Способ выявления зон активации головного мозга, связывающих интероцепцию и эмоциональный интеллект, у пациентов среднего и пожилого возраста
METHOD FOR IDENTIFYING BRAIN ACTIVATION AREAS LINKING INTEROCEPTION AND EMOTIONAL INTELLIGENCE IN MIDDLE-AGED AND ELDERLY PATIENTS

Изобретение относится к области медицины, в частности к неврологии, и может быть использовано для изучения зон активации головного мозга, связывающих интероцепцию и эмоциональный интеллект.
В медицинской психологии широко признается факт взаимосвязи эмоциональной регуляции с процессами получения и обработки информации от собственного тела, называемыми интероцепцией. Концептуализация этой связи производится на разных теоретико-методологических основаниях [Barrett L.F., Satpute А.В. Historical pitfalls and new directions in the neuroscience of emotion. Neurosci Lett. 2017. 9-18]. Согласно классической теории Джеймса-Ланге, в ответ на внешние события возникают физиологические реакции, осознание которых сопровождается субъективным переживанием в форме эмоций. Гипотеза Кэннона-Барда предполагает одновременность и независимость эмоциональных и физиологических реакций в ответ на внешние события и их связь с активацией общих областей мозга. Более поздние теории эмоций, такие как двухфакторная теория Шехтера-Сингера, подчеркивают роль когнитивных факторов, опосредующих связь между физиологическими и эмоциональными реакциями на ситуацию [Scherer K.R., Schorr Α., Johnstone Т. Appraisal processes in emotion: theory, methods, research. London: Oxford University Press, 2001. 478 р.]. В настоящее время американской группой исследователей во главе с L.F. Barrett в рамках теории конструируемых эмоций (Theory of constructed emotion) предложено рассматривать интероцептивный и эмоциональный процессинги как связанные общими нейрональными механизмами предикативного кодирования [Barrett L.F. The theory of constructed emotion: an active inference account of interoception and categorization. Soc Cogn Affect Neurosci. 2017. 12 (1): 1-23]. В то же время, в психологии телесности, разрабатываемой в рамках культурно-исторической традиции Выготского, и соматоперцепция (восприятие своего тела), и понимание эмоций являются психическими процессами, социокультурными по происхождению и опосредованными системой значений (прежде всего, вербальных), что делает эти процессы доступными для осознания и произвольной регуляции. Таким образом, общепризнанно, что интероцепция и эмоциональный процессинг тесно связаны, однако вопрос о механизмах, лежащих в основе этих связей, до сих пор остается предметом дискуссии [Kleckner I.R., Zhang J., Touroutoglou Α., Chanes L., Xia C, Simmons W.K., Quigley K.S., Dickerson B.C., Barrett L.F. Evidence for a Large-Scale Brain System Supporting Allostasis and Interoception in Humans. Nat Hum Behav. 2017. 1].
Практическое значение изучения проблемы связано с нарушениями указанных механизмов, связывающих эмоциональную регуляцию и соматоперцепцию, при соматоформных расстройствах, функциональных неврологических заболеваниях, депрессии и эмоциональном переедании. Выявление зон активации головного мозга, связывающих интероцепцию и эмоциональную регуляцию, необходимо для разработки новых методов лечения - направленного нейромодуляционного воздействия на эти клинически значимые механизмы, например, с помощью методов биологической обратной связи, транскраниальной электростимуляции, транскраниальной магнитной стимуляции.
