СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ МЕЖПОЛУШАРНОЙ АСИММЕТРИИ У ПРАВШЕЙ И ЛЕВШЕЙ
METHOD OF DIAGNOSING FUNCTIONAL INTERHEMISPHERIC ASYMMETRY IN RIGHT-HANDED AND LEFT-HANDED PEOPLE

Изобретение относится к медицине, в частности к области медицинской и психофизиологической диагностики, и касается диагностики степени функциональной асимметрии у правшей и левшей.
Межполушарная асимметрия является фундаментальным свойством мозга человека. Впервые современная постановка проблемы функциональной межполушарной асимметрии (ФМА) у человека возникла после работ Р.Вгоса (1861), W.Ogle (1867), K.Wemicke (1874), H.Bastian (1882) и др., показавших латерализацию речевых функций у человека.
Исследования, посвященные оценке степени выраженности сенсорных и моторных асимметрий в группах левшей и правшей, различаются по методам определения функциональной асимметрии (Annet M. The distribution о manual asymmetry // Br. J. O Psychology. 1972. V.6. P.343-358; Федорук А.Г., Доброхотова Т.А. Функциональные асимметрии человека в операторской деятельности. // Космическая биология и авиационная медицина. - 1980. - №5. - С.39-42; Фомина Е.В. Сенсомоторные асимметрии спортсменов. - Омск, 2003. - С.150; Брагина Н.Н., Доброхотова Т.А. Функциональные асимметрии человека, 2-е изд. - M.: Медицина, 1988. - С.203-219). Измеряемая с помощью различных тестов функциональная асимметрия мозга говорит только об особенностях конкретных поведенческих проявлений и не всегда коррелирует с общей функциональной асимметрией.
Использование электроэнцефалографии (ЭЭГ) при анализе межполушарной асимметрии существенно дополняет общую картину различий правшей и левшей. Полушарные различия когерентных характеристик ЭЭГ у правшей и левшей, описанные различными исследователями, по характеру неоднородны и противоречивы, имеют разные методические подходы (Гриндель О.М., Сазонова О.Б., Жиров С.Б. Исследование пространственной структуры альфа-ритма здорового человека методом картирования ЭЭГ. // Журн. высш. нервн. деят. - Т.42. - В.2. - 1992. - С.491-499; Голдстайн Л. Характеристика дифференциальной полушарной ЭЭГ активации у право- и леворуких. Леворукость, антропоизометрия и латеральная адаптация. - Москва - Ворошиловград, 1985. - С.41; Доброхотова Т.А., Брагина Н.Н. Левши. - М.: Медицина, 1977. - С.359; Ефимова И.В., Тимаева М.А., Уварова Л.Г. Межполушарная асимметрия (МПАс) диапазонов ритмов ЭЭГ и ее межиндивидуальная вариабельность у здоровых людей в зависимости от латерализации ведущей руки. // Физиология человека. - 1984. - Т.10. - №4. - С.515; Жаворонкова Л.А. Правши-левши: межполушарная асимметрия биопотенциалов мозга человека. - Краснодар: Экоинвест, 2009. - С.21-64; Русинов B.C., Гриндель О.М., Болдырева Г.Н., Вакар Е.М. Симметричность и стабильность спектров ЭЭГ здорового человека. // Журн. высш. нерв. деят. - 1976. - Т.26. - №3. - С.576-587; Русинов B.C., Гриндель О.М., Болдырева Г.Н., Вакар Е.М. Биопотенциалы мозга человека (математический анализ). - М.: Медицина, 1987. - С.254; Yoshii F., Ginsberg M.D., Kelley R.E. et al. Asymmetric somatosensory activation topographic study // Brain Res. 1989. V.48. №2. - P.355; Lopez da Silva F.N., Van Lierop Т.Н., Schrijer C.F., Storm van Leeuwen W. Organisation of thalamic and cortical alpha rhythms: spectra and coherences / EEG and din. Neurophysiol. 1973. V.35. P.627; Earle J.B. Task difficulty and EEG alpha asymmetry: an amplitude and frequency analysis // Neuropsychobiology. 1988. V.20, P.96-112).
