Психофизиологические корреляты опознания релевантных стимулов младшими школьниками, имеющими диагноз F70 (анализ волны Р3 в лобных отведениях)

УДК 612.8:153 ББК 28.991:88.32

Лапшина Любовь Михайловна

кандидат биологических наук, доцент г. Челябинск Lapshina Lyubov Mikhailovna

Candidate of Biology,

Associate Professor Chelyabinsk

Психофизиологические корреляты опознания релевантных стимулов младшими школьниками, имеющими диагноз F70

Статья информирует о результатах исследования когнитивных слуховых вызванных потенциалов по методике Р300 в группах младших школьников с нормальным и нарушенным умственным развитием. Анализируются амплитудно-временные характеристики волны Р300 в лобных отведениях. Показано, что при когнитивной нагрузке - выделение релевантных стимулов - в группе младших школьников с нормальным развитием наблюдается статистически достоверное изменение волны Р3: ее амплитуды и латентности; в группе умственно отсталых детей таких результатов не выявлено.

The article informs about the investigation results of the cognitive auditory event-related potentials by Р300 methods of sane and mentally retarded children. Amplitude-temporary characteristics of Р300 wave in frontal parts are analyzed. It is shown that there are statistical authentic changes of Р3 wave (its amplitude and duration) in group of healthy mental stature junior schoolchildren during cognitive activity. In group of mentally retarded children these results are absent.

Ключевые слова: слуховые вызванные потенциалы, волна Р3, умственно отсталые дети младшего школьного возраста, дети с нормальным умственным развитием, когнитивный тест Р3оо, амплитуда, латентный период, релевантный стимул, нерелевантный стимул.

Key words: auditory event-related potentials, Р3 wave, mentally retarded children (8-9-year-old), healthy mental stature children, cognitive Р3оо test, amplitude, duration, significant stimulus, insignificant stimulus.

Введение

Изучение психофизиологических механизмов интеллектуальной деятельности, поиск высокоинформативных коррелятов когнитивных функций - одно из актуальных направлений современной психофизиологической науки. В отношении детей с нарушенным интеллектуальным развитием это особенно актуально, т.к. основное проявление нарушенного развития у них наблюдается в по-

знавательной сфере и проявляется, прежде всего, в снижении качества выполнения когнитивных функций.

Анализ литературы по проблеме в целом [3, 6, 11], а также данные об изменении компонента Р3 слуховых вызванных потенциалов (СВП) в ответ на когнитивную нагрузку [2, 10, 12] обосновали выбор метода когнитивных СВП в качестве основного при изучении механизмов нарушения познавательной деятельности у детей с умственной отсталостью.

Цель данного исследования - обосновать амплитудно-временные характеристики компонента Р3 когнитивных СВП как психофизиологические корреляты своеобразия опознания релевантных стимулов детьми, имеющими диагноз

Р 70.

Методика

Испытуемые. Испытуемые были разбиты на две группы:

- ГО (группу обследования) составили дети 8-9 лет с диагнозом Р70 «олигофрения в легкой степени дебильности» в количестве 52 человек, все они обучались в коррекционном образовательном учреждении специальной коррекционной общеобразовательной школе VIII вида (для умственно отсталых школьников) № 119 г.Челябинска не первый год.

- ГК (группу контрольную) составили дети того же возраста - учащиеся общеобразовательной школы № 112 г.Челябинска в количестве 48 человек, имеющие по результатам психологического обследования уровень умственного развития в пределах возрастной нормы.

Все обследованные имели нормальное состояние остроты слуха и нормальный уровень функционирования слухового анализатора.

Исследование было проведено с соблюдением всех этических и медико-психолого-педагогических норм. Обследование проходило в утренние часы - с 10.00 до 12.00.

