Дайджест по дисперсионному анализу ЭЭГ
В функционале мозга, который влияет на паттерны поведения, в первую очередь следует обратить внимание на нарушение процессов интерпретации информации, которые тесно связаны с нарушением свободы воли, механизмы регуляции которой расположены в лобных долях. Изменения в лобных долях могут повлиять на выработку сценариев поведения, которые являются конечным результатом афферентного синтеза информации (П.К.Анохин). В силу различных причин, среди которых главное значение в молодом возрасте является генетическая особенность формирования глимфатической системы в лобных долях (обеспечение циркуляции ликворообращения и очистки ликвора) и интоксикации (в том числе, инфекционные), а в пожилом – сосудистые и инволюционно-дегенеративные, возникает дезорганизация механизма обеспечения афферентного синтеза. Его маркером является альфа-ритм ЭЭГ (аРЭЭГ). Тем, кто не хочет забивать себе голову сугубой нейрофизиологией, может проскочить саму суть методики нейрофизиологической оценки деятельности головного мозга, может перейти к результатам, к которым она может нас привести.
В норме спектр аРЭЭГ нормально распределён с узкой акцентуацией на основном ритме частотой 9.5-12.5 Гц с колебанием её ±0.25 Гц в состоянии покоя.
Другим важным параметром процесса интерпретации информации является различие в функциональной способности лобных и затылочных долей. Установлено, что разность частот и распределение спектра частот в лобных и затылочных долях должны совпадать. Иными словами, разность частот аРЭЭГ в лобных и затылочных долях не должен превышать 0.25 Гц при нормальных значениях в лобных долях КПМ1(F) = 0.20-0.35 и КПМ2(F)=0.66-0.80.
Изучением этих явлений занимается раздел функциональных нейрофизиологических исследований, называемый неэпилептической электроэнцефалографией, который активно развивает к.м.н. Л.Б.Иванов. В этом направлении ЭЭГ С.В.Росман создал метод, названный дисперсионным анализом амплитудно-частотных характеристик альфа-ритма ЭЭГ (ДАЧХАР ЭЭГ, или просто ДАЧХАР).
Суть ДАЧХАР заключается в том, чтобы в графическом виде и с помощью измерения параметров распределения спектра аРЭЭГ установить спектральный уровень нейрофизиологических нарушений (СУНН). С этой целью разработана дисперсионная картограмма и система индексов дисперсии, количественно отражающих отклонение спектра аРЭЭГ от распределения его в норме. Дисперсионная картограмма аРЭЭГ - 3D-модель распределения КПМ по частотам и отведениям ЭЭГ(3-я ось – цвет графика, где величина КПМ представлена в виде цветовой шкалы, как в географических картах представляется уровень местности над поверхностью земли).
Общая концепция методики ДАЧХАР заключается в следующих Постулатах:
I. Альфа-ритм является маркером деятельности механизма афферентного синтеза информации в головном мозге, и амплитудно-частотные параметры его отражают способность этого механизма адекватно воспроизводить семантический образ этой информации в нейронно-глиальной сети головного мозга и интерпретировать в соответствии с существующими принципами социальной приемлемости поведения в обществе и приобретенными установками конкретной личности.
II. Модальная частота альфа-ритма в затылочных отведениях (О1, О2) - Mo f(O) должна находиться в пределах возрастной нормы: для детей от 7 до 9 лет – 9–11.5 Гц, для взрослых – 9.5–12.5 Гц. Вариабельность частоты аР в отведениях в кинетическом тесте вариабельности (КТ ВАР) – не более 0.25 Гц.
III. Спектр альфа-ритма должен подчиняться закону нормального распределения Гаусса с акцентуацией модальной частоты. Для установления этого факта рассчитываются следующие параметры, которые называются индексами дисперсии амплитудно-частотной характеристики альфа-ритма ЭЭГ (ИД ДАЧХАР):
1. Mo f, Гц – модальная частота; частота, при которой КДа1(КПМ1) имеет максимальное значение. В ДАЧХАР исследуются Mo f(O1), Mo f(O2) - модальная частота в затылочных отведениях; Mo f(F3), Mo f(F4) - модальная частота в лобных отведениях. Параметр получается при расчётах на основании установления максимального значения мощности колебания (Р) в диапазоне Mo±3 Гц. Измеряется в единице частоты колебания– герц (Гц).
2. Межполушарное различие модальных частот ΔMo f(O1; O2) = (Mof(O1)- (Mof(O2) – не более 0.75 Гц.
ΔMo f(O; F) = Mo f(O) - Mo f(F) - разность модальных частот в затылочных и лобных отведениях. Измеряется в единице частоты колебания – (Гц). В норме составляет не более 0.25 Гц. Вариабельность этого параметра в кинетическом тесте вариабельности (КТ ВАР) – не более 0.25 Гц.
