МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ТАВРІЙСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМ. В.І. ВЕРНАДСЬКОГО

ЛУЦЮК МИКОЛА ВІТАЛІЙОВИЧ

УДК 612.822.3.08; 612.821.2

ЕЛЕКТРОФІЗІОЛОГІЧНИЙ АНАЛІЗ РОЗВИТКУ УВАГИ У ДІТЕЙ ЗА ДОПОМОГОЮ БІОЛОГІЧНОГО ЗВОРОТНОГО ЗВ’ЯЗКУ ПО ЕЛЕКТРОЕНЦЕФАЛОГРАМІ

03.00.13 - фізіологія людини і тварин

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Сімферополь – 2007

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано на кафедрі фізіології людини і тварин та біофизики

у Таврійському національному університеті ім. В.І. Вернадського

Міністерства освіти і науки України.

Науковій керівник: доктор біологічних наук, професор

Павленко Володимир Борисович

професор кафедри фізіології людини і тварин та біофізики

Таврійського національного університету

ім. В.І. Вернадського;

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук,

Дмитро Артурович Василенко,

провідний науковий співробітник Інституту

фізіології НАН України ім. О.О. Богомольця;

доктор медичних наук, професор

Євстафьєва Олена Володимирівна,

завідувач кафедри нормальної фізіології

Кримського державного медичного університету

ім. С.І. Георгієвського Міністерства охорони здоров'я України.

Захист відбудеться 14 червня 2007 р. о 14.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 52.051.04 у Таврійському національному університеті ім. В.І. Вернадського за адресою: пр. Вернадського, 4, Сімферополь, 95007.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського за адресою: пр. Вернадського, 4, Сімферополь, 95007.

Автореферат розісланий --“____” травня 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради К 52.051.04 Д.Р. Хусаінов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У цей час все більшу актуальність здобуває проблема, пов'язана з діагностикою рівня розвитку довільної уваги, різних порушень уваги у дітей і підлітків, а також побудовою корекційно-розвиваючих заходів, спрямованих на розвиток даної когнітивної функції.

Одним із об'єктивних методів дослідження механізмів когнітивної діяльності людини є спектральний аналіз електроенцефалограми (ЕЕГ) (Schober F. et al., 1995; Harmony T. et al., 1996; Klimesch W. et al., 1993). Показники спектральної потужності (СП) окремих частотних діапазонів ЕЕГ можуть деякою мірою служити індикаторами різних функціональних станів і індивідуальних особливостей церебральних механізмів (Русалов І.М., 1979; Wilson G.F. et al., 1995). Вивченню та виявленню електроенцефалографічних корелятів уваги у дітей із синдромом дефіциту уваги й гіперактивності (СДУГ) була присвячена значна кількість робіт (Clarke A.R. et al., 2002; Clarke A.R. et al., 2003). Результати таких досліджень показали, що у дітей з СДУГ відношення амплітуди бета1-ритму до амплітуди тета-ритму (переважно в лобових ділянках) значно нижче, ніж у здорових дітей (Barry R.J. et al., 2003; Любар Д.Ф., 1998). Однак, дані про взаємозв'язок амплітудно-частотних характеристик ЕЕГ з різними показниками довільної уваги у здорових дітей поки залишаються явно недостатніми.

Наряду із класичною ЕЕГ, викликані ЕЕГ-потенціали (ВП) розглядаються як об'єктивний показник переробки інформації в умовах мимовільної й довільної уваги. У низці робіт вітчизняних і закордонних дослідників показаний зв'язок компонентів ВП із когнітивними та моторними процесами, а також їхніми порушеннями (Гнєздицький В.В., 1997; Donchin E., 1982). Однак, більшість таких робіт проводилася за участю дорослих випробувачей, тому застосування подібних парадигм до дітей є важливим для діагностики сфери уваги у дітей (Perchet C. et al., 2000).

Згідно з останніми літературними даними найбільшу актуальність набуває проблема, пов'язана з розробкою заходів, спрямованих на корекцію та розвиток довільної уваги (Barry R.J. et al., 2003; Johnstone S.J. et al., 2001). В останні десятиліття для корекції порушень уваги застосовується метод біологічного зворотного зв'язка по ЕЕГ (ЕЕГ-ЗЗ, нейроЗЗ, нейротерапії). У результаті досліджень було встановлено, що цей метод ефективен при лікуванні СДУГ, а також у пацієнтів із труднощами навчання (Lubar J.F. et al., 1984; Monastra V.J. et al., 2005; Гринь-Яценко В.А. та ін., 2001). Є також роботи, у яких повідомляється про використання методу нейроЗЗ для поліпшення показників довільної уваги у здорових людей (Vernon D. et al., 2003, Egner T. et al., 2001). У цей же час, треба зазначити, що тренінги у яких брали участь здорові випробувачі поки одиничні, і проводилися вони лише за участю дорослих випробувачів.

Дослідження, присвячені вивченню змін спектральної потужності компонентів ЕЕГ у різних ділянках неокортексу в ході сеансів нейроЗЗ поки нечисленні. Д. Любаром (Любар Д.Ф., 1998) при проведенні таких сеансів у дітей зі СДУГ було показано, що в умовах орієнтації процедури нейроЗЗ на зміну відношення СП бета1-ритму до СП тета-ритму цей показник у порівнянні зі спостережуваним до курсу ЕЕГ-ЗЗ, значно збільшувався в усіх відведеннях, незважаючи на те, що тренінг здійснювався за даними лише одного відведення. Треба, однак, згадати, що зазвичай у подібних роботах аналізу піддавалися зміни ЕЕГ в одному або двох відведеннях, тобто топографічний аспект модифікації ЕЕГ не досліджувався.

