Особенности биоэлектрической активности мозга у детей с расстройствами аутистического спектра

ОСОБЕННОСТИ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ МОЗГА У ДЕТЕЙ С РАССТРОЙСТВАМИ АУТИСТИЧЕСКОГО СПЕКТРА

ЕАЛущекина1, Е.Д. Подрезная, В.Б.Стрелец Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН,

Москва, Россия

В работе представлен сравнительный анализ спектральной мощности альфа-, бета- и гамма - ритмов у детей 5-7 лет в норме и при раннем детском аутизме в состоянии покоя и при когнитивной нагрузке (счет). Показано, что, когнитивная нагрузка наиболее существенно увеличивает спектральную мощность альфаЗ-диапазона. У здоровых детей при когнитивной нагрузке по сравнению с фоном спектральная мощность быстрых ритмов существенно увеличивается в левом полушарии. У больных ранним детским аутизмом обнаружено преимущественно правостороннее преобладание спектральной мощности альфа диапазона как в фоне, так и при когнитивной нагрузке. При раннем детском аутизме спектральная мощность гамма ритма в фоне имеет более высокие значения, чем в норме, и не изменяется при когнитивной нагрузке.

Ключевые слова: когнитивные тесты, ранний детский аутизм, спектральная мощность ЭЭГ.

The work represents the results of a comparative study of a spectral power in alpha, beta and gamma EEG bands in healthy and autistic boys. The mean age was 6 years

4 months. It was demonstrated that cognitive task in healthy boys leads to enhancement of a spectral power particularly in alpha3 band. Healthy boys showed an increasing in spectral power of the fast rhythms in the left hemisphere during cognitive task. Autistic children revealed right-sided dominance of spectral power (alpha band) both in rest state and during cognitive task. Spectral power of gamma band shows more high scores in autistic boys than in normal ones. Cognitive task situation do not change spectral power of the fast oscillations in autistic children.

Key words: cognitive tasks, autistic disorders in childhood, EEG spectral power.

В настоящее время увеличивается количество детей с дизонтогенезом шизофренического спектра, в частности с синдромом раннего детского аутизма (РДА). Несмотря на преобладание в структуре РДА явлений дизонтогенеза, к ним часто присоединяются позитивные психопатологические симптомы, что может препятствовать восстановлению функций по мере взросления. В связи с этим возникает особая необходимость исследования факторов и механизмов данного вида психической патологии. В литературе достаточно широко освещена проблема нарушения когнитивных процессов у взрослых [6, 8, 9] и детей [3] больных шизофренией. Нарушение когнитивных функций у детей с РДА исследовано не столь подробно, однако на основании литературных данных можно судить о сходстве

Контакты: 1 Лущекина Е.А.: E-mail:Luschekins@mtu-net.ru

-38 -

-Q-

механизмов этих двух видов патологии [13]. Нарушения развития аутистического ряда охватывают как сенсорные [14], так и моторные [10, 11] функции, однако, основные проблемы адаптации больных аутизмом связаны с особенностями переработки информации, ее анализом и интеграцией в единое целое. Нарушения в интеграции получаемой информации могут быть обусловлены утратой связей между специализированными локальными нейронными сетями и излишними связями внутри изолированных нейронных ансамблей. При аутизме отдельные блоки переработанной информации оказываются несвязанными между собой [13].

Исследования особенностей ЭЭГ при шизофрении позволили установить, что процесс связывания информации в единое целое отражается на ЭЭГ в виде синхронизированных высокочастотных ритмов - гамма-колебаний частотой 30-60, а по некоторым данным 20-90 Гц [6, 9]. Возможно, изменение именно этой высокочастотной активности у аутистов по сравнению с нормой отражает нарушение процесса связывания частей в целое.