Для определения зон активации головного мозга, связывающих интероцепцию и восприятие эмоций у молодых людей (средний возраст 19 лет), в исследовании Zaki et al. (Zaki J., Davis J.I., Ochsner K.N. Overlapping activity in anterior insula during interoception and emotional experience. Neuroimage. 2012. 62 (1): 493-499) была использована парадигма детекции сердцебиения, являющаяся прототипом для нашей работы. Испытуемые в ходе функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) с блоковым дизайном выполняли три вида заданий: 1) слушать собственное сердцебиение и нажимать кнопку в ответ на каждое сердцебиение, 2) слушать звуки, подаваемые в наушники, и нажимать кнопку в ответ на каждый звуковой тон, 3) одновременно слушать собственное сердцебиение и звуки, подаваемые в наушники, и нажимать кнопку в ответ на каждое сердцебиение. Каждое из заданий длилось 30 секунд и повторялось по 6 раз. При сравнении условий 1) и 3) с условием 2) выделяли зоны активации, связанные с интероцепцией. Восприятие эмоций оценивали в ходе просмотра видео-роликов с эмоционально окрашенными сценами. В результате было показано, что правая передняя островковая зона активируется как при интероцепции, так и при восприятии эмоций, и, следовательно, является зоной, связывающей интероцепцию и восприятие эмоций.
Описанный прототип имеет существенные недостатки, препятствующие его использованию в клинической практике. Во-первых, парадигма Zaki et al. является слишком сложной для людей старшего возраста, у которых интероцептивные способности снижаются, поскольку требуется одновременно слушать сердцебиение и нажимать на кнопку. В то же время, около половины пациентов с соматоформными расстройствами, получающих лечение в стационаре общего профиля, составляют люди в возрасте от 50 лет. Следовательно, необходима разработка парадигмы, адаптированной для людей среднего и пожилого возраста. В мировой литературе не встречается исследования мозговой активации, связанной с интероцепцией у людей среднего и пожилого возраста. Во-вторых, использованный Zaki et al. метод оценки эмоциональной регуляции - восприятие эмоций в ходе просмотра видеороликов - выявляется только отдельный ее компонент (восприятие эмоций в определенных условиях), и не охватывает эмоциональные способности в целом, является сомнительным с точки зрения конструктивной и экологической валидности, а также клинической значимости. Предлагаемое решение позволяет преодолеть обозначенные ограничения: разработанный вариант парадигмы успешно применен у людей от 40 до 65 лет, а использованный метод оценки эмоциональной регуляции - тест эмоционального интеллекта (MSCEIT v. 2.0), обладает высокой конструктивной и экологической валидностью и имеет установленное клиническое значение.
Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств для выявления зон активации головного мозга, связывающих интероцепцию и эмоциональный интеллект, в частности, в распространении имеющихся диагностических возможностей на категорию пациентов среднего и пожилого возраста.
Технический результат достигается тем, что выявление зон активации головного мозга, связывающих интероцепцию и эмоциональный интеллект, проводят путем функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) головного мозга в режиме Т2* с блоковым дизайном, при этом осуществляют сканирование в процессе выполнения шестнадцати блоков с чередованием восьми интероцептивных - «сердцебиение» и восьми экстероцептивных - «звуки», причем во время проведения каждого блока «сердцебиение» испытуемый в течение 10 сканирований сосредотачивает внимание на сердце и слушает собственное сердцебиение, а во время проведения каждого блока «звуки» в наушники подают сигнал «бип» с частотой аналогичной частоте сердечных сокращений испытуемого, а испытуемый в течение 10 сканирований сосредотачивается на звуках, затем проводят обработку полученных 160-ти сканирований в режиме Т2* с выбором зон активации, соответствующих интероцептивному блоку «сердцебиение», методом вычисления разности активации между интероцептивным блоком «сердцебиение» и экстероцептивным блоком «звуки», с последующим выявлением зон активации головного мозга, связывающих интероцепцию и эмоциональный интеллект посредством наложения полученных в режиме Т2* карт с полученной разностью активации на объемную реконструкцию головного мозга, полученную в режиме 3D-T1.
Способ осуществляется следующим образом.
