Ээг корреляты психофизиологического состояния человека в процессе циклического дыхания.
На правах рукописи
БЫКОВ Павел Викторович
ЭЭГ корреляты психофизиологического состояния человека в процессе циклического дыхания.
Специальность 03.00.13- Физиология
Автореферат диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук
Москва-2007
Работа выполнена в Институте высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН (директор д. б. н., проф. Балабан П.М.) и ГУ НИИ мозга РАМН (и.о. директора д.м.н. Худоерков Р.М.)
Научные руководители:
доктор медицинских наук, профессор Нина Евгеньевна Свидерская
доктор биологических наук Борис Хоренович Базиян
Официальные оппоненты:
Член-корреспондент РАН, доктор медицинских наук, профессор Инесса Бенедиктовна Козловская
Доктор медицинских наук, профессор Олег Станиславович Глазычев
Ведущая организация:
Биологический факультет Московского Государственного Университета имени М.В. Ломоносова
Защита состоится «___» __________________ 2007 г.
В 10.00 часов на заседании диссертационного ученого совета Д.002.111.01 при Государственном научном центре РФ – Институте медико-биологических проблем РАН по адресу: 123007, г. Москва, Хорошевское шоссе, д. 76а.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНЦ РФ – Института медико-биологических проблем РАН.
Автореферат разослан «_____»______________2007 г.
Учёный секретарь диссертационного совета,
Доктор медицинских наук, профессор Л. Б. Буровкова
Актуальность работы. Проблема взаимосвязи функции внешнего дыхания и коррелирующих с ним изменений в центральной нервной системе остается одной из малоизученных.
В последние время во многих странах мира отмечено развитие различных дыхательных тренингов, наиболее известными из которых являются: голотропное дыхание (С. Гроф 1984), "ребефинг" (Леонард Орр 1970), вайвэйшин (Джим Леонард и Фил Лаут 1975), свободное дыхание (Всехсвятский С.С. 1991) и д. р. Дыхательные технологии в настоящее время широко применяются во всем мире, в том числе и в России, как альтернативные фармакологической коррекции различных заболеваний.
В нашей стране широко используется и считается наиболее эффективным метод циклического дыхания (ЦД), вобравший в себя наиболее эффективные аспекты различных дыхательных технологий. Как полагают авторы этой методики (Э.В. Жданова, 1991; В.В. Козлов, 1991), циклическое дыхание - одна из психотехник, интегрирующих сознание человека и открывающих ему доступ к собственным ресурсам.
Вышеназванная методика применяется многими психологическими школами в реабилиталогии и считается наиболее эффективной для проведения лечебной психологической релаксации и индивидуальной адаптации пациента. В психологии пограничных состояний циклическое дыхание применяется при лечении эндогенных депрессий, фобий, навязчивых состояний и других расстройств.
Несмотря на определённые успехи психофизиологической коррекции при проведении ЦД, нейрофизиологические механизмы изменения сознания человека во время этой методики в настоящее время практически не изучены.
Попытки обнаружить электрофизиологические корреляты измененных состояний сознания (ИСС), являющихся одним из центральных механизмов изменений активности в центральной нервной системе при использовании дыхательных технологий, проводились уже неоднократно (И.С.Добронравова И.С.; 1977; Гордеев С.А. и др. 1992; Свидерская Н.Е., Горбатов О.И., Королькова Т.А. 1997; Любимов Н.Н. 1999; Свидерская Н.Е., 2002), динамические характеристики изменения ЭЭГ при гипервентиляции описаны в единичных исследованиях (Смирнов А.Г., Корсакова Е.А., 1997). Однако выработка коррелятов между психофизиологическими феноменами и ЭЭГ при различных дыхательных технологиях ещё не проводилась.
Методика циклического дыхания является моделью изучения различных функциональных состояний здорового человека. Актуальность изучения этой проблемы определяется необходимостью разработки методов объективного инструментального контроля состояния пациентов, во время проведения дыхательных тренингов. Кроме того, представляет значительный интерес выявление нейрофизиологических коррелятов разных феноменов, возникающих в процессе ЦД, а также выработка возможности нейрофизиологической предикции особенностей индуцируемых этими дыхательными технологиями состояний.
Цель и задача исследования.
