показали, що в неокортексе тварин при збільшенні відстані між електродами від 0,5 до 10 мм виявляється тенденція до падіння когерентності. При відстані більше 10 мм когерентність падає до незначущих величин. У більшості частотних діапазонів когерентність падає до значень, близьких 0,5 при відстані між електродами в межах 2,5 - 5 мм.
Експериментально було показано (D.M.Tucker, D.L.Roth, 1984- D.M.Tucker Е.А., 1986), що незалежно від відстані між електродами когерентність коливань ЕЕГ в межах правої півкулі вище, ніж між відповідними структурами лівої півкулі.
У деяких роботах відзначалися статеві відмінності в рівні когерентності біопотенціалів неокортексу у людини. Так, в роботі P.Flor-Henry і Z.J.Coles (1982) було показано, що внутріполушарние когерентність вище у жінок. Спектральних відмінностей, пов`язаних з ведучою рукою, виявлено при цьому не було, проте, ліворукі мали в середньому більш високий рівень когерентності справа на частотах 20-35 Гц.

Малюнок 46.
Спектри когерентності ЕЕГ, зареєстрованої у 7 випробовуваних (розташовані в міру зниження в ЕЕГ потужності альфа-ритму) в стані спокійного неспання з закритими очима. Цит. по В.Н.Кірою, 1991.

Малюнок 47.
Спектри когерентності ЕЕГ, зареєстрованої у 7 випробовуваних (розташовані в міру зниження в ЕЕГ потужності альфа-ритму) в стані спокійного неспання з відкритими очима. Цит. по В.Н. Кірою, 1991.
При інтерпретації отриманих результатів автори виходили з припущення, згідно з яким активація коркових зон призводить до збільшення в спектрі потужності частот бета-2-ритму (20-35 Гц) і підвищення когерентності. Їх результати дозволили зробити висновок про те, що, незалежно від провідної руки, у жінок в цілому більш активовано ліва півкуля, а у чоловіків - праве. При цьому у ліворуких, незалежно від статі, більш активовано права півкуля, а у праворуких - ліве. Якщо врахувати наявність зворотної залежності між когерентністю і відстанню, можна припустити, що відмінності між чоловіками і жінками визначаються в цілому великими розмірами черепа у чоловіків. Однак не менш, якщо не більш істотним є взаємне розташування сенсорних полів, яке у чоловіків і жінок дещо різниться.
Найбільш істотним є той факт, що характер когерентності в цілому зберігається при досить значні відмінності в спектральному складі електрограм кори головного мозку випробовуваних. По-суті, він виявляється інваріантним спектральним особливостям ЕЕГ, що вказує на відносну незалежність нейрофізіологічних механізмів, відповідальних за формування локальних і дистанційних біоелектричних явищ в корі головного мозку людини.