Испытуемому проводят фМРТ-исследование с блоковым дизайном. Парадигма состоит из шестнадцати блоков с чередованием восьми интероцептивных «сердцебиение» и восьми экстероцептивных «звуки» блоков. При проведении интероцептивного блока «сердцебиение» испытуемый в процессе 10 сканирований осуществляет слушание своего сердцебиения в течение 20 секунд, сосредотачивая внимание на сердце. Затем при проведении экстрацептивного блока «звуки» испытуемый в процессе 10 сканирований в течение 20 секунд сосредотачивает свое внимание на звуках, подаваемых в его наушники в виде сигнала «бип» с частотой, аналогичной индивидуальной частоте сердечных сокращений испытуемого.
Перед началом сканирования уровень звука в наушниках регулируют до минимального различимого, чтобы обеспечить сопоставимую сложность условий двух блоковых дизайнов.
Затем проводят обработку полученных 160-ти сканирований в режиме Т2* с выбором зон активации, соответствующих интероцептивному блоку «сердцебиение», методом вычисления разности активации между интероцептивным блоком «сердцебиение» и экстероцептивным блоком «звуки». Далее выявляют зону активации головного мозга, связывающих интероцепцию и эмоциональный интеллект посредством наложения полученных в режиме Т2* карт с полученной разностью активации на объемную реконструкцию головного мозга, полученную в режиме 3D-T1.
Было исследовано 28 женщин в возрасте 51±5.7 лет.Все испытуемые подписали информированное согласие на проведение обследования. Протокол исследования был одобрен локальным Этическим комитетом ФГБНУ НЦН. Нейровизуализационное обследование проводилось на магнитно-резонансном томографе Siemens MAGNETOM Verio 3 Тл и включало в себя исследование головного мозга в режимах Т2-спиновое эхо в аксиальной проекции для оценки активации (время повторения (TR - time repetition) 2000 мс, время эхо (ТЕ - time echo) 21 мс, толщина среза 3 мм; продолжительность 8 мин 32 сек) и 3D T1_ mpr в сагиттальной проекции для получения изотропных анатомических данных с целью последующего наложения на них функциональных данных (TR 1900 мс, ТЕ 2,5 мс; толщина среза 1.0 мм; межсрезовый интервал 1 мм; продолжительность 4 мин 16 сек).
До MPT участникам проводят стандартный инструктаж с использованием видеозаписи, который включает в себя тренировку по детекции сердцебиения и звуки. Непосредственно перед началом парадигмы инструкция повторяется на экране внутри сканера. Для презентации и сбора ответов используется пакет Cogent в среде Matlab. Пульс регистрируют с помощью пульсоксиметра, встроенного в томограф, и обрабатывают в пакете ТАР AS PhysIO в среде Matlab v. R2013b. Синхронизация между предъявлением презентации и регистрацией данных томографом, включая пульсоксиметрическую кривую, проводится с помощью устройства SyncBox (NordicNeuroLab).
Применяется стандартный протокол предобработки данных (функциональные сканирования головного мозга в режиме Т2* и структурные данные в режиме 3D-T1 отдельно для каждого испытуемого для каждого теста): коррекция движений, корегистрация функциональных и анатомических данных, нормализация данных относительно стандартного пространства координат MNI (Montreal Neurological Institute) [Fonov V.S., Evans Α., McKinstry R. et al. Unbiased nonlinear average age-appropriate brain templates from birth to adulthood // Neurolmage. 2009. V. 47. P. S102] и сглаживание) [Кремнева Е.И., Коновалов Р.Н., Кротенкова М.В. Функциональная магнитно-резонансная томография // Анналы клинической и экспериментальной неврологии. 2011. V. 5. №1. Р. 30] с последующим групповым анализом.
Статистические параметрические карты формируют на основании повоксельного сравнения при помощи общей линейной модели [Friston K.J., Holmes А.Р., Worsley K.J. et al. Statistical parametric maps in functional imaging: a general linear approach // Human brain mapping. 1994. V. 2. №. 4. p.189].