Целью данной работы является исследование и анализ изменений пространственно-временной организации ЭЭГ и психофизиологических феноменов во время ЦД.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие конкретные задачи:
1. Исследовать характер изменения разных показателей пространственной организации биопотенциалов (пространственной синхронизации, пространственной неупорядоченности, когерентности и спектральной мощности биопотенциалов) во время 60-минутной гипервентиляции;
2. Выявить у испытуемых основные возникающие психофизиологические феномены и провести анализ частоты их совпадения в одном и том же сеансе ЦД.
3. Оценить достоверность различий показателей пространственной организации биопотенциалов в двух ситуациях: с наличием и отсутствием каждого психофизиологического феномена в динамике сеанса ЦД;
4. Провести анализ фоновых (предшествующих проведению сеанса ЦД) ЭЭГ для всех случаев наличия и отсутствия выделенных психофизиологических феноменов, возникающих в сеансе ЦД, для оценки возможности их предикции на основе исходного функционального состояния человека.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Изменения разных параметров пространственной организации биопотенциалов (ПОБ): пространственной синхронизации (ПС), неупорядоченности (ПН), когерентности (Ког) и спектральной мощности (Сп) в сеансе циклического дыхания указывают на волнообразное снижение уровня функционального состояния в коре головного мозга с максимумом на 25-30 и 55-60 минутах.
2. Показатели пространственной организации биопотенциалов изменяются неодинаково у лиц с интенсивной и слабо выраженной пароксизмальной активностью (ПА). При наличии этой активности в сеансе ЦД имеется сочетанное снижение пространственной синхронизации биопотенциалов (линейные процессы) и их пространственной неупорядоченности (нелинейные процессы). Это может указывать на то, что развитие выраженных пароксизмальных проявлений под влиянием интенсивной гипервентиляции является индикатором (или «генератором») сложности пространственных перестроек биоэлектрической активности головного мозга, что в значительной мере предопределяется исходным функциональным состоянием человека.
3. Возникновение разных психофизиологических феноменов (физических ощущений в теле, ощущений во внутренних органах, простых зрительных образов и психотических проявлений), индуцированных длительной и интенсивной гипервентиляцией, сопровождается неодинаковыми сдвигами показателей ПОБ. Особая роль принадлежит соотношению линейных и нелинейных биоэлектрических процессов в передних отделах правого полушария. Возможно выделение набора признаков фоновых ЭЭГ для предикции психофизиологических проявлений, возникающих во время сеанса ЦД.
Научная новизна. Впервые изучена динамика комплекса показателей пространственной организации биопотенциалов при длительной интенсивной гипервентиляции, индуцирующей измененное состояние сознания, описан волнообразный характер изменения функционального состояния головного мозга с наличием двух пиков ослабления уровня активности – на 25-30 и 55-60 минутах после начала сеанса циклического дыхания.
Показано, что одним из ведущих факторов, оказывающих влияние на ослабление активности головного мозга при циклическом дыхании, является возникновение генерализованной пароксизмальной активности.
Впервые проведен анализ разных форм перестройки пространственной организации биопотенциалов, связанных с индукцией различных психофизиологических феноменов. Для каждого из них выделен набор пространственно-частотных признаков, который может служить предиктором появления того или иного феномена в сеансе ЦД.
Теоретическая и практическая значимость. Теоретическая значимость полученных данных состоит в углублении представлений о нейрофизиологических механизмах изменённых состояний сознания (ИСС), индуцированных одним из современных методов дыхательных технологий - циклическим дыханием. Выявленные особенности перестройки показателей пространственной организации биопотенциалов в сеансе ЦД указывают на определенную “специфичность” нейродинамических систем при усилении разных психофизиологических процессов в состоянии измененного сознания.
