Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ АМПЛИТУДНО-ВРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ КОГНИТИВНОГО ВЫЗВАННОГО ПОТЕНЦИАЛА Р300 У МОЛОДЫХ ЛИЦ ПРИПОЛЯРНОГО И ЗАПОЛЯРНОГО РАЙОНОВ СЕВЕРА

Кривоногова Е.В. 1 Поскотинова Л.В. 1 Дёмин Д.Б. 1
1 ФГБУН «Институт физиологии природных адаптаций УрО РАН»
В исследовании участвовали практически здоровые молодые лица в возрасте 15-17 лет, проживающие в приполярном и заполярном районах Севера. Проводили оценку амплитудно-временных параметров когнитивного вызванного потенциала Р300 в ситуации случайно возникающего события (oddball парадигма). Усредненные по всем отведениям амплитудно-временные параметры когнитивного вызванного потенциала Р300 значимо не различались у молодых лиц, проживающих в приполярном и заполярном районах Севера. У 25–30 % обследуемых отмечается межполушарная асимметрия по данным сопоставления индивидуальных величин амплитуды и латентного периода Р300, зарегистрированных в симметричных точках левого и правого полушария мозга. У молодых лиц приполярного района отмечается межполушарная асимметрия с более коротким латентным временем Р300 в височной области правого полушария. У молодых лиц заполярного района латентное время Р300 значимо ниже в лобно-центральной и височной области, что необходимо для эффективной реализации когнитивных функций в условиях высоких широт по сравнению с более комфортными условиями проживания. Правосторонняя амплитудная асимметрия с более выраженной амплитудой Р300 в передневисочном и теменном отделах головного мозга выявлена у молодых лиц приполярного района, и в лобно-центральном отделе – у молодых лиц заполярного района. Левосторонняя амплитудная асимметрия с более высокой амплитудой в лобно-центральном отделе наблюдается у молодых людей приполярного района и в височном отделе – у молодых лиц заполярного района.
когнитивный вызванный потенциал Р300
молодые люди
Север
1. Алфимова М.В., Голимбет В.Е. Гены и нейрофизиологические показатели когнитивных процессов: обзор исследований // Журнал высшей нервной деятельности. – 2011. – Т. 61, № 4. – С. 389–401.
2. Аршавский В.В. Межполушарная асимметрия как фактор адаптации человека в условиях Севера // Физиология человека. – 1989. – Т. 15, № 5. – С. 142–145.
3. Васильев Л.Ю. Климатическое районирование Архангельской области: автореф. дис. ... канд. геогр. наук. – СПб., 2006. – 20 с.
4. Гнездицкий В.В., Корепина О.С. Атлас по вызванным потенциалам мозга. – Иваново: «ПрессСто», 2011. – 532 с.
5. Добродеева Л.К. Эколого-физиологические подходы в решении вопросов районирования северных территорий // Экология человека. – 2010. – № 10. – С. 3–11.
6. Кожевникова И.С., Джос Ю.С. Когнитивные вызванные потенциалы у детей с высоким уровнем тревожности // Экология человека. – 2011. – № 5. – С. 49–54.
7. Костандов Э.А. Психофизиология сознания и бессознательного. – СП.: Питер, 2004. – 167с.
8. Кривощеков С.Г., Леутин В.П., Чухрова М.Г. Психофизиологические аспекты незавершенных адаптаций. – Новосибирск: СО РАМН, 1998. – 100 с.
9. Леутин В.П., Николаева Е.И., Фомина Е.В. Асимметрия мозга и адаптация человека // Асимметрия. – 2007. – № 1. – С. 71–73.
10. Развитие мозга и формирование познавательной деятельности ребенка / под ред. Д.А. Фарбер, М.М. Безруких. – М.: Изд-во Московского психолого-социального института; Воронеж: МОДЭК, 2009. – 432 с.
11. Руководство по функциональной межполушарной асимметрии / под ред. В.Ф. Фокин, И.Н. Боголепова, Б. Гутник, В.И. Кобрин, В.В. Шульговский. – М.: Научный мир, 2009. – 836 с.
12. Функциональные асимметрии организма и приспособляемость человека к жизни и работе в Заполярье / В.И. Хаснулин, Ю.М. Степанов, В.И. Шестаков, Г.А. Скосырева // Региональные особенности здоровья жителей Заполярья. – Новосибирск: Изд-во СО АМН, 1983. – С. 62–67.
13. Хомская Е.Д. Нейропсихология. – 4-е изд. – СПб.: Питер, 2005. – 496 с
14. Lateralized Cognitive Processes and Lateralized Task Control in the Human Brain / K.E. Stephan, J.C. Marshall, K.J. Friston, J.B. Rowe, A. Ritzl, K. Zilles, G.R. Fink //Science. – 2003. – Vol. 301, № 5631. – P. 384–386.
15. P300 Topography of Amplitude/Latency Correlations / John Polich., Joel E.Alexander, Lance O. Bauer, Samuel Kuperman and et al // Brain Topography. – 1997. – Vol. 9. № 4. – P. 275–282.
16. Radley J.J., Arias C.M., Sawchenko P.E. Regional Differentiation of the Medial Prefrontal Cortex in Regulating Adaptive Responses to Acute Emotional Stress // The Journal of Neuroscience. – 2006. – № 26(50). – P. 12967–12976.
17. Sullivan E.M., Gratton A. Lateralized effects of medial prefrontal cortex lesions on neuroendocrine and autonomic stress responses in rats // J Neurosci. – 1999. – 19(7). – P. 2834–2840.
18. Toga A.W., Thompson P.M. Mapping brain asymmetry// Nat Rev Neurosci. – 2003. – № 4. – P. 37–48.

