системные механизмы

патологии (облучение) и стрессе. При дезорганизации361 функционирования всей центральной нервной системы, вследствии анатомической и функциональной изоляции структур переднего мозга, количество регрессионных связейотношений в левом полушарии уменьшается.

При анализе количества регрессионных связейотношений определяющихся между показателями крови при облучении выявлено, что постлучевая динамика регрессионных связей-отношений, характеризовалась их уменьшением. При применении радиопротекторного средства количество регрессионных связей-отношений, не только не уменьшилось, а напротив, возросло.

Таким образом, информационное значение увеличения регрессионных связей-отношений в полициклическом мультиграфе, описывающем взаимоотношения физиологических показателей, по-видимому, свидетельствует о напряжении системных функциональных механизмов, возможно с целью компенсации. Уменьшение регрессионных связей-отношений до определенного предела, по-видимому, свидетельствует о дезактивации системных функциональных механизмов, а значительное уменьшение этих связей - о некорректности системы компенсации, вследствие чего, возникает дезинтеграция системы.

Сопоставляя результаты анализа ЭЭГ с использованием корреляционного и регрессионного амнализа целесообразно подчеркнуть ряд моментов. Требования к статистическим свойствам ЭЭГ-сигнала, предъявляемые в когерентном и корреляционном анализе, зачастую трудно достижимы и не всегда выполняются (Шишкин С.Л., 1997), а сами по себе показатели корреляции и когерентности имеют также целый ряд недостатков, затрудняющих интерпретацию получаемых данных (Николаев и др., 1996; Каплан и др., 1997). Для корректности оценки синхронности ритмических компонентов ЭЭГ с помощью когерентного анализа необходимо, чтобы их частота в наблюдаемой паре отведений с достаточной точностью совпадала, а фазовые отношения были стабильными. Чтобы решить эту проблему, был разработан метод оценки сходства спектров мощности ЭЭГ в разных отведениях посредством подсчета числа случаев совпадения пиков спектра мощности, определяемых в исследуемом

диапазоне ЭЭГ в коротких последовательных эпохах, что362 обеспечило независимость результатов анализа от фактора нестабильности фазовых отношений (Иваницкий и др., 1990; Николаев и др., 1996).

В последнее время с целью определения количества однонаправленных нелинейных ассоциаций между многомерными сигналами разработан нелинейный индекс ассоциаций h2 (Kalitzin S.N., Parra J., Velis D.N., Lopes da Silva F.H., 2007)

В настоящей работе используется метод множественного регрессионного анализа – один из методов позволяющий оценить ориентированное влияние одного канала ЭЭГ (ЭКоГ) на другой. Таким образом, исследуются механизмы управления в ЭЭГ (ЭКоГ), с целью построения конструкции электрогенеза.

Системный анализ функциональной межполушарной асимметрии.

Функциональное (информационное) значение связейотношений полициклических мультиграфов при анализе

функциональной межполушарной асимметрии, как системного феномена

В предисловии к недавно изданной книге «Функциональная межполушарная асимметрия. Хрестоматия». (Издательство: Научный мир, 2004 ред. Боголепов Н.Н., Фокин В.Ф.) функциональная межполушарная асимметрияв названа одним из наиболее загадочных феноменов.

Начиная с 50-х годов прошлого столетия постепенно накапливаются факты, свидетельствующие о функциональной асимметрии или функциональной специализации полушарий головного мозга (Бабенкова, 1970; Мосидзе, 1972, 1977; Шмидт, Бабенкова, 1975; Симмерницкая, 1978; Балонов, 1979; Брагина, Доброхотова, 1981).

Полагают, что феномен функциональной асимметрии человека не может быть понят вне общих законов эволюции неживой и живой природы (В.И. Вернадский 1980; Ю.А. Урманцев, 1978) и приобретает характер междисциплинарной проблемы (Н. Н. Брагина, Т. А. Доброхотова, 1981,1983,1977).