Таким чином, недостатня вивченість зазначених вище проблем стала основою для подальшого вивчення процесів уваги у дітей. Тому ми вважаємо за доцільне провести електроенцефалографічне дослідження, у результаті якого показники ЕЕГ і ВП будуть порівняни із психологічними характеристиками уваги випробуваних, що дасть можливість установити кореляції між електроенцефалографічними показниками та характеристиками уваги у дітей і підлітків. Виявлення таких кореляційних залежностей і встановлення їхнього характеру є особливо актуальними, зокрема для подальшого розвитку методу нейроЗЗ. У результаті цього можна буде оцінювати ефективність застосування даного підходу в аспекті розвитку уваги у здорових дітей, а також визначати ті характеристики довільної уваги, на які впливає той або інший вид психофізіологічного тренінгу.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проводилися відповідно до планів науково-дослідної роботи кафедри фізіології людини й тварин і биофізики Таврійського національного університету ім. В.І. Вернадського за програмою: “Психофізіологічні механізми забезпечення досліджень моделей оптимізації навчально-виховного процесу в середній школі” (№ гос. реєстрації 0101U005768 (2001-2006)) і проблемної лабораторії вищої нервової діяльності за темою “Психофізіологічні механізми забезпечення й корекції процесів навчання” (№ гос. реєстрації 0103U001210). Всі ці напрямки є складовою Міжгалузевої комплексної програми “Здоров'я нації” на 2002-2011 р. і національної програми “Діти України”.

Мета і задачі дослідження. Ціль роботи - виявлення взаємозв'язків параметрів ВП, спектральних характеристик ЕЕГ із показниками довільної уваги у здорових дітей, із метою виявлення дітей з низьким рівнем розвитку уваги та її розвитку за допомогою сеансів біологічного зворотного зв'язку по ЕЕГ.

Для досягнення зазначеної мети були поставлені наступні завдання:

1) вивчити особливості паттерну ВП у дітей і підлітків та виявити взаємозв'язок паттерну ВП із характеристиками довільної уваги;

2) виявити взаємозв'язок між спектральними характеристиками ЕЕГ і показниками довільної уваги у здорових дітей;

3) провести сеанси ЕЕГ-ЗЗ, спрямовані на розвиток довільної уваги у здорових дітей 10-13 років та оцінити їх ефективність.

4) вивчити топографію змін спектральної потужності ЕЕГ у ході сеансів ЕЕГ-ЗЗ.

Об'єктом дослідження дисертаційної роботи є параметри компонентів ВП, особливості ЕЕГ і індивідуальні психологічні характеристики уваги у дітей 5-16 років.

Предмет дослідження – зв'язок між змінами психологічних характеристик уваги й індивідуальних особливостей біопотенціалів головного мозку дітей, зареєстрованих при виконанні go/no-go тесту, визначенні часу простої сенсо-моторной реакції, інтелектуальній діяльності та участі в сеансах ЕЕГ-ЗЗ.

Наукова новизна одержаних результатів. Уперше була проведена реєстрація ВП у розробленій модифікації go/no-go парадигми в сполученні із сигналом зворотного зв'язку, що інформує про успішність виконання завдання. Така парадигма дозволяє реєструвати одночасно цілу низку компонентів когнітивних ВП, пов'язаних зі сприйняттям попереджуючого сигналу, антиципацією імперативного сигналу та підготовкою до руху, одержанням сигналу зворотного зв'язку. У результаті проведенної роботи були виявлені взаємозв'язки між параметрами ВП, спектральними характеристиками ЕЕГ та індивідуальними особливостями уваги дітей.

Уперше були проведені тренінги ЕЕГ-ЗЗ, спрямовані на розвиток довільної уваги за участю здорових дітей 10-13 років. Показано, що сеанси ЕЕГ-ЗЗ можуть приводити до об'єктивних змін на ЕЕГ, що супроводжується поліпшенням деяких показників довільної уваги. У ході сеансів ЕЕГ-ЗЗ у декількох дітей проводилася реєстрація багатоканальної ЕЕГ, що додатково дозволило вивчити особливості топографічної зміни потужностей ритмів ЕЕГ у ході сеансів нейротерапіі.

Практичне значення одержаних результатів. Виявлені кореляційні відношення між параметрами ЕЕГ, ВП, величинами часу реакції випробуваних із одного боку, і психологічними характеристиками уваги з іншої, свідчать, що реєстрація біопотенціалів в умовах застосованої експериментальної парадигми може бути використана в діагностичних і практичних цілях у клінічній, корекційній і профорієнтаційній роботі.

Проведення курсу сеансів ЕЕГ-ЗЗ може бути досить ефективним засобом розвитку довільної уваги у здорових дітей. Використання цього методу дозволить підвищити ефективність корекційно-розвиваючої роботи з дітьми, що мають недостатній рівень розвитку довільної уваги. Результати дослідження можуть бути застосовані в психологічній практиці як сучасні та ефективні методи діагностики та розвитку сфери уваги.