Аппаратура, регистрация и анализ данных. Регистрацию ЭЭГ, слуховых вызванных потенциалов осуществляли на многоканальном электроэнцефалографе «Нейрон-Спектр-4, 4/ВП» фирмы «НейроСофт». Для регистрации длин-

нолатентных вызванных потенциалов электроэнцефалограф был доукомплектован программным обеспечением «Нейрон-Спектр-ДВП», обеспечивающим регистрацию ВП (одновременно с регистрацией электроэнцефалограммы) с использованием произвольных схем отведения и монтажей; отсечением артефактов по критерию амплитуды, расстановкой маркеров компонентов ВП с возможностью корректировки их местоположения; вычислением амплитуды и латентности компонентов ВП. ЭЭГ регистрировали от ЭЭГ-электродов, которые устанавливали по стандартной международной системе «10-20» (Jasper H., 1957 г.). Испытуемые находились в звукоизолированном, затемненном помещении в положении сидя с закрытыми глазами.

Вызванные акустические потенциалы регистрировали в ответ на одиночные звуковые сигналы, наносимые бинаурально в наушники с интенсивностью 80 дБ, длительностью 40 мс и частотой заполнения: 2000 Гц -релевантный (значимый) стимул, 1000 Гц - нерелевантный (незначимый) стимул, с межсти-мульным интервалом, варьирующим в диапазоне 2,4-2,7 с. Потенциалы выделялись из суммарной ЭЭГ и подвергались усреднению методом когерентного накопления. Латентный период пика Р3 измеряли от начала стимула, а амплитуду пика измеряли «от пика до пика» как абсолютное значение разности амплитуды от вершины предыдущего пика: Р3=Р3-Ы2.

Статистическая обработка данных производилась с использованием статистического пакета программ Statistica-6.0 (Microsoft) по методу Стъюдента.

Методика Р300 (Picton, Wiessenborn, 1988) основывается на подаче в случайной последовательности двух стимулов, один из которых нерелевантным, а другой является релевантным, и на него испытуемый должен реагировать [4]. Нерелевантный стимул f=1000 Гц подавался с вероятностью 0,7. Релевантный стимул f=2000 Гц подавался в случайной последовательности с вероятностью

0,15 в каждое ухо; всего было дано 30 звуковых сигналов-щелчков. Общее количество сигналов определялось с учетом прохождения учащимися общеобразовательной программы, наличием свободного владения счетом в пределах 30. Задача испытуемых состояла в подсчете «про себя» количества релевантных

стимулов. По окончании исследования СВП испытуемые должны были назвать результат своих подсчетов. В данном эксперименте особое внимание уделялось изменениям компонента Р3 (Рзоо) в отведениях Б3, Б4 как наиболее информативные для исследования длиннолатентных компонентов ВП при когнитивной деятельности [1,2, 5].

Результаты исследований

Результаты исследования амплитудно-временных характеристик волны Рз в лобных отведениях детей ГК при выполнении теста Р300 представлены в таблице 1.

Таблица 1

Амплитудно-временные характеристики волны Р3 в лобных отведениях

младших школьников ГК (п = 48 чел.) при выполнении теста Р300

Правое полушарие, отведение - Б4 Левое полушарие, отведение - Б3

нерелевантный стимул релевантный стимул нерелевантный стимул релевантный стимул

Амплитуда, мкВ 11,45±1,36 14,27±1,17* 13,89±1,22 15,57±1,84*

Латентный период, мс 309,15±21,65 448,81±35,17* 327,72±22,44 375,29±27,56*

* - р < 0,5

Анализ результатов исследования показывает, что все исследуемые параметры, как в ситуации опознания незначимых стимулов, так и в ситуации привлечения внимания к значимому стимулу, находятся у детей в пределах возрастной нормы [5, 8]. Эта особенность касается структур и правого и левого полушария. При переходе от опознания незначимых стимулов к значимым у младших школьников наблюдается статистически достоверное (р < 0,5) увеличение амплитуды и латентности волны Р3.

Необходимо отметить и высокое качество выполнения задания в ГК: 81,25% учащихся (39 чел.) правильно сосчитали количество значимых сигналов

- 10. Только 9 человек допустили ошибки, но их количество не превысило 2 от общего числа предъявленных релевантных стимулов. Интересно отметить, что все дети, допустившие ошибки при подсчете, ошиблись в сторону увеличения количества значимых стимулов.

При выполнении когнитивного теста Р300 детьми с нарушением интеллекта наблюдаются иные результаты (табл.2).