К настоящему времени накоплены многочисленные363 свидетельства о полушарных различиях мозга правшей по ряду морфологических, биохимических и функциональных характеристик (H. Steinmetz, J. Volkmann, et al., 1991; Г.А.

Вартанян, Б.И. Клементьев, 1991). В отношении левшей сведения менее однозначны и свидетельствуют, что асимметрия их мозга имеет особенности отличимые от характерных для правшей. (Т.А. Доброхотова, Н.Н. Брагина, с соавт., 1994; А.В. Семенович, 1991).

Наличие функциональной межполущарной асимметрии головного мозга у животных в течение многих лет подвергалось сомнению, т.к. полагали, что функциональная межполушарная асимметрия является “прежде всего достоянием эволюции гоминид, особенно человека, и возникла в результате становления социального характера его деятельности и поведения” (Адрианов О.С., 1999)

Однако, в настоящее время, в экспериментальных исследованиях получены доказательства существования у животных латеральной специализации больших полушарий головного мозга (Бианки В.Л. 1985; Бианки В.Л. 1989; Праздникова Н.В., Глезер В.Д., Макаров Ф.Н., 1997;. Праздникова Н.В., Глезер В.Д., Гаузельман В.Е. 1999). Межполушарные различия у животных были выявлены не только в ассоциативных, но и в проекционных полях коры. Как полагают, это свидетельствует о том, что у животных преимущество левого полушария в процессе реализации одних элементарных функций может сочетаться с преимуществом правого полушария в выполнении других (Алексеенко С.В.,

2004).

Межполушарная асимметрия в настоящее время изучается различными электрофизиологическими методами: электроэнце-фалографически, достаточно часто используют метод вызванных потенциалов (ВП); изучение медленные изменения потенциала, связанные с каким-либо событием, чаще всего с речью или движением правой или левой руки и т.п., изучают уровень постоянного потенциала (УПП) в связи с их способностью, при определенных условиях, отражать интенсивность энергетического метаболизма головного мозга.

(Фокин В.Ф., 2004).

При ЭЭГ-исследовании (визуально или после364 соответствующей компьютерной обработки) выявляют асимметрию характеристик ЭЭГ (амплитуды, частоты ритмов), зарегистрированную от одноименных корковых формаций правого и левого полушария как в состоянии покоя, так и при различных функциональных нагрузках (Е.А. Жирмунская с соавт., 1981; И.И. Гончарова, 1991; K. Osborn, A. Gale, 1976 и

др.). Еще в исследованиях D. Lindsley (1940) было выявлено, что активность доминантного (по речи) полушария обладает меньшей амплитудой альфа-ритма. Хотя в состоянии спокойного бодрствования и при функциональных тестах межполушарные различия проявляются во всем частотном диапазоне ЭЭГ, многие исследователи отмечают, что их наибольшую выраженность в альфа-диапазоне (S. Butler, A. Glass, 1974; J. Grabov et al, 1978).

При анализе общего количества (положительных+отрицательных) связей-отношений между амплитудами ритмов ЭКоГ без использования сегментации в интактном мозге крысы, а также у крыс до формирования и после прекращения судорожной активности индуцированной внутрибрюшинным введением пенициллина в левом полушарии определяется меньшее количество связейотношений, чем в правом. Эта закономерность была выявлена у крыс четырех экспериментальных групп. Исследования в этих экспериментальных группах производились не единовременно, а в различные сезонные периоды и даже в различные годы. Следует подчеркнуть, что использование для выявления межполушарной асимметрии амплитуд ритмов ЭКоГ у крыс общепринятых коэффициентов межполушарной асимметрии (дробно-линейной функции) не дает такой четкой возможности различения ЭКоГ левого и правого полушарий у крыс.

При исследовании у человека - у правшей, как в условиях психосенсорного, так и оперативного покоя, выявлялось больше связей-отношений (коэффициентов регрессии) в правых полушариях, чем в левых. Коэффициентов двумерной линейной корреляции в условиях психосенсорного покоя в левых полушариях выявлялось больше, чем в правых.