Особистий внесок здобувача. Методика, схема експериментів і основні принципи аналізу отриманих даних розроблені разом із науковим керівником. Самостійно був проведений огляд літератури, експериментальна частина роботи, статистична обробка і аналіз отриманих результатів. У роботах, написаних у співавторстві, дисертанту належать експериментальна частина і деякі теоретичні положення. Для реєстрації ВП була створена модифікація go/no-go парадигми й на її основі разом із науковим керівником розроблен спосіб визначення індивідуальних характеристик уваги у дітей і підлітків. Самостійно був написаний програмний модуль, що дозволяє проводити сеанси ігрового біоуправління для розвитку уваги у дітей, а також разом із Арбатовим В.В., Зінченко Е.Н. і Павленко В.Б. були розроблені оригінальні комп'ютерні програми для реєстрації й аналізу ЕЕГ, ВП.

Апробація результатів дисертації. Основні положення й результати проведеного дослідження були представлені на 111-ій Міжнародній конференції Українського товариства нейронаук (Донецьк, 2005), Всеукраїнській науково-практичній конференції (Луцьк, 2005), XVII з'їзді Українського фізіологічного товариства, присвяченої 125-ій річниці від дня народження академіка А.А. Богомольця (Чернівці, 2006).

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано шість статей у наукових періодичних виданнях, затверджених ВАК України, отриманий патент, два авторських свідоцтва та три роботи в матеріалах і тезах наукових конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація викладена на 133 сторінках машинописного тексту, складається зі вступу, переліку умовних позначень, трьох розділів, заключення, висновків та списку використаних джерел, що включає 222 найменувань. Робота ілюстрована 27 рисунками та дев'ятьма таблицями.

МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕННЯ

Усього в дослідженнях взяло участь 189 практично здорових дітей і підлітків. На першому етапі проводилося вивчення взаємозв'язку характеристик ВП із показниками уваги у 100 здорових дітей і підлітків. Діти належали до різних вікових груп: 30 дітей 5-6 років (група 1, по 15 хлопчиків і дівчинок), 30 дітей 10-12 років (група 2, по 15 хлопчиків і дівчинок), 40 підлітків 15-16 років (група 3, 20 хлопчиків і 20 дівчинок).

На другому етапі вивчали топографічний розподіл біопотенціалів головного мозку та їх взаємозв'язок із показниками довільної уваги. Для реєстрації ВП була розроблена модифікація так званої go/no-go парадигми (Пономарев В.А. та ін., 2000; Кропотов Ю.Д. та ін., 2002). При вивченні взаємозв'язку параметрів ВП, зареєстрованих в умовах Go/No-Go парадигми, з показниками уваги взяли участь 30 практично здорових дітей 12-13 років (по 15 хлопчиків і дівчинок). Крім реєстрації ВП дослідження містило в собі також реєстрацію фонової ЕЕГ при закритих очах, при відкритих очах і при вирішенні арифметичного завдання (зворотний рахунок у розумі) у 60 практично здорових дітей 12-13 років (по 30 хлопчиків і дівчинок).

На третьому етапі дослідження проводилися тренінги, спрямовані на розвиток довільної уваги за допомогою ЕЕГ-ЗЗ. У даному дослідженні взяли участь 29 практично здорових дітей 10-13 років (17 хлопчиків і 12 дівчат). Діти були розділені на дві групи: експериментальну (n=12), що брала участь у сеансах ЕЕГ-ЗЗ і контрольну (n=15), у якій реєстрували ЕЕГ без пред'явлення сигналу зворотного зв'язка (ЗЗ) перед початком проведення тренінгу і після закінчення курсу нейротерапіі. Для вивчення топографічних змін спектральної потужності ЕЕГ у ході сеансів ЕЕГ-ЗЗ у двох дітей при проведенні курсу нейротератії в режимі реального часу реєстрували ЕЕГ від 16 стандартних відведень.

Реєстрація електроенцефалограми. Відведення ЕЕГ здійснювалося за загальноприйнятою методикою за допомогою автоматизованого комплексу, що складається з електроенцефалографа, лабораторного інтерфейсу і комп'ютера. ЕЕГ-потенціали відводили монополярно у фронтальних (F3, F4), центральних (С3, С4), тім'яних (P3, P4), скроневих (T3, T4) і потиличних (O1, O2) зонах мозку відповідно до системи 10–20. Референтним електродом служили об'єднані контакти над соскоподібними відростками черепа. Частоти зрізів фільтрів високих і низьких частот становили відповідно 1.5 і 35.0 Гц, частота оцифровки сигналу – 250 c–1.

Дослідження містило в собі реєстрацію фонової ЕЕГ при закритих очах, при відкритих очах і при вирішенні арифметичного завдання (зворотний рахунок у розумі). Визначали усереднені значення СП у наступних діапазонах: тета-ритм (4–8 Гц), альфа-ритм (8–13 Гц), так званий сенсомоторний ритм (СМР) (12–15 Гц), бета1-ритм (16–20 Гц) і бета2-ритм (21–30 Гц). Оскільки ЕЕГ відводили не тільки від центральних областей, де звичайно переважає СМР, то надалі за Егнером активність у діапазоні 12-15 Гц будемо називати низькочастотним бета-ритмом (Egner T. et al., 2004).