В лаборатории клинической нейрофизиологии Института нейрохирургии им. Н.Н.Бурденко разработан способ оценки частотных характеристик ЭЭГ с помощью средней частоты и эффективной частотной полосы спектра мощности. Однако при анализе биоритмов данным способом в группах левшей и правшей не обнаружилось статистически значимых межполушарных различий, они имеют место только в диапазоне альфа-ритма по частоте у правшей (Гриндель О.М., Гершман С.Г., Болдырева Г.Н. и др. Межцентральные отношения в коре больших полушарий мозга человека по данным спектра когерентности и фазового спектра ЭЭГ // Журн. высш. нерв. деят. - 1973. - Е.23. - №4. - С.771-781). По данным Buttler S.R. (Buttler S.R., Glass A. Asymmetries in the encephalogramm associated with cerebral dominance // EEG and din. Neurophysiol. 1978. V.45. №4. - P.393). В настоящее время известно множество способов определения межполушарной асимметрии (патент RU №2115364, 20.07.1998; патент RU №2151548, 27.06.2000; патент RU №2198589, 20.02.2003). Однако большинство из них касаются определения межполушарной асимметрии с помощью сенсорных и моторных проб без анализа электрофизиологической картины мозга по полушариям.
Существует способ определения степени межполушарной асимметрии мозга (заявка RU №2003135904, кл. A61B 5/16, бюл. №14, 2005), где в качестве показателя функционального состояния мозга используется уровень функциональных возможностей центральной нервной системы (УФВ ЦНС). Сенсомоторный тест выполняют унимануально с паузой не менее 7 минут. Коэффициент межполушарной асимметрии рассчитывают по формуле:
Кас=(УФВл-УФВп)/(УФВл+УФВп)·100%, где УФВл - это уровень функциональных возможностей нервной системы при выполнении сенсомоторного теста правой рукой; УФВп - это уровень функциональных возможностей при выполнении сенсомоторного теста левой рукой. Недостатком данного способа является отсутствие данных о реакции биоритмов мозга по ЭЭГ в момент проведения сенсомоторного теста.
Известен способ определения функционального состояния человека с правым профилем асимметрии (Жаворонкова Л.А. АС №1581278, 30.07.1990), который позднее дополнен результатами детального анализа биоритмов мозга в бодрствовании и во сне у правшей и левшей с внедрением программы когерентного анализа (Ка) ритмов по полушариям:
Ка=1/n(Ког Е Л1 - Ког Е П1/Ког Е Л1 + Ког Е П1+ …+Ког Е Лn - Ког Е Пn/Ког Е Лn+Ког Е Пn), где Ког - когерентность, Е - сумма, Л - левый, П - правый (Жаворонкова Л.А. Правши-левши: межполушарная асимметрия биопотенциалов мозга человека. - Краснодар: Экоинвест, 2009. - С.21-64). Однако при этом нет данных, касающихся анализа мю-ритма (роландического, соматосенсорного), являющегося вариантом нормального ритма, близкого по частотной характеристике к альфа-ритму, но отличающегося от него по степени выраженности в различных областях коры (мю-ритм регистрируется преимущественно в центральных областях).
Существует метод определения индивидуального профиля латеральной организации (ПЛО) (Брагина Н.Н., Доброхотова Т.А. Функциональные асимметрии человека. - М.: Медицина, - 1988. - С.203-219), принятый за прототип, включающий оценку характера моторных асимметрий - определение степени правшества-левшества по моторному доминированию руки и ноги (фиг.1), а также сенсорных асимметрий - определение ведущего глаза и уха. Однако описанная в прототипе методика определения межполушарной асимметрии с помощью сенсорных и моторных проб не отражает полной картины функциональной межполушарной асимметрии, так как не содержит анализ электрофизиологической картины мозга по полушариям.