У левшей, в условиях психосенсорного покоя выявлялось на две связи-отношения больше в правом полушарии, а

количество коэффициентов двумерной корреляции было365 одинаково. В условиях оперативного покоя количество регрессионных связей-отношений определялось на две большим в левом полушарии, а количество коэффициентов двумерной корреляции определялось большим в правом полушарии.

При переходе от психосенсорного покоя к оперативному общее количество, как регрессионных связей-отношений, так и коэффициентов двумерной корреляции определяемых в обеих полушариях увеличилось.

Таким образом, как у крысы, так и у человека (правшей) в условиях психосенсорного покоя, при исследовании, использованием множественного регрессионного метода анализа, количества связей-отношений между амплитудами ритмов ЭЭГ в левом полушарии было меньше, чем в правом, а при исследовании синхронности в изменениях амплитуд ритмов применением двумерного корреляционного метода анализа ситуация была обратной – в левых полушариях выявлялось большее количество коэффициентов корреляции, чем в правых.

Одним из наиболее часто применяемом электрофизиологическим методом исследования межполушарной асимметрии у правшей и левшей является определение когерентности ритмических составляющих ЭЭГ

(P. Flor-Henry, Z. Koles, 1982; T. Nielson, A. Abel, et al., 1990).

Сопоставление средних уровней когерентности ЭЭГ внутри правого и левого полушарий мозга здоровых людей в состоянии бодрствования выявило превышение связей ЭЭГ в пределах левой гемисферы (Болдырева Г,Н, 1978.). Дальнейшее специальное исследование данного вопроса показало, что при анализе функции когерентности ЭЭГ у левшей и правшей в состоянии психосенсорного покоя, с учетом индивидуального профиля асимметрии (Жаворонкова Л.А., Болдырева Г.Н., Доброхотова Т.А., 1988, Жаворонкова Л.А. 2004) внутриполушарных связей больше в доминирующем полушарии, как у правшей, так и у левшей, вне зависимости от характера асимметрии по показателям спектра мощности ЭЭГ. В данной работе индивидуальный профиль асимметрии определяли, уточняя асимметрию-симметрию функций рук и ног, зрения и слуха по методике Н.Н. Брагиной

и Т.А. Доброхотовой (Брагиной .Н., Доброхотова Т.А., 1988).366 При исследовании спектров мощности ритмов ЭЭГ в состоянии психосенсорного покоя суммарная мощность вычисленная для разных физиологических диапазонов ритмов у испытуемых с правым профилем асимметрии была ниже в левом полушарии, а у испытуемых с менее выраженным правым профилем асимметрии или смешанным (левши) не наблюдалось отчетливой закономерности межполушарных различий по мощностным показателям.

Однако имеются исследования свидетельствующие о том, что когерентность в правом полушарии в целом выше, чем в левом (Tucker et al., 1986). Исследовали ЭЭГ 14 правшеймужчин еженедельно в течение нескольких месяцев. Проведенные исследования показали более высокую когеренцию для правых полушарий. Величины когеренции в лобных долях были выше справа, но в затылочных – слева. Учитывя, что правое полушарие имеет более диффузную рецептотопическую организацию чем левое, базирующееся на большей пропорции белого к серому веществу, полученные асимметрии, с точки зрения амвторов, имеют интересные параллели с анатомическими асимметриями человеческой коры и могут иметь функциональные значения.

При исследовании когерентности у 189 детей в возрасте от 5 до 16 лет нашли, что большая когерентность наблюдалась в правом полушарии по сравнению с левым и в лобных отведениях по сравнению с другими отведениями. Авторы предполагают, что имеются минимум как два источника когеренции: когеренция реализуемая через короткие аксональные связи, и когеренция реализуемаячерз длинные аксональные связи (Thatcher R.W., Krause P.J., Hrybyk M., 1986).