Розраховували також відношення СП альфа-ритму до СП тета-ритму, СП низькочастотного бета-ритму до СП тета-ритму і СП бета1-ритму до СП тета-ритму. Ступінь десинхронізації, або коефіцієнт реактивності, розраховували як відношення СП альфа-ритму при закритих очах до аналогічного показника при відкритих очах.

Реєстрація викликаних потенціалів. Реєстрація ВП у парадигмі визначення часу простої сенсо-моторной реакції з попередженням здійснювалася за загальноприйнятою методикою за допомогою автоматизованого комплексу, що складається з електроенцефалографу EEG-16S, інтерфейсу і комп'ютера IBM PC. Біопотенціали відводили монополярно, у відведеннях С3, С4; з'єднані референтні електроди розташовували над соскоподібними відростками черепа. Частота оцифровки сигналу становила 100 Гц.

Відповідно до умов завдання випробуваному пред'являли через динаміки два акустичних сигнали - попереджуючий і виконавчий (імперативний). Інтервал між подачею пар сигналів варіювався експериментатором випадково у межах 5-15 с. У якості першого (попереджуючого) стимулу використали тональну посилку тривалістю 100 мс із частотою заповнення 2000 Гц. Другий (імперативний) стимул являв собою посилку із частотою 1000 Гц. Він пред'являвся через 2 с. після попереджувального стимулу й припинявся реалізацією сенсо-моторной реакції, коли випробуваний натискав на кнопку.

Про успішність виконання завдання випробуваний дізнавався з візуальних сигналів ЗЗ, що відображалися на світодіодному табло. Ці сигнали (тривалість 100 мс) включалися через 1 с. після подачі імперативного сигналу. Вертикальна риса свідчила про успішне виконання завдання (час реакції у дітей п'яти-семи років не перевищувало 250 мс, а у дітей старшого віку - 180 мс); горизонтальна риса вказувала на більші значення часу реакції і, отже, незадовільне виконання.

Підчас реєстрації ВП в умовах go/no-go парадигми біопотенціали відводили монополярно, у відведеннях F3, F4, С3, С4, P3, P4, T3, T4, O1, O2, відповідно до системи 10-20. Частота оцифровки сигналу становила 500 Гц.

Учасникам дослідження пред'являли пари (30 пар) слухових стимулів різної тональності (висока-висока, висока-низька, низька-низька, низька-висока) з інтервалами по 2 с усередині пари і по 4 с між парами. Тривалість низького та високого сигналів становила 200 мс. Частота низького тону становила 400 Гц, високого - 1000 Гц. Пари тонів пред'являлися у випадковому порядку з однаковою ймовірністю (що наближається до 50%) появи як низького, так і високого тону. Завдання випробуваних полягало в тому, щоб нажати на кнопку правою рукою з часом реакції не більше 380 мс у відповідь на пред'явлення пари з високими тонами або з низькими тонами. Усього значимих пар стимулів, що вимагають натискання, було 13-17 з 30.

Проведення сеансів ЕЕГ-ЗЗ. Для проведення сеансів акустичної нейроЗЗ використовували автоматизований комплекс, що складається з електроенцефалографа EEG-16S, лабораторного інтерфейсу та комп'ютера. ЕЕГ відводили монополярно в крапках С3 і С4 за системою 10-20. Частота оцифровки сигналу становила 100 c–1.

Дитині через навушники пред'являли одночасно музичний фон й звуковий шум. Керованим параметром була інтенсивність “білого шуму”, що мінялася залежно від відношення амплітуди бета1-ритм до амплітуди тета-ритму: чим більше було значення даного співвідношення, тим меншу гучність мав “білий шум”, тобто залежність між інтенсивністю “білого шуму” і величиною відносини амплітуд керованих ритмів була обернено пропорційною. Ізолінія відношення амплітуд керованих ритмів могла мінятися експериментатором у ході сеансу залежно від вихідних параметрів і успішності регуляції стану випробуваним.

У подальшому при проведенні сеансів нейроЗЗ із застосуванням візуального сигналу ЗЗ використався 16-канальний електроенцефалограф. ЕЕГ-потенціали відводили монополярно відповідно до міжнародної системи 10-20 у 16-ти стандартних відведеннях. Частота оцифровки сигналу становила 200 c–1.

Під час сеансів візуальної ЕЕГ-ЗЗ випробуваний розташовувався в зручному кріслі на відстані 1 метра від монітора, на якому пред'являвся сигнал ЗЗ - кольоровий прямокутник, висота якого залежала від значення відносини амплітуд керованих ритмів. Під стовпчиком виводилося поточне значення сигналу ЗЗ, виражене у відсотках. За 100 % приймалося вихідне значення співвідношення амплітуди СМР до амплітуди тета-ритму.

Програма візуальної нейроЗЗ мала модуль для проведення сеансів ігрового біоуправління. Дитині пропонувалася спеціально розроблена гра “перегони жуків”, у якій швидкість руху або сила головного ігрового персонажа змінювалася залежно від поточних значень амплітуд керованих ритмів ЕЕГ. Таким чином, виграти або домогтися позитивного розвитку сюжету дитина могла тільки після того, як їй вдавалося міняти величину співвідношення ритмів ЕЕГ у потрібному напрямку.