Задачей заявляемого изобретения является выявление достоверных критериев, определяющих функциональную межполушарную асимметрию у левшей и правшей с помощью регистрации мю-ритма по ЭЭГ в различных функциональных состояниях бодрствования и определения биоэлектрического фокуса доминирования мю-ритма по полушариям с помощью сенсомоторной пробы.
Поставленная задача решается путем внедрения способа определения индивидуального профиля латеральной организации с использованием мю-ритма, регистрированного с помощью электроэнцефалограммы (ЭЭГ) в различных функциональных состояниях бодрствования и при сенсомоторной пробе для правой и левой руки.
Для реализации поставленной задачи проводились исследования в городе Владивостоке на базе Медицинского центра «НЕВРОН» в течение 12 месяцев (с 2009 по 2010 г.). Для обследования выбраны практически здоровые добровольцы обоего пола 260 человек в возрасте 20-40 лет. Возрастная группа выбрана с учетом возрастной «зрелости» и стабильности ритмов по ЭЭГ, а также из-за отсутствия хронических заболеваний в исследуемой группе. Динамическое тестирование пациентов проводилось в одно и то же время суток (с 10 до 12 часов). Определение индивидуального профиля латеральной организации (ПЛО) (правша или левша) осуществлялось по методике (Брагина Н.Н., Доброхотова Т.А., 1988), добровольцы со смешанным типом ПЛО были исключены. Далее проводилась запись электроэнцефалограммы с функциональными пробами с дополнительным проведением сенсомоторной пробы. Запись ЭЭГ проводилась в положении сидя в затемненной комнате по стандартной методике, включающей пассивное и активное бодрствование, функциональные пробы (открывание-закрывание глаз, ритмическую фотостимуляцию 2-30 Гц (РФС) и гипервентиляцию (ГВ) 5 мин). Применялась схема расположения электродов по Международной системе "10-20" (Джаспер, 1958) в стандартных отведениях, включающих основные зоны мозга правого и левого полушарий: затылочную (О), теменную (Р), центральную (С), лобную (F), височную (Т). Использовались монополярный с объединенным референтным электродом и биполярный монтажи. Полоса пропускания 0,5-35 Гц, амплитудная калибровка 7 мкВ, развертка 30 мм/сек. С помощью частотного и амплитудного анализа определялась область доминирования в диапазоне мю-ритма по полушариям с построением потенциальных карт активности и их потенциальных полей. Все показатели рассчитывались отдельно для правого и левого полушария.
При детальном анализе мю-ритма по ЭЭГ наблюдалась лучшая визуализация мю-ритма при биполярном монтаже в центрально-теменных отделах, а при монополярном монтаже - в центральных отделах. Выявлены различия у левшей и правшей в локализации доминирующего функционального фокуса мю-ритма по полушариям с обратной зависимостью преобладания мю-ритма во время сенсомоторной пробы от доминирующей руки.
С помощью полученных результатов был сформирован новый способ диагностики функциональной межполушарной асимметрии у правшей и левшей, который заключается в определении индивидуального профиля латеральной организации (ПЛО) с использованием мю-ритма по ЭЭГ в различных функциональных состояниях бодрствования (с амплитудно-частотным анализом коэффициентов асимметрии) и с сенсомоторной пробой по схеме: «Закрыть глаза - сжать правую руку - открыть глаза - затем разжать руку»; «Закрыть глаза - сжать левую руку - открыть глаза - затем разжать руку».
Способ осуществляется следующим образом.