Возрастные изменения ЭЭГ в норме сводятся к уменьшению спектральной плотности (амплитуды и индекса) дельта и тета ритмов и к увеличению спектральной мощности альфа- и бета-колебаний. Для детей с РДА характерны более высокие значения спектральной плотности в бета-2 полосе частот и более низкие в альфа-полосе частот по сравнению с возрастной нормой. Наблюдается определенное сходство возрастных изменений у этих больных с нормой, но сроки этих изменений нарушены [2]. Задача нашей работы состояла в выявлении отдельных звеньев нарушений нейрофизиологических механизмов когнитивных расстройств у детей, больных РДА.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В исследовании принимали участие 2 группы мальчиков в возрасте от 5 лет

5 месяцев до 7 лет 2 месяцев с преобладанием правосторонних признаков: группа контроля (16 здоровых детей) и группа детей с диагнозом ранний детский аутизм (23 человека) - F. 85. по МКБ-10. Испытуемые находились на этапе предварительного обследования и еще не получали медикаментозного лечения. Родители всех детей дали согласие на участие их детей в обследовании.

ЭЭГ регистрация проводилась от 16 электродов по стандартной схеме «10-20%» и объединенных ушных электродов с помощью электрофизиологиче-ского компьютерного комплекса CONAN 4.5 (4). Регистрировали ритмы в диапазоне 0,3-70 Гц с частотой опроса 256 Гц и длительностью одного анализируемого отрезка записи, равной 60 с.

Фоновую ЭЭГ регистрировали в состоянии покоя с закрытыми глазами. Когнитивная нагрузка «счет» молча с закрытыми глазами состояла в сложении или вычитании чисел в пределах 30 для здоровых детей и в пределах 10 для больных РДА. Для обработки и анализа ЭЭГ использовали программы системы CONAN 4.5. Для расчета спектральных показателей использовали также специальные программы обработки (6). Исследовали спектральную мощность (СМ) альфа (7,5-13 Гц), бета (14-45 Гц) и гамма (45-60 Гц) диапазонов путем усреднения и

сравнения результатов по группам испытуемых. Достоверность различий оценивалась с помощью однофакторного дисперсионного анализа ANOVA, по 1-критерию Стьюдента и/или непараметрическому критерию «%2».

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Значения спектральной мощности в альфа 1(7,6-9,0 Гц), альфа 2(9,1-10,5 Гц), и альфа 3(10,6-13,0 Гц) поддиапазонах у здоровых испытуемых максимальны в затылочных отделах и градуально уменьшаются по направлению к лобным, обнаруживая обычный альфа-градиент (Табл.).

Таблица

Сравнение спектральной мощности альфа и гамма ритма (мкВ2/Гц) в норме и у детей с РДА; усредненные значения

&

отведе- ния фон

норма РДА норма РДА норма РДА норма РДА

Fp1 4,79 7,798 7,828 7,423 0,154 1,042 1,000 1,013

Fp2 4,98 6,648 7,041 6,488 0,160 0,745 0,702 0,823

С3 8,30 6,936 9,964 5,813 0,160 1.823 0,779 0,893

С4 8,84 9,551 12,88 8,557 0,170 1,120 0,676 0,716

Т3 5,67 10,84 10,50 11,06 0,127 0.951 0,921 1,045

Т4 8,13 10,45 10,52 11,26 0,142 0,631 0,698 0,579

01 19,28 11.78 26,33 12,92 0,160 0,681 1,012 0,742

02 21,24 21,81 29,13 26,85 0,142 0,790 0,528 1,022

Увеличение СМ в диапазоне альфа ритма обнаруживаются при когнитивной нагрузке (счет) по сравнению с фоном во всех отведениях. Когнитивная нагрузка наиболее существенным образом меняет показатели мощности в сторону увеличения в альфа 3 диапазоне (соотв. значения: 26,09 мкВ2/Гц - фон и 43,27 мкВ2/Гц - счет; р<0,05). Показатели СМ гамма колебаний в фоне выявляют некоторое преобладание в левом затылочном, правом лобном и в центральных отделах и меньшую выраженность в височных и правом затылочном отделах (Табл.).

При когнитивной нагрузке значения СМ гамма ритма в норме существенно возрастают во всех отведениях. Наиболее выраженные изменения отмечаются в левой лобной и левой затылочной областях.

Распределение мощности бета ритма по зонам коры как в фоне, так и при когнитивной нагрузке в целом повторяет основные характеристики распределения альфа колебаний. На усредненных картах мощности прослеживается хорошо выраженный градиент «лоб-затылок» для бета 1 и бета 2 диапазонов, не исчезающий при выполнении теста «счет». Распределение бета 3 диапазона при когнитив-

ной нагрузке изменяется: исчезает лобно-затылочный градиент и увеличиваются показатели СМ в лобном и височном отведениях левого полушария.