При проведенні тренінгу використалися два протоколи. Всі діти, що брали участь у сеансах акустичної нейроЗЗ (n=12), проходили курс відповідно бета1-протоколу. Суть протоколу полягала в підвищенні амплітуди бета1-ритму (частота 16-20 Гц) і зменшенні амплітуди тета-ритму (частота 4-8 Гц). Із двома дітьми, що брали участь у сеансах візуальної нейроЗЗ та ігрового біоуправління, використався сенсомоторний протокол, завдання якого складалося в підвищенні амплітуди СМР (частотою 12-15 Гц) і зменшенні амплітуди тета-ритму (частота 4-8 Гц).

Для сеансів ЕЕГ-ЗЗ використали ЕЕГ, що реєстрували від сенсомоторної зони (С4) праві півкулі. Тривалість заняття (реєстрація ЕЕГ із пред'явленням сигналу ЗЗ) протягом одного дня становила 10-15 хв. Такий сеанс містив у собі декілька (п'ять-сім) епізодів записів, що чергувалися з короткими періодами відпочинку.

Випробуваному пропонували намагатися запам'ятати свій стан у той момент, коли значення амплітуди бета1-ритма або СМР були б вище встановлених для них порогів, а значення амплітуди тета-ритму – нижче встановленого порога. Граничні значення для керованих ритмів визначалися в процесі кожного сеансу як середні значення амплітуд у ході запису ЕЕГ у період до тренінгу. Таким чином, кожні 10 мс програмно зіставлялися поточні значення амплітуд керованих ритмів із їхніми граничними значеннями, і на основі цього обчислювалося значення сигналу ЗЗ. Поточне значення даного сигналу рівнялося 100 % у тому випадку, коли величини амплітуд керованих ритмів були рівні до своїх граничних значень. Значення сигналу ЗЗ менше 100 % відповідали негативній оцінці виконання завдання, а рівні даної величині або більші, ніж вона, - позитивній оцінці виконання завдання. Для контролю складності виконання завдання в програмі використовувалась автоматична система регулювання складності керування ритмами ЕЕГ. Така система в процесі запису ЕЕГ у реальному часі міняла встановлені значення порогів у тому випадку, якщо за останні 4 с кількість сигналів, що інформують про позитивну або негативну оцінку виконання завдання, перевищувало 80 %.

Психологічне тестування проводили за допомогою методики "Таблиці Шульте" (Кулєшова Л.Н., 2000), “Знайди та викресли” (Немов Р.С., 1994), буквеного варіанту корректурної проби Бурдона (Рогов Е.І., 1995), двохстимульного go/no-go тесту з використанням пар слухових стимулів.

Результати досліджень оброблялися за допомогою методів варіаційної статистики. Для показників, які були розподілені за нормальним законом, застосовували параметричні критерії. Для перевірки, чи належать показники до розподілених за нормальном законом використали критерій Колмогорова-Смирнова. У випадку, якщо досліджувана сукупність параметрів не була розподілена за нормальним законом, застосовували непараметричні критерії.

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

Зв'язок характеристик ЕЕГ-потенціалів з рівнем розвитку показників уваги у дітей 12-13 років. Для показника, що характеризує імпульсивність, були виявлені негативні кореляції зі значеннями відношення СП альфа-ритму до СП тета-ритму в потиличних областях при закритих очах (для O1 r = –0.40, P < 0.05, а для O2 r = –0.43, P < 0.05), із частотою альфа-ритму в потиличній області лівої півкулі (для O1 r = –0.38, P < 0.05) при відкритих очах, а також з величиною відношення СП низькочастотного бета-ритму до СП тета-ритму (для P4 r = –0.38, P < 0.05, а для O1 r = –0.42, P < 0.05) і із частотою альфа-ритму (для P4 r = –0.46, P < 0.05, для O1 r = –0.39, P < 0.05, а для O2 r = –0.4, P < 0.05) в умовах вирішення арифметичного завдання. Таким чином, отримані результати свідчать про те, що діти, що мають відносно низьку частоту альфа-ритму в потиличних областях і низькі значення відносини СП низькочастотного бета-ритму до СП тета-ритму в тім'яній області правої півкулі і потиличної області лівої півкулі, характеризуються, як правило, підвищеною імпульсивністю.

Показник “ефективність роботи” був негативно пов'язаний з відношенням СП низькочастотного бета-ритму до СП тета-ритму. Варто врахувати, що чим менше величина згаданого показника, тим більше розвиненою є увага. Результати аналізу взаємозв'язку показника “ефективність роботи” з величиною відношення СП низькочастотного бета-ритму до СП тета-ритму представлені на рис. 1.

Показник “точність уваги” позитивно корелював з величиною відношення СП низькочастотного бета-ритму до СП тета-ритму при записі ЕЕГ із закритими очами (для F3 r = 0.4, P < 0.05, для F4 r = 0.43, P < 0.05, для C3 r = 0.38, P < 0.05, а для C4 r = 0.46, P < 0.05) і при вирішенні арифметичного завдання (для P4 r = 0.43, P < 0.05). Крім того, показник “точність уваги” був також позитивно пов'язаний зі СП низькочастотного бета-ритму (для F4 r = 0.38, P < 0.05, а для С4 r = 0.39, P < 0.05). Таким чином, виявлені взаємозв'язки вказують на те, що діти з максимальними значеннями даного співвідношення здатні досить точно виконувати поставлене завдання і для них характерна хороша швидкість когнітивних процесів.