Полученные результаты представляют практический интерес для специалистов, использующих разные технологии погружения в измененные состояния сознания. Особую ценность имеют данные, указывающие на возможность объективного инструментального контроля за состоянием испытуемых и пациентов, проходящих тренировки и лечение с помощью дыхательных упражнений.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертации доложены на следующих конференциях; на научной конференции «Организация и пластичность коры больших полушарий головного мозга», 25-26 октября 2001, Москва; на научной конференции по проблеме «Актуальные вопросы функциональной межполушарной асимметрии», 13-14 декабря 2001, Москва; на научной конференции «Проблемы нейрокибернетики» г. Ростов-на-Дону, сентябрь 2002; на научной конференции по проблеме «Актуальные вопросы функциональной межполушарной асимметрии», 26-27 мая 2003 г., Москва; на научной конференции по проблеме «Пластичность и структурно-функциональная взаимосвязь коры и подкорковых образований мозга», 30-31 октября 2003., г. Москва; на 1-м съезде физиологов СНГ «Физиология и здоровье человека», 19-23 сентября 2005 г. Дагомыс, на научной конференции «Структурно-функциональные и нейрохимические закономерности асимметрии и пластичности мозга» 27-28 октября 2005г., Москва, на научной конференции по проблеме «Структурно - функциональные и нейрохимические закономерности ассиметрии и пластичности мозга-2006», 26-27 октября 2006., г. Москва. Апробация состоялась на совместном заседании Учёного совета ГУ НИИ мозга РАМН и Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН 09 июня 2005 г. и на заседании заседания секции «Космическая физиология и биология» Ученого совета ГНЦ РФ – ИМБП РАН 17 ноября 2006 г.
Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 13 публикациях. Список приводится в конце автореферата.
Структура диссертации. Диссертация изложена на 148 страницах, состоит из введения, пяти глав, включающих обзор литературы, описание методов исследования, изложения и обсуждение результатов, выводов, списка цитируемой литературы (149 источник), содержит 35 рисунков и 22 таблицы.
Методы исследования
Эксперименты проведены на 44 здоровых испытуемых (25 мужчин и 19 женщин) в возрасте от 20 до 50 лет.
Сеансы проходили в свето-звукоизолированной камере, где испытуемые находились, полулежа с закрытыми глазами. Проводился постоянный видеомониторинг как в момент проведения сеанса, так и после него, когда испытуемые давали словесный отчет о субъективных переживаниях и ощущениях. Методика циклического дыхания заключается в произвольном увеличении частоты дыхания, цикличности, непрерывности, связанности дыхания между вдохом и выдохом, а также между выдохом и вдохом без пауз. Вдох постепенно перетекает в выдох. Вдох при циклическом дыхании был усиленным, выдох - расслабленным. Используемая дыхательная технология проводилась под контролем инструктора. Процесс ЦД не ограничивался во времени и заканчивался полной психоэмоциональной релаксацией испытуемого и угасанием у него желания для продолжения тренинга. Испытуемый по своему самочувствию определяет длительность сеанса ЦД. В среднем сеанс длился 50-70 минут. В большинстве случаев продолжительность сеанса с последующей релаксацией составляла 60 минут, что и определило длительность записи ЭЭГ. После окончания сеанса на основании опроса испытуемого о пережитых им во время ЦД ощущениях составлялась карта субъективных данных, служащая для сопоставления нейрофизиологических и психофизиологических проявлений. Отмечаемые наиболее яркие субъективные переживания во время сеанса регистрировались, обрабатывались и классифицировались.
Монополярную запись ЭЭГ (в качестве референтного электрода использовали объединённый ушной) проводили непрерывно от 24 корковых пунктов, ориентируясь на международную схему 10-20, но с добавлением нескольких электродов в связи с особенностями обработки и анализа данных. Использовали портативную телеметрическую установку «СИТ-ЭЭГ», разработанную в ВНИИ автоматики Москва в лаборатории Блатова И.В. (Блатов И.В. 2003)
При обработке запись ЭЭГ разбивалась на 12 пятиминутных фрагментов, содержащих по 60 четырехсекундных эпох, которые затем подвергались обработке по методу «Синхро-ЭЭГ», с удалением артефактов. Этот метод включает следующие виды анализа:
1) Кросскорреляционный, который выявляет уровень и распределение в коре пространственной синхронизации биопотенциалов (ПСБ) и характеризует наиболее простые линейные процессы. На первом этапе проводится подсчет кросскорреляционных коэффициентов между биопотенциалами всех пар отведений, затем для выполнения топографического картирования синхронизации биопотенциалов для каждого пункта отведения вычисляются “индексы синхронизации”, которые равны средним значениям кросскорреляционных коэффициентов между данным пунктом и окружающими его. Это позволяет производить топографическое картирование на основе относительно небольшого числа данных и выделять зоны максимальной синхронизации биопотенциалов в коре.