3. Коэффициент дисперсии аРЭЭГ-1(КДа1), Коэффициент приведенной мощности аРЭЭГ-1(КПМ1) - отношение мощности колебания при данной частоте в данном отведении к суммарной мощности колебаний в диапазоне Mo f±3 Гц (рис.14). Нормальное значение в затылочных отведениях – 0.22–0.33. Величина безразмерная, параметр нормально распределён в популяции. Коэффициент дисперсии аРЭЭГ-2(КДа2), Коэффициент приведенной мощности аРЭЭГ-2(КПМ2) – сумма КДа1(КПМ) в диапазоне ±0.5 Гц от модального значения. В норме – 0.66–0.80. Величина безразмерная, нормально распределена в популяции. Параметр более стабильный, чем КДа1(КПМ1). Двойное название индекса связано с тем, что КДа1 используется в многочисленной литературе, но постепенно будет заменён более корректным понятием КПМ.
4. Эксцесс (Ex) – отклонение от нормального распределения, характеризует амплитуду графика нормального распределения, показатель весьма вариабельный; в норме составляет 5.5–7.1. Величина безразмерная.
5. Асимметрия (As) - параметр смещения ветвей графика распределения. Очень важный параметр, характеризующий нарастание представительства медленных колебаний в спектре альфа-ритма при значениях ниже нормативных (1.8–3.1). Величина безразмерная.
IV. Дисперсионная картограмма аРЭЭГ должна соответствовать по своей структуре и расположению в координатной сетке (построенной по частоте аРЭЭГ и отведениям ЭЭГ в Международной классификации) нормальной картограмме, полученной от анализа спектра аРЭЭГ , полученной у группы пациентов, не имеющих психопатологии.
1. ДК в норме симметрична по полушариям и относительно оси, проходящей через значение модальной частоты альфа-ритма - Mo f (O1,O2) – значение частоты альфа-ритма в данном отведении, при котором амплитуда его максимальна. У праворуких в правом полушарии альфа-ритм обычно более консолидирован, чем в левом и амплитуда его больше. Акцентуация модальной частоты в норме более выражена, на что указывает поввление в центральной части по всем отведениям
2. На картограмме имеется центральная модальная область (КДа1(КПМ1) = 0.20-0.25 и более, на цветной шкале картограммы – смещение вправо от зелёной в жёлто-оранжевую зону – рис.2, п.1). Наличие этой области указывает на мономодальный (с одним пиком на графике спектра) характер спектра аРЭЭГ. Отсутствие жёлто-оранжевой зоны при наличии зелёной указывает на лёгкие нарушения распределения спектра(лёгкие бимодальные расщепления – с 2-мя пиками на графике спектра). Переход центра в красную часть указывает на гиперактивацию механизмов акцентуации модальной частоты спектра аРЭЭГ.
3. Имеется выраженная во всех отведениях (в т.ч. и лобных) парамодальная область голубого цвета (КДа1(КПМ1) = 0.15-0.20) в пределах ±0.25 Гц от центрального модального значения, которая может прерываться в височных и центральных отведениях (возможно, влияние мю-ритма) – (рис.2, п.2)
4. Имеется премодальная область синего цвета в пределах ±0.5 Гц от центрального модального значения (КДа1(КПМ1) = 0.10-0.15 - рис.2, п.3).
5. Периферическая область сплошного фиолетового цвета, характеризуемая показателем КДα2 – отношение мощности альфа-ритма в диапазоне Мо±0.75 Гц к суммарной мощности в диапазоне 7-13 Гц (охватывает не менее 65% мощности альфа-ритма, КДа1(КПМ1) = 0.05-0.1- рис.2, п.4).
6. Маргинальная область – в мелкую фиолетовую клеточку. В зрелом головном мозге математическое ожидание распространения этой области ±1.5 Гц от центрального модального значения(КДа1(КПМ1) < 0.05 - рис.2, п.5).
7. Модальные частоты по полушариям и отдельным отведениям различаются не более, чем на 0.25 Гц
8. Нарастание дезорганизации распределения спектра аРЭЭГ проявляется в последовательном исчезновении областей жёлто-оранжевого цвета (лёгкая степень), зелёного и голубого цвета (умеренная степень), синего цвета (выраженная степень), после чего остаётся только фиолетовая область. На графике спектра это проявляется полимодальным расщеплением, преимущественно в медленной части спектра аРЭЭГ (повышение представительства медленноволновой части спектра аРЭЭГ.
9. Доля низкочастотной составляющей альфа-ритма – 0.2, среднечастотной – 0.75, высокочастотной – 0.05.