Значення СП бета1-ритму були позитивно пов'язані з показником “продуктивність уваги” при записі ЕЕГ з відкритими очами (для С4 r = 0.41, P < 0.05, а для P3 r = 0.42, P < 0.05) і при записі ЕЕГ під час виконання арифметичного завдання (для P3 r = 0.39, P < 0.05). Вважають, що СП бета-активності пов'язана з інтенсивністю когнітивних процесів (Gomez C.M. et al., 1998; Jensen O. et al., 2005).

Результати аналізу взаємозв'язку відношення СП бета1-ритму до СП тета-ритму зі стійкістю уваги представлені на рис. 2. Були також виявлені позитивні кореляції даного відношення з таким показником, як “продуктивність уваги”, при запису ЕЕГ з відкритими очами (для F3 r = 0.37, P < 0.05, для С4 r = 0.39, P < 0.05, а для Р3 r = 0.38, P < 0.05).

У нашій роботі було встановлено, що СП тета-ритму була позитивно пов'язана з показником “ефективність роботи” під час запису ЕЕГ із закритими очами (для С3 r = 0.37, P < 0.05), під час запису ЕЕГ з відкритими очами (для С3 r = 0.43, P < 0.05, для С4 r = 0.39, P < 0.05, а для T4 r = 0.41, P < 0.05) і під час запису ЕЕГ під час вирішення арифметичного завдання (для С3 r = 0.38, P < 0.05, для С4 r = 0.39, P < 0.05, а для T4 r = 0.39, P < 0.05). Отримані результати свідчать про те, що низькі значення СП тета-діапазону, переважно в центральних відведеннях, пов'язані зі здатністю індивідуума точно виконувати поставлене завдання.

Результати психологічного тестування зіставлялися з відповідними нормативними віковими даними (Касатікова Е.В. та ін., 1999). У результаті цього всі випробувані були розділені на дві підгрупи залежно від того, чи були показники уваги вище або нижче середніх нормативних значень. Підгрупу I (n = 29) склали випробувані з відносно низькими показниками уваги, а підгрупу II (n = 31) – випробувані із кращими показниками уваги. Рис. 3. ілюструє середні значення відношення СП низькочастотного бета-ритму до СП тета-ритму (рис. 3, А) і відношення СП бета1-ритму до СП тета-ритму (рис. 3, Б) у підгрупах I і II. Розходження між підгрупами за даними індексами були більшою мірою виражені у фронтальних, центральних і тім'яних областях головного мозку.

Особливості патерну ВП у дітей та підлітків та його зв'язок з характеристиками довільної уваги. У результаті проведенних досліджень встановлено, що показники довільної уваги корелюють з основними параметрами ВП у дітей всіх вікових групп. Виявлено, що значний приріст амплітуди Р2 спостерігається між п'ятма-сімью та 10-12 роками. Як наслідок, вертекс-потенціал був максимально виражений у дітей 10-12 і 15-16 років. Згідно з даними літератури (Oades K.D., 1998), компонент Р2 відображає процес гальмування іррелевантних каналів інформації, що “змагаються” за ресурси уваги й подальшу переробку. Тому, можна припустити, що в даний віковий період відбувається інтенсивний розвиток ефективних механізмів переробки інформації. Потенціал N2 був максимально виражений у дітей п'яти-семи років. Ми думаємо, що поступове зменшення амплітуди компонента N2 у міру дорослішання обумовлено розвитком механізмів селективної уваги. Подібної точки зору дотримуються С. Джонстон та інші дослідники (Barry R.J. et al., 2003; Johnstone S.J. et al., 2001). Амплітуда умовної негативної хвилі (УНХ) та потенціала Р300 збільшується у підлітковому віці і досягає максимуму у 15-16-літніх учнів.

Зв'язок характеристик викликаних потенціалів, зареєстрованих в умовах go/no-go парадигми з показниками уваги у дітей 12-13 років. Результати кореляційного аналізу взаємозв'язків латентних періодів ВП із показником “помилки пропуску значимих стимулів” представлені в табл. 1. Позитивні кореляції свідчать про те, що для випробуваних з недостатньою концентрацією уваги характерні найбільші значення латентних періодів хвиль P1, N1, Р2. Значення латентних періодів хвилі Р300 у лобових областях обох півкуль, а також у центральній області лівої півкулі негативно корелювали із зазначеним вище показником. Таким чином, результати кореляційного аналізу свідчать про те, що для випробуваних із хорошою концентрацією уваги загалом характерні малі значення латентних періодів комплексу хвиль P1-N2 і збільшені значення латентного періоду потенціалу Р300.

Таблиця 1

Значення коефіцієнтів кореляції показника “помилки пропуску значимих стимулів” з величиною латентних періодів ВП у 30 дітей 12-13 років

Компоненти

ВП | Показник “помилки пропуску значимих стимулів”

Відведення

F3 | F4 | C3 | C4 | P3 | P4 | T3 | T4 | O1 | O2

P1 | 0,54** | 0,29 | 0,23 | 0,37* | 0,23 | 0,36* | 0,13 | 0,21 | 0,28 | 0,23

N1 | 0,42* | 0,47* | 0,32 | 35,4 | 0,18 | 0,24 | 0,22 | 0,14 | 0,13 | 0,18

P2 | 0,41* | 0,39* | 0,39* | 0,31 | 0,33 | 0,4* | 0,06 | 0,16 | 0,31 | 0,15

N2 | 0,07 | 0,14 | 0,09 | 0,07 | 0,07 | 0,11 | 0,07 | 0,19 | 0,09 | 0,17

P300 | -0,44* | -0,54** | -0,4* | -0,32 | -0,04 | 0,02 | -0,17 | -0,14 | 0,14 | 0,05

Зірочками відзначені випадки значимості кореляційної залежності: *Р < 0.05; ** P < 0.01.