Результаты исследования показывают, что все исследуемые параметры у детей статистически достоверно меньше, чем в ГК (р < 0,5). Знак статистической разницы реакции головного мозга на нерелевантный стимул (*) в таблице 2 указывает именно на наличие статистически достоверных отличий по сравнению с результатами детей ГК.

Однако основной особенностью является тот факт, что в группе умственно отсталых школьников не наблюдается в пространственно-временных параметрах волны Р3 достоверных отличий при опознании значимых стимулов, что было обнаружено в ГК. Такая реакция нервной системы детей (вернее ее отсутствие) на выполнение когнитивной нагрузки очевидно стала и причиной достаточно низкого качества выполнения задания. Из 52 младших школьников ГО на абсолютный результат справились с предложенным заданием только 7 человек (13,45%). Остальные 45 учащихся допустили ошибки. Разброс абсолютных показателей в количестве ошибочно опознанных релевантных стимулов составил от 3 до 9.

Таблица 2

Амплитудно-временные характеристики волны Р3 в лобных отведениях

младшими школьниками ГО (п = 52 чел.) при выполнении теста Р;

300

Правое полушарие, отведение - Б4 Левое полушарие, отведение - Б3

нерелевантный стимул релевантный стимул нерелевантный стимул релевантный стимул

Амплитуда, мкВ 12,96±1,45* 13,45±2,02 13,69±0,66* 13,72±1,12

Латентный период, мс 232,67±28,18* 284,21±19,33 241,39±9,12* 298,45±18,89

* - р < 0,5

Обсуждение результатов

В современной когнитивной психофизиологии распространено мнение, что особо чувствителен к стимулам с различной значимостью компонент Р3 волны СВП в лобных долях [1]. В норме к началу школьного обучения (семи годам) резко возрастает реактивность лобных отделов коры, что в ситуации

привлечения внимания (в нашем исследовании это привлечение внимания на релевантный стимул) приводит к значимому изменению поздних компонентов ВП в непроекционных зонах [8]. Это отражает оптимальное вовлечение этих отделов в заданную деятельность [9; 69]. Такое участие ассоциативных зон коры в когнитивной деятельности обеспечивает хорошее качество ее выполнения уже в возрасте после семи лет и является показателем функциональной зрелости коры больших полушарий [9]. Данные детей ГК в нашем исследовании совпадают с описанной выше закономерностью. В совокупности с качественным выполнением когнитивного задания и нормальным психическим развитием данной группы детей (по данным предварительного психологического исследования) это позволяет рассматривать данный комплекс не только как психофизиологический коррелят нормального интеллектуального развития [8, 9], но и как психофизиологический коррелят качественного выполнения такой когнитивной функции как выделение значимого стимула.

Результаты исследования в ГО имеют свои особенности. Отсутствие достоверного увеличения времени латентности на анализ релевантного стимула можно трактовать как несформированность компонентного состава СВП, что наблюдается при морфофункциональной незрелости мозговых систем [8, 9].

Авторы клинико-психологического исследования М. С. Певзнер, М. Н. Фишман, Л. И. Переслени [7] трактуют такие показатели латентности правого и левого полушария как «примитивность первичного сенсорного анализа стимула» (термин М. Н. Фишман), осуществляемого в структурах правого полушария у детей с нарушением интеллекта. Именно достаточно короткий промежуток времени, затрачиваемый правым полушарием на анализ релевантного стимула, является показателем примитивности первичного сенсорного анализа, который, возможно, затрудняет качественный окончательный анализ, осуществляемый в левом полушарии. Это связано с необходимостью большего времени на мозговую организацию таких сложных когнитивных функций как сравнение, дифференциация и классификация, лежащих в основе дифференциации значимых и незначимых сигналов и осуществляемых окончательно в левом полушарии.