На полученных для каждого обследуемого 160 сканирований головного мозга в режиме Т2* выявляют из фаз слушанья интероцептивного блока «сердцебиение» и экстероцептивного блока «звуки» зоны активации по усилению интенсивности сигнала. Вычисляют разность активации между интероцептивным блоком «сердцебиение» и экстероцептивным блоком «звуки». Затем цветные карты выявленных зон активации с учетом полученной разности накладывают на объемную реконструкцию головного мозга, полученную в режиме 3D-T1, с указанием координат зон в стереотаксическом пространстве MNI (Montreal Neurological Institute). В результате статистической обработки были выявлены достоверности в цифровом формате, причем значимыми для оценки управляющих функций считались зоны активации с порогом достоверности р<0,001.
Последующий анализ группы проводился с применением одновыборочного критерия Стьюдента (one-sample t-test) с порогом статистической значимости р<0,001.
Оценку индивидуальной эффективности в выполнении интероцептивной задачи проводили по фазам ответа интероцептивного блока «сердцебиение» с помощью широко используемого индекса интероцептивной точности [J.Brener, С.Ring, Towards а psychophysics of interoceptive processes: The measurement of heartbeat detection. October 2016 Philosophical Transactions of The Royal Society В Biological Sciences 371(1708):20160015]. Интероцептивную точность (ИТ) рассчитывали в Matlab по следующей формуле:
где i - номер блока, фактическое количество сердцебиений] - число сердцебиений, зарегистрированных пульсоксиметром в течение фазы ответа, количество ответов, - число нажатий на кнопку в течение фазы ответа (проводилось усреднение показателя по фазам ответа восьми интероцептивных условий).
Эмоциональный интеллект оценивали по тесту Мэйера-Сэловей-Карузо второй версии (MSCET v. 2.0) в русскоязычной адаптации Е.А. Сергиенко и И.И. Ветровой.
Уровни корреляции оценивали с использованием ранговой корреляции Спирмена в статистическом пакете SPSS.
Результаты
Полученная в результате ф-МРТ исследования зона активации в правой передней островковой коре, коррелирующей с интероцептивной точностью и уровнем эмоционального интеллекта, представлена на фиг.1. На фиг. 1 представлена зона активации головного мозга, связанная с интероцептивной точностью и уровнем эмоционального интеллекта. Зона активации состоит из 86 вокселей и имеет пик активации в точке (36; 23; -10). Средняя активация в данной зоне с высокой статистической значимостью коррелирует с уровнем эмоционального интеллекта (Rho=0.489, р=0.007) и с интероцептивной точностью (Rho=0.579, р=0.001).
Таким образом, пороговый уровень разности активации правой островковой коры между условиями «сердцебиение» и «звуки» составил более 0.011 с чувствительностью 74% и специфичностью 69%, что позволяет говорить о высоком уровне эмоционального интеллекта (см. фиг. 2). На фиг. 2 представлена площадь под ROC-кривой, которая составляет 0,763, что свидетельствует об удовлетворительных характеристиках модели.
Таким образом, с помощью разработанной парадигмы была выявлена зона активации головного мозга, связанная с интероцепцией и эмоциональным интеллектом. Результаты исследования могут быть использованы с целью направленного воздействия на данную зону методами нейромодуляции у пациентов с соматоформными, функциональными неврологическими и другими заболеваниями, в патогенезе которых участвуют нарушения механизмов интероцепции и эмоциональной регуляции.
Примеры осуществления способа.
Пример 1
Испытуемая К., 45 лет, здорова, без очаговых изменений в веществе головного мозга. Проводилось фМРТ-исследование, которое состояло из попеременно предъявляемых восьми интероцептивных («сердцебиение») и восьми экстероцептивных («звуки») блоков, причем во время проведения 10 сканирований каждого блока «сердцебиение» испытуемая сосредотачивала внимание на сердце и слушала собственное сердцебиение, а во время проведения каждого блока «звуки» в наушники подавали сигнал «бип» с частотой аналогичной частоте сердечных сокращений испытуемого, а испытуемая в течение 10 сканирований сосредотачивалась на звуках. Перед исследованием был проведен тренинг выполнения задания.