Треба зазначити, що при реєстрації ВП із застосуванням odd-ball-парадигми деякими дослідниками були отримані протилежні результати (Polich J. et al., 1995; Barry R.J., 2003): з високим рівнем розвитку когнітивних процесів були пов'язані малі значення латентного періоду потенціалу Р300, що розвивається у відповідь на пред'явлення цільового стимулу. Як відомо, ключовим елементом зазначеної

парадигми є реєстрація так званих ендогенних компонентів ВП, що розвиваються у відповідь на рідкі цільові сигнали, пред'явлені на фоні відносно частого сприйняття нецільових сигналів. Треба, однак, урахувати, що в рамках класичної odd-ball-парадигми хвиля Р300 відбиває процес оцінки сигналу, що приводить до ухвалення рішення - виконувати або не виконувати моторну дію. Таким чином, відносно малі значення латентного періоду потенціалу Р300 вказують на здатність індивідуума швидко обробляти інформацію. У нашій же експериментальній парадигмі потенціал Р300 розвивався у відповідь на пред'явлення сигналу ЗЗ. Тому латентний період потенціала Р300 характеризував час, необхідний для усвідомлення, оцінки результатів тесту.

При відведенні від центральної області лівої півкулі амплітуда компонента Р2, пов'язаного зі сприйняттям попереджувального сигналу, негативно корелювала з показником “ефективність роботи” і, отже, була позитивно пов'язана з рівнем довільної уваги (рис. 4).

Кращі показники стійкості уваги (найменша “психічна стійкість”) виявлялися у випробуваних із мінімальним латентним періодом компонента N1 у центральних відведеннях від лівої й правої півкуль (r = 0.43, P < 0.05; r = 0.47, P < 0.05 відповідно).

Для латентного періоду компонента Р2, відведенного від правої півкулі в центральній і скроневій областях, був характерний позитивний взаємозв'язок із показником “психічна стійкість” (C4: r = 0.4, P < 0.05; T4: r = 0.48, P < 0.05). Амплітуда вертекс-потенціала, зареєстрованного в скроневій області правої півкулі, негативно корелювала з показником “психічна стійкість” (r = –0.44, P < 0.05), тобто більші значення амплітуди вертекс-потенціала були пов'язані з високими характеристиками працездатності. Поліш та інші дослідники розглядають даний потенціал як прямий показник ефективності роботи випробуваних по переробці різних видів інформації (Polich J. et al., 1997).

Для амплітуди хвилі N2 у лобовій і центральній областях правої півкулі, а також у тім'яній області лівої півкулі були отримані негативні кореляції з таким показником, як “точність уваги” (F4: r = –0.44, P < 0.05; C4: r = –0.51, P < 0.01; P3: r = –0.45, P < 0.05). Вважається, що розвиток хвилі N2 пов'язан з активністю механізмів селекції інформації. Чим більше розвинена селективна увага, тим менше амплітуда даної хвилі (Barry R.J. et al., 2003; Johnstone S.J. et al., 2001).

З оптимальними характеристиками уваги були пов'язані також більші значення амплітуд хвилі Р300, УНХи й УНХт у центральних відведеннях лівої й правої півкуль, а також більші значення амплітуди хвилі Р300 у тім'яній області лівої півкулі (P3: r = –0.43, P < 0.05). Для ВП, зареєстрованих у цих відведеннях, були характерні негативні кореляції зазначених вище компонентів з показником “ефективність роботи” (рис. 4). Відомо, що найбільша амплітуда хвилі Р300 спостерігається в тих випробуваних, які краще справляються із завданням і мають більшу когнітивну зрілість (Johnstone S.J. et al., 1996).

Треба зазначити, що виявлені кореляції параметрів УНХ і хвилі Р300 з характеристиками уваги досягали рівня статистичної значимості. Це відрізняє отримані дані від результатів дослідження в якому ВП реєстрували при визначенні часу простої сенсомоторної реакції. Зазначений факт може пояснюватися тим, що в рамках go/no-go парадигми випробуваному необхідно вибірково реагувати на пропоновані пари сигналів: в одних випадках бути готовим до моторного акту (натисканню на кнопку), а в інших - активно подавляти вже підготовлену відповідну дію. Таке завдання вимагає більшої участі процесів довільної уваги. На відміну від даного підходу реєстрація ВП під час визначення часу простої сенсо-моторной реакції не дозволяє повною мірою діагностувати особливості виборчої уваги випробуваного, більшою мірою оцінюючи лише швидкість когнітивних процесів.

Модуляція уваги у здорових дітей за допомогою курсу сеансів біологічного зворотного зв'язка по електроенцефалограмі. Сеанси нейроЗЗ в експериментальній групі привели до значного поліпшення величин деяких показників довільної уваги. Середні значення показників довільної уваги у дітей експериментальної і контрольної груп до та після курсу нейротерапіі представлені в табл. 2. Дітям контрольної групи не вдалося досягти значного поліпшення показників уваги за даними тесту таблиць Шульте і коректурної проби Бурдона, у той час як у дітей експериментальної групи було виявлено достовірне збільшення величини показника “продуктивність уваги” і зменшення величини показника “ефективність роботи” (чим менше величина даного показника, тим більше розвиненою є увага дитини) після проходження курсу нейротерапіі.