Отдельные авторы [8, 9] отмечают, что, наряду с достаточно выраженным недоразвитием корковых отделов правого полушария у детей с нарушением интеллекта, у них наблюдаются нарушения структурно-функциональной организации коры левого полушария - биологического субстрата логического мышления. В результате мозговое обеспечение функции выделения значимого стимула у младших школьников с умственной отсталостью имеет иную организацию, чем у детей с нормальным развитием: при данном виде деятельности структуры левой лобной коры вовлекаются в интегративную деятельность в гораздо меньшем объеме, чем это наблюдается в норме.

Необходимо отметить, что описанные особенности выполнения когнитивного теста Р300 детьми младшего школьного возраста с нарушением интеллекта нашли отражение и в проведенном ранее обследовании умственно отсталых подростков (дети в возрасте 12-14 лет) при выполнении ими аналогичной когнитивной деятельности. Это дает основание предполагать общность механизма проявления умственной отсталости при решении когнитивных заданий у детей в разные возрастные периоды и подтверждает на психофизиологическом уровне мнение о стабильности умственной отсталости как особого функционального состояния ЦНС человека. Очевидно такое предположение актуализирует вопросы коррекции недостаточности познавательной сферы детей с нарушением интеллекта на этапах раннего развития и максимальной пластичности их нервной системы.

Выводы

1. В группе младших школьников с нормальным умственным развитием при выполнении когнитивной функции - выделение значимого стимула по методике Р300 - наблюдается статистически достоверное (р < 0,5) увеличение латентности и амплитуды волны Р3 в лобных отведениях.

2. В группе детей с нарушением интеллекта при выполнении когнитивной функции - выделение значимого стимула по методике Р300 - увеличение латентности и амплитуды волны Р3 в лобных отведениях не наблюдается.

3. Изменения амплитудно-временных характеристик волны Р3 в лобных отведениях можно рассматривать как высокоинформативные психофизиологические корреляты качества выполнения когнитивной функции выделения релевантных стимулов в когнитивном тесте Р300 слуховых вызванных потенциалов.

Библиографический список

1. Дорохов, В. Б. Слуховые вызванные потенциалы и нарушения психомоторной деятельности, вызываемые засыпанием [Текст] / В. Б. Дорохов, Ю. С. Вербицкая, Т. П. Лаврова // Журнал высшей нервной деятельности. - 2009. - Т. 59. - № 2. - С.133-143.

2. Дорошенко, В. А. Метод регистрации вызванных потенциалов мозга [Текст] / В. А. Дорошенко, М. В. Полякова. - В кн.: Методы исследований в психофизиологии / под ред. А. С. Батуева. - СПб. : Изд-во С.-Петербург. ун-та, 1994. - 144 с.

3. Зенков, Л. Р. Функциональная диагностика нервных болезней : Руководство для врачей [Текст] / Л. Р. Зенков, М. А. Ронкин. - М. : Медицина. - 1991. - С. 147-342.

4. Кулаичев, А. П. Компьютерный контроль процессов и анализ сигналов [Текст] / А. П. Кулаичев. - М. : Информатика и компьютеры, 2002. - С. 199-212.

5. Мачинская, Р. И. Функциональное созревание мозга и формирование нейрофизиологических механизмов избирательного произвольного внимания у детей младшего школьного возраста [Текст] / Р. И. Мачинская // Физиология человека. - 2006. - № 32 (1). - С.1-11.

6. Стрелец, В. Б. Многопараметрический комбинаторный анализ ритмов ЭЭГ в норме и при шизофрении [Текст] / В. Б. Стрелец, В. Ю. Новотоцкий-Власов, Ж. В. Гарах, В. А. Же-лиговский, А. Я. Каплан // Журнал высшей нервной деятельности. - 2007. - Т. 57. - № 6. - С. 684-691.

7. Учащиеся вспомогательной школы. Клинико-психологическое изучение [Текст] / под ред. М. С. Певзнер, К. С. Лебединской. - М. : Педагогика, 1979. - С.77-90.

8. Фарбер, Д. А. Возрастные особенности пространственно-временной организации электрической активности мозга в состоянии спокойного бодрствования [Текст] / Д. А. Фар-бер, Г. М. Фрид // Формирование системной организации психофизиологических функций в процессе индивидуального развития ребенка. - М. : Наука, 1982. - С. 8-17.