2) Оценка по методу множественной энтропии (Древс Ю.Г. др. 1994; Свидерская Н.Е., Королькова Т.А., 1997), для выявления более сложных нелинейных процессов по показателю пространственной неупорядоченности биопотенциалов (ПНБ). Показатель множественной энтропии характеризует иные, чем показатель пространственной синхронизации свойства биопотенциального поля. Отметим, что при сопоставлении двух указанных показателей пространственной организации биопотенциалов можно исходить из сложившейся в результате ряда исследований (Свидерская Н.Е., Королькова Т.А., 1997; Свидерская Н.Е., Антонов А.Г., Глазкова В.А.2004; Свидерская Н.Е. и др. 2004) схемы. Сочетанное повышение показателей (линейных и нелинейных процессов) трактуется как признак роста уровня активации в мозге, снижение обозначает противоположную направленность сдвигов. Диссоциация в изменении показателей оценивается следующим образом: усиление пространственной синхронизации биопотенциалов при снижении их неупорядоченности может означать “упрощение” межцентральных отношений, противоположные сдвиги – “усложнение”.
3) Спектрально-корреляционный анализ, особенностью которого было разделение ЭЭГ от 0.5 до 30 Гц на 22 частотных поддиапазона, согласно концепции когерентных структур электрической активности коры головного мозга (Свидерская Н.Е., Шлитнер,1990; Свидерская Н.Е., Королькова Т.А., 1997).
Соответствие поддиапазонов ЭЭГ частотным характеристикам. Даны верхние граничные значения поддиапазонов. Таблица 1.
| Номер частотного поддиапазона | Гц | Номер частотного поддиапазона | Гц |
| 1 | 1.75 | 12 | 16.00 |
| 2 | 3.00 | 13 | 17.25 |
| 3 | 4.50 | 14 | 18.75 |
| 4 | 5.75 | 15 | 20.00 |
| 5 | 7.25 | 16 | 21.25 |
| 6 | 8.25 | 17 | 22.50 |
| 7 | 9.75 | 18 | 24.00 |
| 8 | 11.00 | 19 | 25.50 |
| 9 | 12.25 | 20 | 27.00 |
| 10 | 13.50 | 21 | 28.50 |
| 11 | 14.75 | 22 | 30.00 |
Такой подход был обусловлен тем, что в экспериментах с использованием многоканального отведения электрической активности мозга (от 48 корковых пунктов) был обнаружен новый принцип частотного квантования ЭЭГ – пространственный (Свидерская Н.Е., Шлитнер Л.М. 1990). Оказалось, что когерентные связи между корковыми потенциалами на некоторых частотах интенсивнее, чем на других. Пики интенсивности когерентности следуют на частотной шкале через относительно равные промежутки в среднем – 1.31 Гц. На основе этих данных была представлена система когерентных связей между биопотенциалами коры головного мозга как набор пространственно-частотных резонаторов, выполняющих роль квантово-информационных единиц. Поскольку каждый такой пик имеет свою пространственную динамическую локализацию, они были названы «когерентными структурами».
При топографическом картировании разных показателей когерентности, как и в случае картирования данных по кросскорреляционным коэффициентам, проводили их усреднение данных по соседним пунктам отведения, в результате чего получали значения «индексов когерентности» биопотенциалов для всех 24 зон отведения. Однако для анализа больших массивов данных они были неудобными, в связи, с чем в дальнейшем осуществляли сжатие данных (объедение индексов по четырём смежным пунктам отведения с преобразованием по Фишеру) с вычислением показателей для шести основных зон: фронтальных левого (Fs) и правого (Fd) полушарий, парието-темпоральных левого (PTs) и правого (PTd) полушарий и окципитальных левого (Os) и правого (Od) полушарий.
При выявлении влияния пароксизмальной активности (ПА) на изменение параметров ПОБ подсчитывали число эпох в каждом из 12 выделенных фрагментов, где присутствовала ПА. Далее вычисляли индекс ПА как отношение числа эпох, содержащих ПА, к общему числу эпох во фрагменте. Величину индекса, превышающую 15%, оценивали как высокую, при меньших значениях – как низкую.