Карты спектрально мощностных характеристик альфа ритма у детей больных РДА показывают существенное разнообразие распределения показателей по отделам. Обнаружено асимметричное распределение альфа ритма в затылочных с преобладанием справа. Когнитивная нагрузка у больных не вызывает существенных перераспределений мощности ни в одном из исследованных диапазонов альфа ритма. Если в норме значения мощности достоверно возрастают от фона к нагрузке по всем отведениям, то подобного не наблюдается в группе РДА: разность показателей фон-счет статистически недостоверна.

СМ гамма диапазона у больных РДА в фоне показывает более высокие значения, чем в норме. При этом по суммарным показателям СМ не обнаруживается значимых изменений характеристик фон-счет как по локализации, так и по значениям мощности.

Данные о спектральной мощности альфа ритма, полученные нами при исследовании здоровых детей контрольной группы в возрасте 5,5-7 лет, подтверждают представление об альфа ритме как «когнитивном» диапазоне. Значения спектральной мощности в альфа 1, альфа 2, и альфа 3 поддиапазонах максимальны в затылочных отделах и градуально уменьшаются по направлению к лобным, обнаруживая сохранный альфа-градиент, и свойственную данному возрасту правостороннюю латерализацию [1,5,7]. У детей того же возраста, больных РДА наблюдается более выраженное правостороннее преобладание альфа ритма, что может служить основанием для предположения о задержке созревания основного ритма. Таким образом, более выраженное асимметричное распределение альфа ритма в затылочных отделах с преобладанием справа, обнаруженное нами у больных РДА 5,5-7 лет, характерное для здоровых детей младшей возрастной группы (3-5 лет), свидетельствует о задержке функционального развития коры, сопряженной с диагнозом РДА. В то же время правостороннее преобладание альфа ритма описано для взрослых больных шизофренией с негативными симптомами [6]. Есть мнение, что нетипичная ЭЭГ-латерализация ритмов у аутистов может указывать на сниженную возможность нервных сетей правого полушария генерировать ритмы ЭЭГ [15].

Анализируя полученные нами данные относительно вкладов поддиапазонов альфа ритма в общую картину созревания электрической активности мозга, можно констатировать, что наибольший вклад вносят колебания альфа 3, что не вполне согласуется с представлениями о созревании сначала медленных компонентов альфа колебаний, а с возрастом - заменой их быстрыми [2]. Вместе с тем показанная в нашем исследовании включенность в работу всех поддиапазонов альфа ритма, включая преимущественно альфа 3 диапазон, согласуется с представлениями того же автора о том, что для каждой узкой спектральной полосы данного диапазона отмечается свой курс развития. Следует отметить, что если в норме значения мощности альфа ритма достоверно возрастают при когнитивной нагрузке по сравнению с фоном, то подобного не наблюдается в группе детей с РДА.

Принимая во внимание существенную роль высокочастотных гамма колебаний в когнитивных процессах и относительно слабую изученность этих ритмов, мы попытались охарактеризовать изменения гамма колебаний в диапазоне 41-59 Гц при спокойном бодрствовании и при выполнении теста «счет» в норме и при РДА. У здоровых детей спектральная мощность гамма ритма максимальна в левом затылочном, правом лобном и в центральных отделах и менее выражена в височных и правом затылочном отделах. Это свидетельствует о сложных взаимодействиях различных корковых зон не только при выполнении нагрузки, но и в состоянии покоя. Аналогичная картина описана для взрослых здоровых испытуемых [6]. Тот факт, что когнитивная нагрузка у здоровых детей избирательно увеличивает показатели СМ в левой лобной и левой затылочной областях, свидетельствует о топографических перестройках вовлеченности различных зон в выполнение когнитивного задания.

Наши данные об избирательном увеличении при когнитивной нагрузке спектральной мощности высокочастотных ритмов левого полушария, полученные для здоровых испытуемых, говорят о том, что данные ритмы вовлечены в осуществление вербально контролируемой мыслительной деятельности и в социально значимые действия. В отличие от нормы у больных РДА гамма диапазон по суммарным показателям СМ не обнаруживает значимых изменений характеристик при когнитивной нагрузке по сравнению с фоном как по локализации, так и по значениям мощности.