Изучение регуляторных систем человека на Севере остается актуальным, особенно в настоящее время, когда для страны является стратегической необходимостью поддерживать сотрудничество стран в рамках циркумполярного региона. В литературе имеются сравнительные исследования адаптивных реакций коренного населения и мигрантов на Севере [9, 11, 12]. Однако сохраняется высокая значимость неоднородности распределения факторов дискомфортности климата на Европейском Севере [3]. Поэтому остается актуальным рассмотрение уровня реактивности регуляторных систем организма человека в зависимости от климато-географических, широтных факторов его проживания на Севере [5]. Адаптация к условиям внешней среды затрагивает регуляторные механизмы центральной нервной системы, что отражается на эмоциональной сфере, памяти, направленном внимании, восприятии и обработке информации. Когнитивный вызванный потенциал Р300 является индикатором биоэлектрических процессов, связанных с механизмами восприятия внешней информации, и ее обработки [4]. Данный показатель отражает неспецифическую активацию мозга, связанную с интеграцией когнитивных, эмоциональных и волевых процессов. Согласно теории функциональных систем П.К. Анохина, принципа доминанты Ухтомского и функциональных блоков мозга А.Р. Лурия, для оптимальной деятельности мозга при восприятии и обработке информации необходимо взаимодействие разных уровней корково-подкорковых структур мозга. В генерации и модуляции когнитивного вызванного потенциала Р300 участвует гиппокамп, таламус, нижняя теменная доля, верхневисочная извилина, лобные доли, нейромедиаторная система [4]. В возрасте 15–17 лет продолжается тонкая дифференцировка нервных клеток, миелинизация волокон, усложнение фиброархитектоники коры мозга, формирование более сложных внутрикорковых связей и связей с соседними полями [13]. Таким образом, целью данной работы является оценка амплитудно-временных характеристик когнитивного вызванного потенциала Р300 у молодых лиц, проживающих в различных климато-географических условиях Севера.

Материалы и методы исследования

В обследовании участвовали практически здоровые молодые лица в возрасте 15–17 лет, проживающие в приполярном (n = 37) и заполярном (n = 47) районе Севера. Доли лиц мужского и женского пола, а также средний возраст обследованных в изучаемых районах были статистически одинаковыми. Приполярный район Севера рассматривали на примере города Архангельска – 64° 30΄ с.ш., а заполярный район – поселков Ненецкого автономного округа – 66–67° 40–45΄ с.ш. Исследования проводили с одобрения этического комитета ИФПА УрО РАН. Были получены информированные согласия от родителей обследуемых и одобренные детьми.

Нейрофизиологическое обследование проводилось по стандартной методике оценки когнитивных вызванных потенциалов Р300 [4] на электроэнцефалографе «Энцефалан» (Медиком, Таганрог). Использована модель ситуации случайно возникающего события (oddball парадигма) в ответ на слуховую невербальную стимуляцию с заданными условиями бинауральной стимуляции: длительность стимула – 50 мс, интенсивность – 80 дБ, период между стимулами 1 с, частота тона 2 000 Гц с 25 % встречаемости значимого стимула, 1 000 Гц с 75 % встречаемости незначимого стимула. За Р300 принимался максимальный позитивный компонент с латентностью 250–500 мс. В литературе отмечается, что наибольшая выраженность когнитивного вызванного потенциала Р300 в лобно-центрально-теменной области мозга [4]. Вследствие этого количественному анализу подвергались изменения Р300 в лобных (F3, F4), центральных (C3, C4), теменных (P3, P4), височных (F7, F8, T3, T4) отведениях обоих полушарий головного мозга.