10. Показатели КДа1(КПМ1) по полушариям отличаются друг от друга не более, чем на 0,05, а КДа2(КПМ2) не более, чем на 0.1
На разных приборах цвета и выраженность(сглаженность) зон картограммы
К чему нас привело использование ДАЧХАР? Многочисленными исследованиями (более 15 000 пациентов) в психиатрической клинике было установлено, что изменение частоты и спектральных свойств распределения аРЭЭГ, а так же нарушение синхронизации этих свойств между различными отделами (в основном, лобными и затылочными) имеет прямое отношение к поведенческим паттернам человека в норме и патологии.
Это является подтверждением «теории единого психоза», высказанной Нейманом и Гризингером в середине XIX века. Они предположили, что вся психопатология имеет единую причину своего возникновения. Мы решили увязать степень выраженности нарушений показателей ДАЧХАР (в картограммах и индексах), как показателя энтропии (дезорганизации) механизма афферентного синтеза информации нейронно-глиальной сети ГМ и степень выраженности психопатологии. Для этого с помощью специальных поисковых таблиц индексы ДАЧХАР были сгруппированы в результирующий параметр – СУНН – суммарный уровень нейрофизиологических нарушений пяти уровней. Поисковые таблицы создавались таким образом, чтобы со степенью нарастания энтропии НГСГМ нарастал и индекс СУНН. В итоге выяснилось, что уменьшение показателей индексов ДАЧХАР ведёт к определённому характеру изменений дисперсионных картограмм: нарушается их структура, исчезает стратификация(наличие слоёв) с нарастанием преобладания фиолетовых зон, что свидетельствует о полимодальности спектра аРЭЭГ, а так же местном или общем его замедлении. Но оказалось, что и психопатология группируется в соответствии с этими нарушениями (рис.3).
1. СУНН=1 Адаптированное состояние психики (АСП)
2. СУНН=2 Лёгкие нарушения адаптированности психики (ЛНАП) – лёгкие нарушения отдельных параметров ДАЧХАР
3. СУНН=3 Пограничные нарушения адаптированности психики (ПНАП)
4. СУНН=4 Выраженные нарушения адаптированности психики с преимущественным нарушением интерпретации информации(ВНАП ДНИИ)
4. СУНН=5 Выраженные нарушения адаптированности психики с преимущественными когнитивными нарушениями (ВНАП КН)
При СУНН=1 отклонения в психике в основном отсутствовали или носили лёгкий или временный характер. При СУНН=2 изменения в психике так же носили лёгкий характер, но были более стабильны. В целом, СУНН=2 можно относить к вариантам нормы. СУНН=3 относится к пограничным нарушениям психики – это различные, в том числе и органические, расстройства психики, акцентуации личности, задержки нейрофизиологического развития. Именно к этой группе относятся основная часть всех психопатов. Отличительной особенностью этой группы от психопатологии является то, что они ещё могут выстроить разумную и действенную модель поведения в обществе, которая является для данного социума социально приемлемой. Они могут, хоть и с определёнными сложностями, получить профессию, работать по полученной специальности; могут налаживать связи, заводить друзей, создать семью и более или менее успешно в ней функционировать.
СУНН=4 – психопатология, при которой ведущим является появление шизоидных искажений действительности патологически изменённым мозгом, в основном, в лобных долях. Общие когнитивные возможности мозга при этом могут не нарушаться. Даже напротив, такие люди могут быть весьма креативны, талантливы и даже гениальны. Происходит это потому, что у них нарушается самая человеческая функция – свобода воли, которая функционирует, используя особый приём обработки информации мозгом – актуализацию латентных признаков. Даже в норме с помощью этого механизма человеческий мозг способен выработать сценарий поведения, отличный от общепринятого, не совпадающий с природными рефлексами. Происходит это потому, что лобные доли могут работать в некотором диссонансе с затылочными долями: частота альфа-ритма в них отличается на 0.25 Гц. Поэтому в процессе выработки сценария поведения лобные доли выдвигают альтернативное «предложение», основанное на подпороговой информации. Например, как Шерлок Холмс, который строил свои умозаключения не на наблюдениях, которые бросаются всем в глаза, а на незначительных признаках, которые большинство людей игнорирует. Этот парадоксальный подход может приводить к ложным и неэффективным действиям, но при определённой удаче может привести к невероятным выигрышам. Степень парадоксальности действия этого механизма зависит от степени отклонений, которые имеют место. Обычно разница частот между лбом и затылком при этом бывает в пределах 0.5-0.75 Гц. Если при этом и общая частота в затылке составляет более 11 Гц, то мы можем иметь гениального учёного или деятеля культуры, правда, с различными странностями.