Для дискриминации функционального состояния мозга по фоновым ЭЭГ разных групп испытуемых (с выраженной и слабой ПА, наличием или отсутствием различных психофизиологических феноменов) в сеансе ЦД использовался разработанный алгоритм выделения набора наиболее значимых признаков из исходно используемых 840 (Н.Е.Свидерская и др., 2003). В них входят следующие:
1. Показатели пространственной синхронизации (ПС) и пространственной неупорядоченности (ПН) биопотенциалов шести основных корковых зонах и суммарно по коре головного мозга.
2. Показатели спектральной мощности (Сп) и когерентности (Ког) в 22 частотных диапазонах и в 5 стандартных частотных диапазонах ЭЭГ.
3. Показатели межполушарной и лобно-затылочной асимметрии для каждого параметра.
4. Показатель пространственной дисперсии для всех вычисленных параметров.
5. Информационно-энергетическаий показатель (отношение когерентности к спектральной мощности биопотенциалов для 22 частотных поддиапазонов).
Алгоритм основан на нахождении признаков с максимальной вероятностью межгрупповых различий, дальнейшем формировании из них «специфического» набора и определении суммарного для него Z-отклонения (от доверительного интервала, равного двум сигмам) в одной группе по сравнению с другой. Такая процедура позволяла убедиться в возможности решения обратной задачи – отнесения разных случаев наблюдения (индивидов) к одной из выделенных групп. Статистический анализ проводили по t-критерию Стьюдента при р<0.05 и U-критерию Манна-Уитни (Загс Л. 1978).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
При исследовании циклического дыхания выявлено снижение показателей пространственной организации биопотенциалов, которое происходит почти по всей коре, что указывает на мощное ослабление электрических процессов головного мозга. Это отражает переход нервных центров в преимущественно заторможенное состояние, уменьшение межцентральных внутрикорковых и кортико-субкортикальных взаимодействий.
ПСБ ПНН
Рис 1.Динамика изменения в разных корковых зонах пространственной синхронизации (ПСБ) и пространственной неупорядоченности (ПНБ) биопотенциалов в сеансе циклического дыхания относительно фона. Абсцисса - номера временных интервалов, записи ЭЭГ, следующих через каждые 5 минут. Ордината - изменения показателей пространственной синхронизации в каждом временном интервале, % по отношению к фону. Достоверность изменений обозначена кружками (критерии Стьюдента p< 0,05).
Как видно, наибольшее снижение ПСБ отмечено справа в лобных и затылочных областях. Несмотря на межзональные различия, имеется довольно четкий динамический паттерн изменения показателей. Снижение его происходит постепенно от 1-го к 5-му временным интервалам, максимумом снижения приходится на 5-6 временные интервалы. В последующем уровень снижения уменьшается, доходя в некоторых корковых зонах через 40-45 минут до уровня начальной регистрации, затем следует вторичное понижение показателей.
Показатель ПНБ в сеансе ЦД также снижался, однако суммарная величина снижения была несколько меньшей, чем для ПСБ. Максимальное ослабление ПНБ отмечалось в левой затылочной (Os), несколько меньшее - в правой темено-височной области (PTd), минимальное – во фронтальных зонах обоих полушарий. Максимум снижения приходился не на 5-й временной интервал (как для ПСБ), а на 6-7-й, т.е. реакция была запоздалой по отношению к ПСБ.
Рис 2. Изменение средних по всем опытам величин спектральной мощности и когерентности в сеансе ЦД относительно фона. По абсциссе - поддиапазоны ЭЭГ, по ординате - уровень изменения показателей в условных единицах; достоверность изменений обозначена звёздочками (критерии Стьюдента p< 0,05).
Изменение частотно-когерентных характеристик ЭЭГ (рис.2) указывает на ослабление внутрикорковых процессов – сканирования и переработки внешней информации (ослабление альфа-активности средней частоты и низкочастотного бета-ритма). Это сочетается с усилением активности подкорковых регуляторных механизмов (усиление низкочастотных составляющих - дельта и тета-активности), что отражает, по-видимому, изменение условия управления функциональным состоянием мозга, с ростом доминирования лимбико-ретикулярных влияний, особенно во второй половине сеанса. Повышение спектральной мощности и когерентности в поддиапазоне высокочастотной бета-активности в начале сеанса позволяет предположить, что развивающееся функциональное состояние включает компонент активации психотических процессов.
Возникающие психофизиологические феномены выявляли в результате опроса испытуемых, производимого сразу же после сеанса.
Наиболее часто встречались следующие феномены.