Оценивали амплитудно-временные параметры сигнала (амплитуду от пика до пика N250-P300 и латентность), особенности его пространственной организации. Вычисляли латентный период компонента Р300 как латентный период пика Р300 в мс, амплитуду Р300 как межпиковую амплитуду N2-P3 в мкВ. Для обработки полученных результатов использовали пакеты программ базовой статистики Statistica 6.0. Сравнение значений показателей проводилось с помощью непараметрических критериев: для независимых групп использовали критерий Манна–Уитни.

Результаты исследования и их обсуждение

Проведенный нами сравнительный анализ усредненных значений по всем отведениям головного мозга временных и амплитудных параметров слухового когнитивного потенциала Р300 у молодых лиц в зависимости от места проживания не выявил значимых различий.

Сопоставление индивидуальных величин латентного периода Р300, зарегистрированных в симметричных точках фронтальной, теменной, височной областях обоих полушарий, показало, что у 30 % обследуемых в приполярном районе и у 25 % обследуемых в заполярном районе отмечается межполушарная асимметрия; при этом наиболее короткий латентный период позднего компонента Р300 выявлен в правом полушарии головного мозга. Так, латентный период Р300 у молодых лиц приполярного района значимо ниже в передневисочном F8 (p = 0,02), средневисочном Т4 (р = 0,02) отделах правого полушария по сравнению в симметричных точках левого полушария (рис. 1).

В заполярном районе латентный период Р300 значимо ниже в лобном отделе F4 (p = 0,016), в центральном С4 (р = 0,03) и в средневисочном отделе Т4 (р = 0,04) справа, чем время латентного периода Р300 в симметричных отведениях левого полушария (рис. 2).

Таким образом, у 30 % молодых лиц приполярного и 25 % заполярного района при выборе значимого стимула в oddball тесте асимметрично формируется пик Р300 в передних областях больших полушарий головного мозга. У молодых лиц в приполярном районе асимметрия латентного периода Р300 больше выражена по височным отделам, а у молодых лиц заполярного района – в лобно-центральных и височных отделах головного мозга.

Учитывая выраженность межполушарных различий амплитуды потенциала Р300 по всем отведениям, решено выделить I группу молодых лиц с доминированием амплитуды Р300 в левом полушарии, II группу лиц с доминированием амплитуды Р300 в правом полушарии мозга (таблица).

Так, в приполярном районе у обследуемых лиц встречаются оба варианта латерализации амплитуды Р300: в I группе (n = 11) амплитуда Р300 в левом полушарии достоверно выше в отведении F3, p = 0,04 и в отведении С3, р = 0,03 по сравнению с симметричными точками правого полушария. Во II группе (n = 12) амплитуда Р300 значимо выше в правом полушарии в отведении F8, p = 0,02 и в Р4, р = 0,03 по сравнению с симметричными точками левого полушария. В заполярном районе также выделены группы обследуемых по амплитудной латерализации. Так, в I группе (n = 13) амплитуда Р300 достоверно выше в левом полушарии в точке F7, p = 0,02, во II группе (n = 13) амплитуда Р300 значимо выше в правом полушарии в С4, р = 0,03, F4, p = 0,04. Таким образом, при формировании когнитивного вызванного потенциала Р300 наряду с симметричным распределением амплитуды и латентного времени Р300 по поверхности головного мозга выявлена межполушарная асимметрия по латентному периоду и амплитуде Р300 у молодых лиц приполярного и заполярного районов Севера. Неравноценный вклад правого и левого полушария мозга в формировании компонента Р300 может быть обусловлен различиями в структурной и функциональной организации данных областей мозга. Латерализация функций головного мозга, как полагают, отражает эволюционные, наследственные факторы [1], возрастное развитие [10], условия среды проживания [8, 9, 11].

pic_42.tif

Рис. 1. Латентный период Р300 (в мс) в областях правого и левого полушария мозга у молодых лиц приполярного района. Примечание: * – р < 0,05, уровень статистически значимых различий между симметричными отведениями правого и левого плушария головного мозга

pic_43.tif

Рис. 2. Латентный период Р300 (в мс) в областях правого и левого полушария у молодых лиц заполярного района. Примечание: * – р < 0,05, уровень статистически значимых различий между симметричными отведениями правого и левого плушария головного мозга