Вначале проводят индивидуальное тестирование, включающее определение индивидуального профиля латеральной организации с оценкой характера моторных асимметрий - определение степени правшества-левшества по доминированию руки и ноги, а также сенсорных асимметрий - с определением ведущего глаза и уха. Затем производят рутинную запись ЭЭГ (в положении сидя) в затемненной комнате по стандартной методике, включающей пассивное и активное бодрствование, функциональные пробы (открывание-закрывание глаз, ритмическую фотостимуляцию 2-3 0 Гц (РФС) и гипервентиляцию (ГВ) 5 мин.). Применяется схема расположения электродов по Международной системе "10-20" (Джаспер, 1958) в стандартных отведениях с включением основных зон мозга правого и левого полушарий. Используются монополярный с объединенным референтным электродом и биполярный монтажи. Полоса пропускания 0,5-35 Гц, амплитудная калибровка 7 мкВ, развертка 30 мм/сек. Анализу подвергаются безартефактные отрезки ЭЭГ с фиксированным периодом в 3 секунды участков с лучшей визуализацией мю-ритма в центральных (С) и центрально-теменных отведениях (С-Р). Все показатели рассчитываются отдельно для правого и левого полушария. Затем определяют биоэлектрический функциональный фокус доминирования мю-ритма по полушариям во время сенсомоторной пробы, осуществляемой по схеме: «Закрыть глаза - сжать правую руки - открыть глаза - затем разжать руку»; «Закрыть глаза - сжать левую руку - открыть глаза - затем разжать руку».
Для анализа мю-ритма разработаны амплитудно-частотные коэффициенты асимметрии.
Коэффициент амплитудной асимметрии рассчитывается по формуле:
КАА=(R(Nmax-Nmin)л-R(Nmax-Nmin)п)/(R(Nmax-Nmin)л+R(Nmax-Nmin)п)×100%,
где КАА - коэффициент амплитудной асимметрии, R=Nmax-Nmin - разность между максимальной (Nmax) и минимальной (Nmin) точками внутри интервала в центральных отведениях за 3 секунды; л - левое, п - правое полушарие.
Коэффициент частотной асимметрии рассчитывается по формуле:
КЧА=(R (Nmax-Nmin)л-R (Nmax-Nmin)п)/(R (Nmax-Nmin)л+R (Nmax-Nmin)п)×100%;
где КЧА - коэффициент частотной асимметрии, R=Nmax-Nmin - разность между максимальной (Nmax) и минимальной (Nmin) точками внутри интервала в центральных отведениях за 3 секунды; л - левое, п - правое полушарие.
Способ поясняется иллюстрирующим материалом, где
на фиг.1 изображена схема проекции сенсомоторной области правой и левой руки;
на фиг.2 и 3 показан фрагмент электроэнцефалограммы С., 30 лет (правша) (биполярный монтаж), с анализом разницы по спектрограмме между мю-ритмом и альфа-ритмом (мкВ);
на фиг.4 и 5 показан фрагмент электроэнцефалограммы С., 30 лет (правша) (монополярный монтаж), с определением фокуса доминирования мю-ритма по картограмме во время сенсомоторной пробы (мкВ);
на фиг.6 и 7 показан фрагмент электроэнцефалограммы К., 30 лет (левша) (биполярный монтаж), с анализом разницы по спектрограмме между мю-ритмом и альфа-ритмом (мкВ);
на фиг.8 и 9 изображен фрагмент электроэнцефалограммы К., 30 лет (левша) (монополярный монтаж), с определением фокуса доминирования мю-ритма по картограмме во время сенсомоторной пробы (мкВ).
Способ иллюстрируется следующими примерами.
В качестве примера взяты два добровольца (без органических заболеваний головного мозга) правша и левша одного возраста мужского пола. Определяется индивидуальный профиль латеральной организации с проведением электроэнцефалограммы в различных функциональных состояниях бодрствования и при сенсомоторной пробе, проводится амплитудно-частотный анализ мю-ритма в сравнении с корковым ритмом (альфа-ритмом) в различных областях мозга.
Пример 1: С., 30 лет (правша).
Доброволец С. (мужчина 30 лет), по тестированию ПЛО - правша (ведущий глаз - правый, ведущее ухо - правое, ведущая рука - правая, ведущая нога - правая).
В таблицах 1 и 2 представлен сравнительный анализ средних значений по амплитудам и частоте мю- и альфа-ритма в разных областях головного мозга, указывающий на наличие закономерности в межполушарном распределении мю- и альфа-ритмов в зависимости от доминирующего полушария.