1. Эмоциональные переживания, которые имели преимущественно положительный знак. Как видно из таблицы, этот феномен был характерен для большинства испытуемых (37 из 44), т.е. 84%. К сожалению, это послужило причиной того, что группы с наличием и отсутствием эмоциональных переживаний были слишком неравными для проведения статистического анализа, который для остальных феноменов был выполнен и дал определенные результаты.
2. Физические ощущения в теле отмечены у 23 человек (52,27%), они проявлялись в виде покалывании в мышцах, парестезиях, онемении конечностей, ощущение жара и холода в теле, судорожных подергиваниях. Для статистического анализа были выделены две примерно равные группы: 1 - с наличием физических ощущений и 2 – с их отсутствием.
3. Ощущения во внутренних органах и голове были отмечены у 25 испытуемых (56,82%). Они проявлялись в виде вибраций и болей в конкретных органах (в сердце, в области почек, в позвоночнике, в горле и т.д.). Также выделены две группы: 1- с наличием данного феномена и 2- с его отсутствием.
4. Зрительные и слуховые видения отмечены 28 волонтёров (63,61%). Они проявлялись в виде иллюзий: мельканий звездного неба, темного и светлого фона перед глазами, разноцветных красок и звуков. Также были выявлены две группы: 1- с наличием и 2 - с отсутствием феномена.
5. Психотические феномены в виде возрастной регрессии, чувства деперсонализации и дереализации, чувство расширения тела, попадания в другие пространства, визуальные и вербальные галлюцинации. Данный феномен отмечен у 16 испытуемых (36,41%), которые составляли 1 группу. Остальные отнесены ко 2-й группе.
Кроме выше указанных психофизиологических феноменов при ЦД регистрировался электрофизиологический феномен – пароксизмальной активности (ПА, рис. 3). В разные временные интервалы и у разных испытуемых индекс ПА, колебался от 0 до 80%.
фон гипервентиляции через 5 мин после начала
Рис.3. Возникновение ПА в ЭЭГ во время сеанса ЦД у одного из испытуемых.
Чтобы оценить особенности ПОБ при разной величине индекса ПА были выделены две группы испытуемых. Первая - с высокой величиной показателя (>15%) включала 23 испытуемых (53%). Вторая группа - с низким индексом (ниже 15%) содержала 21 испытуемых (47 %). В первой группе было значительное усиление ПА в начале сеанса с 5-20 минуты с максимумом на 10-15 минутах (рис. 4). Затем следовали снижение индекса ПА во временном интервале (25-35 минут) и вторичный подъем на (40-45 минут). После этого индекс опять снижался. Во второй группе было слабое усиление индекса ПА, хотя временная динамика была аналогичной регистрируемой в группе 1.
Рис. 4. Динамика пароксизмальной активности в сеансе ЦД. Абсцисса – номер временного интервала регистрации ЭЭГ, ордината – индекс ПА, % по отношению к фону. Вертикальные чёрточки – границы доверительных интервалов при p < 0,05
1. – группа с высокой величиной показателя индекса ПА (>15%)
2. – группа с низким индексом (ниже 15%) ПА (>15%)
Исследование топографических характеристик показало, что изменение ПСБ и ПНБ при разном индексе пароксизмальной активности (ПА) было неодинаковым (рис. 5).
Рис. 5. Изменение ПСБ и ПНБ в группе с высоким (1) и низким (2) индексом ПА в сеансе циклического дыхания. По шкале уровень достоверности различий между фоном и ЦД (критерий Манна-Уитни, p<0.05).
В группе с высоким индексом ПА снижение ПСБ и ПНБ было более выраженным, чем при её отсутствии, особенно в затылочных областях. На основании этого можно полагать, что ПА запускает или является маркером особенностей функционального состояния, индуцированного ЦД. Возможно, интенсивность ПА может служить показателем реакции центральной нервной системы на нейрохимические и нейродинамические перестройки, происходящие под влиянием ЦД.
Анализ пространственных характеристик ЭЭГ выявили межгрупповые различия и для других психофизиологических показателей. Так, при наличии физических ощущений в теле большие различия складывались показательно по ПНБ (рис. 6). В группе с наличием ощущений он повышался преимущественно в передних корковых зонах, в то время как в группе с их отсутствием отмечалось выраженное повышение этого показателя в центральных и задних отделах правого полушария.