Затем проводили обработку полученных 160-ти сканирований в режиме Т2* с выбором зон активации, соответствующих интероцептивному блоку «сердцебиение», по усилению интенсивности сигнала по сравнению с экстероцептивным блоком «звуки», разность которого была равна 0,339. Далее осуществляли наложение полученных в режиме Т2* карт активации с полученной разностью активации на объемную реконструкцию головного мозга, полученную в режиме 3D-T1 для выявления локализации данных зон. При этом была выявлена активация передних отделов островка с порогом достоверности р<0,001. Активация в данной зоне с высокой статистической значимостью коррелирует с уровнем эмоционального интеллекта, который равен 114 баллов и с интероцептивной точностью равной 0,64.
Пример 2.
Испытуемая Α., 50 лет, с единичными очаговыми изменений в веществе головного мозга, с частыми соматоформными симптомами. Проводилось фМРТ-исследование, которое состояло из попеременно предъявляемых восьми интероцептивных («сердцебиение») и восьми экстероцептивных («звуки») блоков, причем во время проведения 10 сканирований каждого блока «сердцебиение» испытуемая сосредотачивала внимание на сердце и слушала собственное сердцебиение, а во время проведения каждого блока «звуки» в наушники подавали сигнал «бип» с частотой аналогичной частоте сердечных сокращений испытуемого, а испытуемая в течение 10 сканирований сосредотачивалась на звуках. Перед исследованием был проведен тренинг выполнения задания.
Затем проводили обработку полученных 160-ти сканирований в режиме Т2* с выбором зон активации, соответствующих интероцептивному блоку «сердцебиение», по усилению интенсивности сигнала по сравнению с экстероцептивным блоком «звуки», разность которого была равна 0,04. Далее осуществляли наложение полученных в режиме Т2* карт активации с полученной разностью активации на объемную реконструкцию головного мозга, полученную в режиме 3D-T1 для выявления локализации зон, связывающих интероцепцию и эмоциональный интеллект.При этом была выявлена активация передних отделов островка с порогом достоверности р<0,001. Активация в данной зоне с высокой статистической значимостью коррелирует с уровнем эмоционального интеллекта, который равен 85 баллов и с интероцептивной точностью равной 0,42.
Пример 3.
Испытуемая Г., 62 лет, с единичными очаговыми изменениями в веществе головного мозга, с умеренной депрессией. Проводилось фМРТ-исследование, которое состояло из попеременно предъявляемых восьми интероцептивных («сердцебиение») и восьми экстероцептивных («звуки») блоков, причем во время проведения 10 сканирований каждого блока «сердцебиение» испытуемая сосредотачивала внимание на сердце и слушала собственное сердцебиение, а во время проведения каждого блока «звуки» в наушники подавали сигнал «бип» с частотой аналогичной частоте сердечных сокращений испытуемого, а испытуемая в течение 10 сканирований сосредотачивалась на звуках. Перед исследованием был проведен тренинг выполнения задания.
Затем проводили обработку полученных 160-ти сканирований в режиме Т2* с выбором зон активации, соответствующих интероцептивному блоку «сердцебиение», по усилению интенсивности сигнала по сравнению с экстероцептивным блоком «звуки», разность которого была равна 0,12. Далее осуществляли наложение полученных в режиме Т2* карт активации с полученной разностью активации на объемную реконструкцию головного мозга, полученную в режиме 3D-T1 для выявления локализации зон, связывающих интероцепцию и эмоциональный интеллект.При этом была выявлена активация передних отделов островка с порогом достоверности р<0,001. Активация в данной зоне с высокой статистической значимостью коррелирует с уровнем эмоционального интеллекта, который равен 90 баллов и с интероцептивной точностью равной 0,34.
Таким образом, использование адаптированной парадигмы для людей среднего и пожилого возраста с учетом разности активации между интероцептивных - «сердцебиение» и экстероцептивных - «звуки» блоков обеспечивает достоверное выявление зон активации головного мозга, связывающих интероцепцию и эмоциональный интеллект. Результаты исследования имеют клиническое значение.