В массовом количестве мы наблюдаем это явление у подростков (тинэйджеров), у которых гормональная перестройка может приводить к весьма существенным изменениям в лобных долях ГМ. Я назвал это «дисперсионным синдромом тинэйджеров». Клинически это проявляется различной степени выраженности полиморфным гебоидным синдромом. В основном это – девиантное поведение протестного типа, в котором явно прослеживается тенденция к эпатажу и выработки собственной, не похожей на окружающих, модели поведения. Зачастую это приводит к алкоголизму, наркомании и правонарушения. У таких подростков чётко прослеживается так называемая гипофронтальность (дисфункция лобных долей) различной степени выраженности (рис.4).
Основными признаками этого состояния являются разница модальных частот между лбом и затылком более 0.75 Гц(1) и полимодальность спектра аРЭЭГ в лобных долях (2).
В принципе, подобные нарушения могут из подросткового возраста переходить во взрослое состояние с формированием шизофрении. Проявления этого заболевания на картограмме абсолютно такие же, как и при ДСТ. Причиной таких тяжёлых нарушений могут быть различные факторы, но в последнее время стали обращать внимание на нарушение у таких пациентов глимфатическрй системы – структуры, которая обеспечивает пассаж ликвора в доставкой питательных веществ и удаления продуктов обмена. Механизм создания альфа-ритма в ходе автоколебательной окислительно-восстановительной реакции Белоусова-Жаботинского требует создания многокомпонентной реакционной среды строго определённого состава и неудивительно, что при нарушении перфузии лобных долей с чётко организованной рециркуляцией веществ в матриксе голоного мозга возникают сбои, которые регистрируются с помощью альфа-ритма в виде его замедления. Следует заметить, что у пожилых подобные явления могут возникать из-за сосудистых нарушений вследствие атеросклероза. Отсюда, видимо, клинические особенности развития инволюционного параноида в виде недовольства существующим порядком, придирки к молодёжи, ностальгия по прошлому и ипохондрический синдром.
Учитывая всё это несложно понять девиантность поведения психопатов. Тут следует только понять, в пограничной зоне ещё существует данный человек или уже переселился в зону СУНН=4.
СУНН=5 – психопатология с преимущественным формированием когнитивных нарушений – финальная стадия любого вида психопатологии. Основной признак – резкое замедление альфа-ритма по всем отведениям . Частота при этом составляет 8.25 Гц и меньше. При этом нарушен процесс восприятия информации. Если такие параметры аРЭЭГ с детства, то это проявляется задержкой нейрофизиологического развития и умственной отсталостью различной степени. У взрослых подобное явление, чаще всего, следствие интоксикации (в т.ч., постинфекционной), травмы или инволюционно-дегенеративных процессов, протекающее по одному и тому же сценарию (рис.5).
В принципе, совершенно неважно, какого генеза деменция – все они протекают с одинаковыми изменениями, регистрируемыми в ДАЧХАР : общее замедление аРЭЭГ и полимодальная дезорганизация его спектра – суть только в степени выраженности изменений. На рисунке показаны усреднённые картограммы из многих случаев при различных видах деменций(рис.6).
В заключении нужно сказать, что, конечно, нейрофизиологические изменения одной ДАЧХАР не ограничиваются. Тут уже упоминалось, что важное значение имеет стабильность работы НГСГМ. Её можно измерить с помощью коэффициента вариабельности аРЭЭГ (КВАР), который показывает, в каких границах происходят колебания модальной частоты в каком-то отведении за определённый промежуток времени, но наиболее показательно изменение значения разницы частот в лобных и затылочных отведениях. Обычно величина её – не более 0.25 Гц. При различных нарушениях, особенно бредовых состояниях величина эта может составлять более 1 Гц.
Все указанные нарушения имеют чёткую зависимость от социо-культурного матрикса (СКМ), о котором я уже говорил. Если ребёнок воспитывался в благоприятной среди, окружённый любовью и правильным воспитанием, а потом попадает в благоприятный матрикс, то даже тяжёлая патология ДАЧХАР не помешает ему вести приличную жизнь, хотя и без особого блеска. С другой стороны, если ребёнок с детства попадает в неблагоприятную психотравмирующую обстановку, то и нормальная цитоархитектоника не поможет. Затяжное посттравматическое стрессовое состояние приведёт сперва к нарушению ДАЧХАР, а затем к девиантному поведению.
Мне неоднократно приходилось наблюдать пожилых людей, которые, живя в благоприятной СКМ, в условиях ЗОЖ, регистрируют постепенное снижение частоты альфа-ритма без нарушения распределения спектра. При этом они сохраняют трудоспособность, сохранны в быту, хотя и проявляют ригидность сознания с выраженным консерватизмом. Возможно, когда-нибудь нам удастся научиться регулировать параметры ДАЧХАР. Особенно, если кто-то станет читать эти статьи.