Таблица 1
Сравнительный анализ средних значений по амплитудам и частоте мю- и альфа-ритмов в разных областях головного мозга у правши (С. 30 лет) (мкВ)
Проекционные области головного мозга
Мю-ритм
Альфа-ритм
Слева (1)
Справа (2)
Слева (1)
Справа (2)
Центральные и теменно-центральные отведения (C, C-P) (мкВ)
50
42,3
-
-
Затылочные и теменно-затылочные отведения (O, P-O) (мкВ)
23,3
18
Таблица 2
Сравнительный анализ средних значений по амплитудам и частоте мю- и альфа-ритмов в разных областях головного мозга у правши (С. 30 лет) (мкВ)
Проекционные области головного мозга
Мю-ритм
Альфа-ритм
Слева (1)
Справа (2)
Слева (1)
Справа (2)
Центральные и теменно-центральные отведения (C, C-P) (Гц)
11,1
10
-
-
Затылочные и теменно-затылочные отведения (O, P-O) (Гц)
-
-
9,8
8,5
Проведен спектральный анализ мю-ритма в сравнении с альфа-ритмом в проекционных областях доминирования по полушариям (табл.1, 2 и фиг.2, 3). По данным ЭЭГ выявлена разница в амплитудно-частотном доминировании мю-ритма по полушариям. Выявлено сходство в частотно-амплитудном доминировании мю-ритма и альфа-ритма в левой гемисфере. Однако есть и различия по мю-ритму и альфа-ритму: мю-ритм лучше визуализируется при биполярном монтаже, а альфа-ритм - при монополярном монтаже; мю-ритм регистрируется по монополярному монтажу в центральных отделах левого полушария, при биполярном монтаже - в центрально-теменных отделах левого полушария, а альфа-ритм - в затылочной области левого полушария. С помощью КАА и КЧА выявлена разница по амплитуде и частоте мю-ритма в центральных отделах (С) у правши:
1) амплитуда R слева 50 мкВ, R справа 42,3 мкВ
КАА=7,7/92,3×100%=8,3%;
2) частота R слева 11,1 Гц, R справа 10 Гц
КЧА=1,1/21,1×100%=5,2%.
По сенсомоторной пробе - в момент сжимания правой кисти не происходило полное подавление мю-ритма с последующим преобладанием мю-ритма в сенсомоторной области левого полушария, что является отражением коркового представительства функции правой руки.
Пример 2: К. 30 лет (левша).
Доброволец К. (мужчина 30 лет), по ПЛО - левша (ведущий глаз - левый, ведущее ухо - левое, ведущая рука - левая, ведущая нога - левая).
В таблицах 3-4 представлен сравнительный анализ средних значений по амплитуде и частоте мю-ритма и альфа-ритма в разных областях головного мозга.
Таблица 3
Сравнительный анализ средних значений по амплитудам мю- и альфа-ритмов в разных областях головного мозга у левши (К. 30 лет) (мкВ)
Проекционные области головного мозга
Мю-ритм
Альфа-ритм
Слева (1)
Справа(2)
Слева (1)
Справа(2)
Центральные и теменно-центральные отведения (C, C-P) (мкВ)
53,9
65,3
-
-
Затылочные и теменно-затылочные отведения (O,P-O) (мкВ)
-
28
32
Таблица 4.