Щоб врахувати міжіндивідуальну мінливість спектрів і виявити зміни СП ритмів ЕЕГ до та після сеансів ЕЕГ-ЗЗ, ми використали нормовані величини, що характеризують СП ритмів ЕЕГ. За 100 % були прийняті вихідні (до проведення курсу нейротерапії) потужності ритмів ЕЕГ.

У результаті проведення курсу нейроЗЗ у дітей експериментальної групи СП частотних компонентів ЕЕГ змінювалися в порівнянні з аналогічними показниками до сеансів. Статистично достовірні розходження були виявлені в центральній області лівої (С3) і правої (С4) півкуль головного мозку для СП тета-ритму (С3: Р < 0.05; С4: Р < 0.05), а також для відношення СП бета1-ритму до СП тета-ритму (С3: Р < 0.05; С4: Р < 0.01) під час запису ЕЕГ з відкритими очами. Середні значення СП даних ритмів, а також величини відносин СП бета1-ритму до СП тета-ритму представлені на рис. 5, Б. Підвищення значення зазначеного вище відношення досягалося більшою мірою за рахунок зниження потужності тета-ритму. Загалом можна сказати, що СП тета-ритму досить добре піддається контролю в рамках використовуваної парадигми.

Таблиця 2

Показники довільної уваги у дітей експериментальної групи (група-I) і контрольної групи (група-II) до та після сеансів нейроЗЗ

Показники

уваги | група-I | група-II

до | після | до | після“

Ефективність роботи”, с | 51,66 ± 3,47 | 44,02 ± 1,90 * | 49,44 ± 3,08 | 57,39 ± 3,18“

Врабатування” | 0,98 ± 0,04 | 0,95 ± 0,04 | 1,00 ± 0,06 | 0,93 ± 0,04“

Психічна

стійкість” | 1,03 ± 0,03 | 1,01 ± 0,03 | 1,08 ± 0,04 | 1,03 ± 0,04“

Продуктивність уваги”, знаки | 740,07±34,25 | 893,35±29,91** | 831,6 ±21,09 | 816,26 ±21,33“

Концентрація уваги”, % | 94,62 ± 1,01 | 96,14 ± 0,82 | 96,91 ± 0,52 | 96,96 ± 0,45

Примітка. Зазначені значення середніх ± помилка середнього по групі. Зірочками відзначені випадки значимих відмінностей значень показників уваги після проведення сеансів зі значеннями показників уваги до сеансів ЕЕГ-ЗЗ. * Р < 0.05; ** P < 0.01 (Критерій Вілкоксона).

У дітей контрольної групи не було зареєстровано значного зниження СП тета-діапазону і (або) підвищення величини відношення СП бета1- і тета-ритмів.

У ході порівняння середніх значень СП ритмів ЕЕГ в експериментальній і контрольній групі були виявлені значимі розходження для відношення СП бета1-ритму до СП тета-ритму в центральних відведеннях обох півкуль (рис. 5). Результати ряду досліджень показали, що величина відношення СП бета1- і тета-ритмів є одним із основних ЕЕГ-маркеров при оцінці рівня розвитку когнітивних ресурсів мозку, а також діагностиці СДУГ (Barry R.J. et al., 2003). У дітей зі згаданими порушеннями звичайно висока потужність активності в діапазоні тета-ритму, і (або) зменшена потужність коливань у частотному діапазоні 12-21 Гц, переважно в лобово-центральних областях (Chabot R.J. et al., 1996; Janzen T. et al., 1995).

Таким чином, деяке підвищення рівня активності під час проведення сеансів ЕЕГ-ЗЗ, що відображалося в зниженні потужності повільнохвильової активності і збільшенні потужності більш високочастотних компонентів (у діапазоні бета1-ритму), корелювало з посиленням уваги та підвищенням швидкості когнітивних процесів, що дозволило дітям експериментальної групи досягти кращих результатів за даними тестів на увагу.

Батьки повідомляли про те, що у дітей підвищилася увага. Вони стали менш відволікатися при виконанні домашніх завдань та на уроках.

Як вказують отримані дані, сеанси нейроЗЗ можуть приводити до об'єктивних змін, що відображаються в ЕЕГ, та супроводжується позитивними змінами величин показників уваги. При цьому відзначені зміни є наслідком тренінгу на основі ЕЕГ-ЗЗ, а не - “ефекту плацебо”.

Одним із завдань цього дослідження було вивчення топографії СП ЕЕГ до та після проведення курсу нейротерапії. Для реалізації цього завдання у двох дітей під час проведення таких сеансів відводили ЕЕГ в 16 локусах. На рис. 6 представлені топограмми значень відношення СП низькочастотного бета-ритму до СП тета-ритму в одного з дітей до та після проходження курсу нейроЗЗ.

Результати аналізу топографії СП ЕЕГ вказують на те, що відношення СП низькочастотного бета-ритму до СП тета-ритму збільшувалося практично у всіх відведеннях. Максимальні зміни величини даного відношення спостерігаються у фронтоцентральних і скроневих відділах кори головного