9. Фишман, М. Н. Интегративная деятельность мозга детей в норме и патологии [Текст] / М. Н. Фишман. - М. : Педагогика, 1989. - С. 59-117.

10. Яковенко, Е. А. Вызванные потенциалы и вызванная синхронизация/десинхронизация ЭЭГ в GO/NOGO тесте у детей с синдромом нарушения внимания с гиперактивностью: дис. ... канд. биол. наук [Текст] / Е. А. Яковенко. - СПб., 2003. - 133 с.

11. Campbell, K. B. Event-Related Potential Measures of the Inhibition of Information Processing: II. The Sleep Onset Period [Text] / K. B. Campbell, I. M. Colrain // Int. J. Psychophysiol. -2002. - N 46. - P. 197-214.

12. Picton, T. W. The P300 Wave of the Human Event-Related Potential [Text] / T. W. Picton // J. Clin. Neurophysiol. - 1992. - N 9. - P. 456-479.

Bibliographу

1. Campbell, K. B. Event-Related Potential Measures of the Inhibition of Information Processing: II. The Sleep Onset Period [Text] / K. B. Campbell, I. M. Colrain // Int. J. Psychophysiol. -2002. - N 46. - P. 197-214.

2. Dorokhov, V. B. Event-Related Potentials and Performance Errors During Falling Asleep [Text] / V. B. Dorokhov, Yu. S. Verbitskaya, T. P. Lavrova // Journal of Higher Nervous Activity. -2009. - V. 59. - N 2. - P.133-143.

3. Doroshenko, V. А. Method of Evoked-Related Potentials Registration [Text] / V. А. Dor-oshenko, М. V. Polyakova. - In the Book: Methods of Investigating in Psycho-Physiology / Edit. by А. S. Batuyev. - St.-Petersburg: Izd-vo SPb. un-ta, 1994. - 144 p.

4. Farber, D. A. Age Peculiarities of Spatio-Temporal Organization of the Brain Electrical Activity in the Easy Stay Awake State [Text] / D. A. Farber, G. M. Frid // Forming the System Organization of the Psycho-Physiological Functions While a Child’s Individual Developing. - Moscow : Nauka, 1982. - P. 8-17.

5. Fishman, M. N. Integrative Brain Activity of Normal and Pathological Children [Text] / M. N. Fishman. -Moscow : Pedagogika, 1989. - P. 59-117.

6. Kulaichev, A. P. Computer Control of Processes and Analysis Signals [Text] / A. P. Ku-laichev. - M.: Computer Science and Computers, 2002. - P. 199-212.

7. Machinskaya, R. I. Functional Maturing of Brain and Neurophysiological Mechanisms Forming of Junior Schoolchildren’s Electoral Free Attention [Text] / R. I. Machinskaya // Human Physiology. - 2006. - N 32 (1). - P.1-11.

8. Picton, T. W. The P300 Wave of the Human Event-Related Potential [Text] / T. W. Picton // J. Clin. Neurophysiol. - 1992. - N 9. - P. 456-479.

9. Pupils of Auxiliary School [Text] / Edit. by M. S. Pevzner, K. S. Lebedinskaya. - Moscow : Pedagogika, 1979. - P. 77-90.

10. Strelets, V. B. Multiparameter Combined Analysis of EEG-Rhythms of Healthy and Schizophrenia People [Text] / V. B. Strelets, V. Yu. Novototsky-Vlasov, J. V. Garakh, V. A. Zheligovsky, A. Ya. Kaplan // Journal of Higher Nervous Activity. - 2007. - V. 57. - N 6. - P. 684-691.

11. Yakovenko, E. A. Event-Related Potentials and Event-Related Synchronization / Desynchronization of EEG in GO/NOGO Test of Children with Syndrome Disturbance Attention with Hyperactivity: Dis. ... Cand. of Biology [Text] / E. A. Yakovenko. - St.-Petersburg, 2003. - 133 p.

12. Zenkov, L. R. Functional Diagnostics of Nervous Diseases: Guidance for Doctors [Text] / L. R. Zenkov, M. A. Ronkin - M. : Meditsina. - 1991. - P. 147-342.