Сравнительный анализ средних значений по частоте мю- и альфа-ритмов в разных областях головного мозга у левши (К. 30 лет) (Гц)
Проекционные области головного мозга
Мю-ритм
Альфа-ритм
Слева (1)
Справа (2)
Слева (1)
Справа (2)
Центральные и теменно-центральные отведения (C, C-P) (Гц)
10,8
11,4
-
-
Затылочные и теменно-затылочные отведения (O, P-O) (Гц)
-
-
9,3
10
Проведен спектральный анализ мю-ритма в сравнении с альфа-ритмом в проекционных областях доминирования по полушариям (табл. 3, 4 и фиг. 4, 5). По данным ЭЭГ выявлена разница в амплитудно-частотном доминировании мю-ритма по полушариям. Определено сходство в частотно-амплитудном доминировании мю-ритма и альфа-ритма в правой гемисфере. Однако выявлены и различия по мю-ритму и альфа-ритму: мю-ритм лучше визуализируется при биполярном монтаже, а альфа-ритм - при монополярном монтаже; мю-ритм регистрируется по монополярному монтажу в центральных отделах правого полушария, при биполярном монтаже - в центрально-теменных отделах правого полушария, а альфа-ритм - в затылочной области правого полушария. С помощью КАА и КЧА выявлена разница по амплитуде и частоте мю-ритма в центральных отделах (С) у левши:
1) амплитуда R слева 53,9 мкВ, R справа 65,3 мкВ,
КАА=-11,4/119,2×100%=-9,5%;
2) частота R слева 10,8 Гц, R справа 11,4 Гц,
КЧА=-0,6/22, 2×100%=-2,7%.
По сенсомоторной пробе в момент сжимания левой кисти не происходило полное подавление мю-ритма с последующим преобладанием мю-ритма в сенсомоторной области правого полушария, что является отражением коркового представительства функции левой руки.
По результатам обследования (пример 1 и 2) доминирование мю-ритма по амплитуде и частоте, а также устойчивость на пробы наблюдается на контралатеральной стороне по отношению к доминирующему полушарию. У правши разница между максимальными и минимальными величинами мю-ритма больше в центральных отделах контралатерального полушария слева, а у левши - справа. Коэффициенты асимметрии по амплитуде и частоте позитивны у правши и отрицательны у левши. При сенсомоторной пробе (сжимание кисти в кулак) не происходит полное подавление мю-ритма ЭЭГ в центральных отделах контралатеральной стороны полушария по отношению к доминирующей руке.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что для определения функциональной межполушарной асимметрии, помимо определения индивидуального профиля латеральной организации (правша-левша), впервые используется амплитудно-частотный анализ мю-ритма с расчетом амплитудного и частотного коэффициентов асимметрии во время записи электроэнцефалограммы в различных функциональных состояниях бодрствования (пассивное-активное бодрствование, фотостимуляция, гипервентиляция), а для определения биоэлектрического фокуса доминирования мю-ритма по полушариям проводится сенсомоторная проба по схеме: «Закрыть глаза - сжать правую руку - открыть глаза - затем разжать руку», «Закрыть глаза - сжать левую руку - открыть глаза - затем разжать руку».
Практическое значение поиска точных критериев функциональной межполушарной асимметрии заключается в том, что на этой основе возможна более ранняя диагностика незавершенности адаптации организма, признаком которой является инверсия полушарного доминирования, что может лежать в основе психосоматических, невротических заболеваний и аддиктивного поведения. Имеются данные о разных стратегиях адаптации людей с неодинаковыми профилями функциональной межполушарной асимметрии: социальные стрессоры лучше переносят лица с правым, а природные - с левым профилями; в комфортных климатогеографических условиях стереотипной среды преимущество получают правополушарные индивиды, а в экстремальных постоянно изменяющихся условиях окружающей среды более эффективны люди с левым и симметричным профилями (Леутин В.П., Николаева Е.И. Психофизиологические механизмы адаптации и функциональная асимметрия. - Новосибирск. - Наука, 1988. - С.193).
Точная диагностика функциональной межполушарной асимметрии позволяет повысить эффективность профессионального отбора людей в различные виды трудовой и спортивной деятельности, а также разработать оптимальные методы обучения и тренировки субъектов образовательного пространства, осуществляя индивидуальный подход к конкретному человеку.
Способ диагностики функциональной межполушарной асимметрии у правшей и левшей необходим в изучении биологических основ индивидуальных различий между правшами и левшами, в выявлении роли индивидуально-типологических свойств в трудовой, учебной, спортивной деятельности и для оценки прогноза при заболеваниях нервной системы в зависимости от доминирующего полушария мозга.