В литературе отмечается, что вызванный потенциал в правом полушарии опережает по времени в симметричных отделах левого полушария, и максимально выражен в височных областях [7]. Исследования показали, что у коренных жителей Севера ведущим при обработке информации является правое полушарие головного мозга, либо оба полушария равноценны [8]. Данная закономерность прослеживается и в нашей работе, то есть у молодых лиц приполярного и заполярного районов выявлена межполушарная асимметрия с более коротким латентным временем Р300 в правом полушарии головного мозга. Распределение межполушарной асимметрии формирования сигнала в отдельных областях головного мозга у молодых лиц в зависимости от района было различным. У молодых лиц приполярного района наблюдается межполушарная асимметрия с более коротким латентным периодом Р300 в височном отделе правого полушария, а у молодых лиц заполярного района асимметрия наиболее выражена в лобном, центральном и средневисочном отелах правого полушария. Обработка когнитивной и эмоциональной информации происходит в структурах медиальной префронтальной коры и паравентрикулярном ядре гипоталамуса, участвующем в нейроэндокринной и вегетативной регуляции [16], что необходимо для адаптации организма в изменяющихся условиях. Вероятно, для эффективной реализации когнитивных функций в условиях высоких широт (в заполярном районе) по сравнению с более комфортными условиями проживания требуется вовлечение большего объема морфо-функциональных структур головного мозга. Считается, что в основе межполушарных различий лежит способность левого полушария к восприятию вербальных стимулов, а правое полушарие связано непосредственно с восприятием, образным мышлением, пространственным анализом [7]. В Арктике традиционными видами деятельности считались рыболовство и оленеводство. При этом основное внимание человека направлено на пространственную ориентацию, что связано с активностью правого полушария. Полагают, что из поколения в поколение формируется и закрепляется тип полушарного доминирования, который обеспечивает оптимальное функционирование организма к условиям данной среды [2].

Амплитуда (в мкВ) когнитивного вызванного потенциала Р300 у молодых лиц

Показатели

Приполярный район

Заполярный район

I группа (n = 11) Ме (25; 75)

II группа (n = 12) Ме (25; 75)

I группа (n = 13)

Ме (25; 75)

II группа (n = 13)

Ме (25; 75)

F3

12,45 (9,2; 13,2)*

16,7 (10,5; 21)

16,1 (11,1; 19,3)

8,3 (8,1; 15,2)

F4

9,5 (7,6; 12,7)

22,4 (14,8; 29,3)

12,2 (6,6; 15,7)

13,7 (11; 16,2)*

C3

10 (7; 16,6)*

16,1 (10,7; 18,7)

11,5 (8,2; 15,4)

8 (7,4; 11,9)

C4

7,4 (4,8; 9,7)

20,6 (14,2; 24,8)

9,8 (4,8; 12,4)

12,3 (9,4; 13)*

P3

8,75 (5,7; 12,8)

10,2 (5,9; 14,4)

11,2 (8,7; 14,2)

6,8 (4,9; 10,8)

P4

6,5 (4,7; 14)

15,3 (11,4; 19,5)*

8,7 (6,4; 9,4)

7,9 (6,2; 12,3)

F7

6,2 (5,6; 11,7)

11,8 (7,7; 13,4)

10,8 (9,4; 11,3)*

7,2 (5,6; 9,7)

F8

6,1 (5,1; 8)

16,5 (11,1; 18,1)*

6,3 (5,6; 8,8)

8,9 (7,5; 12,4)

T3

9,11 (4,7; 12,5)

10,6 (8,5; 15,1)

8,7 (5,6; 12,8)

7,3 (6,5; 11,6)

T4

7,05 (5,7; 8,9)

14,6 (11,6; 20,5)

6,9 (4,6; 8,7)

9,6 (7,5; 12,6)

Примечание: * – р < 0,05, уровень статистически значимых различий между симметричными отведениями правого и левого плушария головного мозга.