При исследовании функциональной межполушарной асимметрии, использованием внутриполушарных кросскорреляционных коэффициентов (Ливанов, Королькова, Свидерская, 1988) было показано, что максимальное увеличение левостороннего доминирования кросскорреляционных коэффициентов наблюдается при кофеиновой пробе, а правостороннего – при действии галоперидола извращающего нормальные отношения в эмоционально-мотивационной сфере), при действии

электрокожного болевого раздражения и при предъявлении367 слайдов неприятного содержания. Авторы приходят к выводу, что асимметрия по внутриполушарным кросскорреляционным коэффициентам отражает в большей степени эмоциональный тонус, по межполушарным кросскорреляционным коэффициентам – общий активационный.

Также, как и в приведенных работах, в наших исследованиях при определении синхронности изменений ритмов ЭЭГ количество статистически значимых коэффициентов двумерной корреляции в левом полушарии было больше, чем в правом, но количество статистически значимых коэффициентов регрессии при применении метода множественной регрессии определялось большим в правых полушариях, чем в левых.

В то же время, при переходе от психосенсорного покоя к оперативному, как количество определенных статистически значимыми регрессионных связей-отношений, так и количество определенных статистически значимыми коэффициентов двумерной корреляции в обеих полушариях возросло.

Выявленные различия количества регрессионных связейотношений и корреляционных коэффициентов двумерной корреляции между амплитудами ритмов ЭЭГ в отношении доминантного полушария, возможно, свидетельствуют, о том, что внутриполушарная организация взаимоотношений между показателя амплитуд ритмов ЭЭГ является многоуровневой, в связи с чем, при применении регрессионного метода анализа выявляется один из уровней, а при применении корреляционного метода анализа – другой. Нельзя исключить, что при применении нелинейного оценивания связейотношений, например применением линнеаризации показателей амплитуд ритмов ЭЭГ по функциям, выявятся и другие уровни организации взаимоотношений ритмов ЭЭГ.

Однако, методы нелинейной динамики базируются на гипотезе, что электрическая деятельность мозга может быть описана постоянными динамическими моделями. Как считают Каплан и Шишкин С.Л. такая гипотеза нереалистична во многих случаях (Kaplan A.Ya.,.Shishkin S.L., 2000).

Совпадение изменений количества – увеличении - статистически значимых коэффициентов регрессии и

статистически значимых коэффициентов корреляции при368 переходе от состояния психосенсорного покоя к состоянию оперативного покоя, может свидетельствовать о том, что нейрофизиологические механизмы обеспечивающие взаимоотношения амплитуд ритмов при реорганизации ЭЭГ от синхронизации к десинхронизации работают в пределах линейной функции.

В целом можно предположить, что при анализе ЭЭГ выявление синхронности изменений активности и взаимовлияний нейрональных структур, использованием корреляционного анализа, и связей-отношений, применением множественного регрессионного метода анализа, по-видимому, могут быть полезны при их сочетанном применении.

Как указывает Русинов В.С и соавт (1988) «Ни один из методов не может заменить другой. Они не являются конкурирующими методами, т.е. нельзя определить один из них как «лучший», а другой как «худший». Различные методы математического анализа раскрывают разные стороны сложного процесса ЭЭГ, и для решения того или другого вопроса требуется применение разных методов или их сочетание».

При анализе общего количества связей-отношений между амплитудами ЭКоГ интакной крысы без проведения процедуры сегментации в левом полушарии определялось 4 связи-отношения, а в правом – 16. На препарате изолированного переднего мозга при анализе несегментированной ЭКоГ количество связей-отношений в левом и правом полушариях определялось одинаковым - по 20. Следует отметить, что статистически значимых коэффициентов двумерной корреляции в левом полушарии интактной крысы определялось 4, а в правом - 3, а на препарате изолированного переднего мозга в левом полушарии определялось 8, а правом -10.

Таким образом, у интактной крысы без проведения процедуры сегментации в левом полушарии определялось меньшее количество связей-отношений, чем в правом. Как и коэффициентов регрессии, коэффициентов корреляции между амплитудами ритмов ЭКоГ на препарате изолированного переднего мозга, определялось больше, чем у интактной крысы, однако, разница в их количестве в левом и правом

полушарии была недостаточной для верификации369 латерализации.