Таким образом, согласно нашим данным, при раннем детском аутизме как в фоне, так и при когнитивной нагрузке, наблюдаются существенные отличия от нормы в организации альфа ритма, и, в особенности, в участии быстрых колебаний бета и гамма диапазонов. Эти данные согласуются с описанным в литературе увеличением спонтанной высокочастотной активности при аутизме, коррелирующим со степенью задержки развития по клиническим и психологическим показателям [12]. Возможно, что полученные нами данные о повышении фоновой активности и снижении реактивности высокочастотных ритмов при аутизме раскрывают один из физиологических механизмов нарушения интегративной деятельности мозга при данном заболевании.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Благосклонова Н.К., Новикова Л.А. Детская клиническая электроэнцефалография, М. «Медицина», 1994, 204 с.

2. Горбачевская Н.Л. Особенности формирования ЭЭГ у детей в норме и при разных типах общих (первазивных) расстройств развития. Автореф. дисс. докт. биол. наук, М., 2000, 43с.

3. Каплан А.Я., Борисов С.В., Желиговский В.А. Классификация ЭЭГ подростков по спектральным и сегментным характеристикам в норме и при расстройствах шизофренического спектра. Ж. высш. нервн. деят., 2005, Т.55, №4, с. 478-486.

4. Кулаичев А.П. Компьютерная электрофизиология. М., Издательство МГУ, 2002, 379 с.

5. Мачинская Р.И., Соколова Л.С., Крупская Е.В. Формирование функциональной организации коры больших полушарий в покое у детей младшего школьного возраста с различной степенью зрелости регуляторных систем мозга. Физиология человека, 2007, Т.33, №2, с. 5-15.

6. Стрелец В.Б., Гарах Ж.В., Новотоцкий-Власов В.Ю., Магомедов Р.А. Соотношение между мощностью и синхронизацией ритмов ЭЭГ в норме и при когнитивной патологии. Ж. высш. нервн. деят., 2005, Т.55, №4, с. 496-504.

7. Фарбер Д.А. Принципы системной структурно-функциональной организации мозга и основные этапы ее формирования. «Структурно-функциональная организация развивающегося мозга», Ленинград, «Наука», 1990, с. 168-177.

8. Gruzelier J. H. Theory, methods and new directions in psychophysiology of the schizophrenic process and schizotypy. Int. J. Psychophysiol. 2003. V. 48. P. 221-245.

9. Lee, K., Williams L., Breakspear M., Gordon E. Sychronous Gamma activity: a review and contribution to an integrative neuroscience model of schizophrenia< Brain Res. Rev. 2003, V.41. P. 57-78.

10. Lepisto T., Kujala T., Vanhala R., Alku P., Huotilainen M., Naatanen R. The discrimination of and orienting to speech and nonspeech sound in children with autism. Brain Res. 2005, 20, 1066(1-2): 147-57

11. Martineau J., Schmitz C., Assaiant C., Blanc R., Barthelemy C. Impairment of a cortical event-related desynchronisation during a bimanual load-lifting task in children with autistic disorder., Neurosci/ Letters, 2004, 367, p. 298-303.

12. Orekhova E.V., Stroganova T.A., Prokofyev A.O., Nygren G., Gillberg C., Elam M., Sensory gating in young children with autism: Relation to age, IQ and EEG gamma

-Q- oscillations. Neurosci. Lett. 2008: 434. 218-223. -Q-

13. Rippon G, Brock J., Brawn C., Boucher J. Disorded connectivity in the autistic brain: Challenges for the «new psychophysiology, Int. J. of Psychophysiology, 2007,

63, 164-172.

14. Seri S., Pisani F., Thai J.N., Cerquiglini A. Pre-attentive auditory sensory processing in autistic spectrum disorder. Are electromagnetic measurements telling us a coherent story? Int. J. Psychophysiol., 2007, 63, 159-163.

15. Stroganova T., Orekhova Е., Tcetlin M, Posikera N. , Nygren G., Gillberg C,

Elam M. EEG evidences of aberrant brain functioning in young children with autism.

Int. J. of Psychophysiol., 2008, 69, 203-204.

Работа поддержана грантом РГНФ №080600356а.

-Q-