Амплитуду Р300 большинство исследователей рассматривают как отражение активности различных нейронных популяций мозга, привлеченных к обработке стимула [4, 15]. По данным литературы, амплитуда Р300 представляет собой весьма чувствительный показатель, дисперсия которого зависит от генетических [1], средовых факторов, эмоционального состояния, уровня тревожности [6], сложности задачи [7], патологических состояний [4]. При выборе значимого стимула в парадигме oddball у молодых лиц приполярного района отмечается повышение амплитуды Р300 в височном и теменном отделе правого полушария мозга. Правые теменные области во взаимосвязи с правой поясной извилиной участвуют в решении пространственных задач [14]. У молодых лиц заполярного района правополушарная амплитудная асимметрия значимо выражена в лобно-центральных отделах правого полушария. У лиц заполярного района с левополушарным типом реагирования значимо повышается амплитуда Р300 в височных отделах, а у молодых лиц приполярного района – в лобно-центральных отделах мозга. Полученное распределение амплитуды Р300 в левом и правом полушарии мозга свидетельствует о разных нейрогенных механизмах обработки информации у жителей Севера в зависимости от их места проживания. У молодых лиц заполярного района с правополушарным типом реагирования при обработке информации вовлекается большее количество нейронов и структур головного мозга. На Севере доминирование правого полушария связано с адаптивными перестройками в организме человека [8, 9, 11]. Экспериментальные данные [17] свидетельствуют о правосторонней специализации головного мозга в процессах адаптации организма, что связано с активацией гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы. Люди, приезжающие на Север, имеют более выраженные адаптивные возможности, если у них исходно выражен левый или симметричный профиль функциональной асимметрии мозга [11]. В процессе адаптации в климатических условиях Севера повышается функциональная активность правого полушария мозга для обеспечения гомеостаза, что может вызвать перенапряжение регуляторных систем [11]. У людей с левым и симметричным профилями нейрональная активность выражена в равной степени как в левом, так и в правом полушариях мозга, поэтому в экстремальных условиях не возникает срыва центральных механизмов регуляции [9]. Таким образом, проживание в различных климато-географических районах жителей Севера способствует формированию у них разных вариантов межполушарного реагирования, отражающие интеграционных процессы центральной нервной системы для реализации когнитивных функций и адаптационных перестроек в организме человека.

Выводы

1. При выполнении задания на отбор значимого стимула в парадигме oddball у молодых лиц, проживающих в приполярном и заполярном районе Севера, усредненные по всем отведениям амплитудно-временные параметры когнитивного вызванного потенциала Р300 значимо не различались.

2. У 30 % молодых лиц приполярного района при формировании когнитивного вызванного потенциала отмечается межполушарная асимметрия с более коротким латентным временем Р300 в височной области F8, T4 правого полушария. У 25 % молодых лиц заполярного района латентное время Р300 значимо ниже в лобно-центральной (F4, C4) и височной области (F8), что свидетельствует о большем вовлечении структур головного мозга, необходимых для достижения согласованного восприятия и обработки информации.

3. Выявлены разные варианты межполушарной амплитудной асимметрии когнитивного вызванного потенциала Р300, отражающие разную стратегию адаптационных перестроек. Правосторонняя амплитудная асимметрия с более выраженной амплитудой Р300 в передневисочном (F8) и теменном (P4) отделе головного мозга выявлена у молодых лиц приполярного района, и в лобно-центральном отделе (F4, C4) – у молодых лиц заполярного района. Левосторонняя амплитудная асимметрия с более высокой амплитудой в лобно-центральном (F3, C3) отделе наблюдается у молодых людей приполярного района и в височном отделе (F7) – у молодых лиц заполярного района.

Работа поддержана грантом Президиума УрО РАН № 12-У-4-1019.

Рецензенты:

Грибанов А.В., д.м.н., профессор, заслуженный деятель науки РФ, директор Института медико-биологических исследований Северного (Арктического) федерального университета им. М.В. Ломоносова, г. Архангельск;

Бебякова Н.А., д.б.н., профессор, заведующая кафедрой медицинской биологии и генетики, ГБОУ ВПО «Северный государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения РФ, г. Архангельск.

Работа поступила в редакцию 16.12.2013.


Библиографическая ссылка

Кривоногова Е.В., Поскотинова Л.В., Дёмин Д.Б. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ АМПЛИТУДНО-ВРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ КОГНИТИВНОГО ВЫЗВАННОГО ПОТЕНЦИАЛА Р300 У МОЛОДЫХ ЛИЦ ПРИПОЛЯРНОГО И ЗАПОЛЯРНОГО РАЙОНОВ СЕВЕРА // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 11-3. – С. 478-483;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=33147 (дата обращения: 19.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074