Учитывая изложенное, можно предположить существенной роль ретикулярной формации ствола мозга в формировании межполушарной асимметрии, определяемой по количеству регрессионных связей-отношений или коэффициентов двумерной корреляции, между амплитудами ритмов ЭЭГ.

При анализе общего количества связей-отношений (положительных+отрицательных, как в условиях десинхронизации,так и синхронизации) между амплитудами ЭКоГ при использования сегментации в интактном мозге в левом полушарии определяется 34 связи-отношения, а в правом 24. На препарате изолированного переднего мезга количество связей-отношений в левом и правом полушариях различается несущественно – на одну связь-отношение, 23 и 24 соответственно.

Таким образом, количество регрессионных связейотношений в несегментированной ЭКоГ у интактной крысы и в первый день при аспирации полушарий мозжечка преобладает

вправом полушарии, а при сегментации - наоборот – в левом, а на препарате изолированного переднего мозга различия в количестве связей-отношений в левом и правом полушариях не выявлялись. Тем не менее, во фрагментах десинхронизации как

влевом, так и правом полушариях количество связейотношений было больше, чем во фрагментах синхронизации.

Динамический анализ ЭЭГ-сигнала свидетельствует о том, что большую его часть до 80-95%, можно представить, как совокупность квазистационарных сигналов (Бодунов М.В 1988;

Barlow J.S. 1985; Jansen B.H., Hasman A., Lenten R. 1981; Kaplan A.Ya., Shishkin S.L., 2000), которые можно выявить,

используя сегментацию ЭЭГ (Каплан, 1998, 1999; Каплан Ф.Я., Борисов С.В., Шишкин С.Л., Ермолаев В.А. 2002). Как полагают Каплан А.Я, Борисов С.В. (2003), в сегментной структурированности ЭЭГ отражается динамика ансамблевой организации корковой нейронной активности. При исследовании динамики сегментных характеристик альфаактивности ЭЭГ человека в покое и при когнитивных нагрузках было показано, что классически представления о десинхронизации ЭЭГ при когнитивных нагрузках, как

процессе перехода нейронных пулов от тотальной370 синхронизации к более локальному межнейронному взаимодействию, можно расширить, предполагая, что когнитивная нагрузка сопровождается не разрушением ансамбля нейронной активности, а лишь их преобразованием в более мелкие микроансамбли локальной синхронизации. (Каплан А.Я, Борисов С.В., 2003).

При расчете несмегментированной ЭЭГ применяется период анализа 30 сек., а сегментированной – 2 сек. Следует подчеркнуть, что сама по себе методология сегментации ЭЭГ с последующей классификацией сегментов, представляет собой существенную альтернативу получению усредненных данных по всей записи ЭЭГ. По своей физиологической сущности эти два метода цифрового анализа ЭЭГ (ЭКоГ), по-видимому, извлекают совершенно различную информацию.

При традиционном подходе к анализу ЭГГ (ЭКоГ) производится лишь разбиение ЭЭГ на компоненты спектра, в то время как при анализе с применением предварительно процедуры сегментации, статистическому анализу предшествует разбиение ЭЭГ во времени на компоненты, являющиеся элементарными событиями ЭЭГ (Шишкин С.Л. ,

1997)

Поэтому при анализе с применением сегментации анализируется не только пространственная, но и временная структура ЭЭГ (ЭКоГ)-сигнала.

Кроме того, при анализе сегментированной ЭКоГ выявилось, что длительность периодов синхронизации составляет у интактной крысы в левом полушарии 20,53%, а в правом 14,9%, а на препарате изолированного переднего мозга 13,62 и 5,98 соответственно.

Поэтому, в связи с тем, что соотношение периодов десинхронизации/синхронизации в различных экспериментальных условиях (например, при биологических испытания биологически активных веществ) может существенно меняться, при традиционном цифровом анализе несегментированной ЭЭГ (ЭКоГ), при усреднении данных вносится существенная неопределенность.

При анализе синхронности изменений амплитуд ритмов ЭКоГ использованием корреляционного метода анализа в левом полушарии крысы определялось больше статистически