Рис. 6. Изменение ПСБ и ПНБ в группе с наличием (1) и отсутствием (2) ощущений в теле в сеансе циклического дыхания. По шкале уровень достоверности различий между фоном и ЦД (критерий Манна-Уитни, p<0.05).
При наличии ощущений во внутренних органах межгрупповые различия проявлялись по обоим показателям (рис. 7). При их наличии было снижение обоих показателей (ПСБ, ПНБ), особенно в задних корковых зонах, при отсутствии отмечалось повышение ПСБ, особенно в правой теменно-височно-затылочной области, что соответствует выявленному некоторыми авторами изменения активности головного мозга с акцентом в правом полушарии при исследовании влияния интероцептивной афферентации на биоэлектрическую активность коры.
Рис. 7. Изменение ПСБ и ПНБ в группе с наличием (1) и отсутствием (2) ощущений во внутренних органах в сеансе циклического дыхания. По шкале уровень достоверности различий между фоном и ЦД (критерий Манна-Уитни, p<0.05).
Рис. 8. Изменение ПСБ и ПНБ в группе с наличием (1) и отсутствием (2) простых зрительных и слуховых образов в сеансе циклического дыхания. По шкале уровень достоверности различий между фоном и ЦД (критерий Манна-Уитни, p<0.05). Межгрупповые различия при возникновении в сеансе ЦД и отсутствии простых зрительных образов были нерезкими. Отмечалась динамически меняющаяся мелкоочаговая картина с различной локализацией фокусов по всем показателям пространственной организации биопотенциалов. (рис. 8).
Рис. 9. Изменение ПСБ и ПНБ в группе с наличием (1) и отсутствием (2) психотических проявлений в сеансе циклического дыхания. По шкале уровень достоверности различий между фоном и ЦД (критерий Манна-Уитни, p<0.05).
При наличии психотических проявлений в сеансе ЦД, по сравнению с ситуацией их отсутствия, отмечено более выраженное усиление обоих показателей в передних областях, особенно правого полушария. Кроме того, отмечалось резкое снижение ПСБ в затылочной зоне (рис.9). Полученные результаты коррелируют с тем, что дисфункция лобных долей головного мозга отмечена многими авторами при патологии психических процессов разной этиологии.
Отметим, что у одного и того же испытуемого возникал не один из выделенных феноменов, а сразу несколько. Чаще всего испытуемые переживали в сеансе сразу 2-3 феномена. Как видим, выделение разных психофизиологических феноменов «в чистом виде» достаточно сложно.
Частота (в % от общего числа наблюдений) сочетания в эксперименте разных субъективных ощущений и психофизиологических феноменов. Таблица 2.
| Субъективные ощущения | Частота совпадений % |
| Ощущения в теле и во внутренних органах | 45.45 |
| Ощущения в теле и зрительные/слуховые «видения» | 43.18 |
| Ощущения в теле и психотические феномены | 47.70 |
| Ощущения во внутренних органах и зрительные/слуховые «видения» | 50.00 |
| Ощущения во внутренних органах и психотические феномены | 34.09 |
| Зрительные/слуховые «видения» и психотические феномены | 75.00 |
У большинства испытуемых, неоднократно участвовавших в экспериментах, были отмечены неодинаковые феномены. Можно предположить, что в сеансе ЦД возникающие психофизиологические феномены зависят от исходного функционального состояния человека. Это предположение обусловило интерес к анализу связи этих феноменов и особенностей фоновых характеристик ЭЭГ. При этом встал вопрос, можно ли по характеристикам пространственной организации ЭЭГ прогнозировать переживание испытуемым тех или иных психофизиологических феноменов, иными словами решить обратную задачу. Для разрешения этой проблемы был проведен сравнительный анализ фоновых ЭЭГ всех выделенных феноменов по бинарному принципу. Выявлено, что можно выделить небольшое число признаков фоновой ЭЭГ (12-16 из 840 исходно анализируемых), на основе которых возможна предикция (с уровнем достоверности до 95%) появления каждого из рассматриваемых феноменов, возникающих в сеансе ЦД, что представлено на рис. 10.
Рис. 10. Число признаков используемых для ЭЭГ-дискриминации разных психофизиологических феноменов, возникающих в сеансе циклического дыхания и уровень достоверности этих феноменов в процентах.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
Суммируя данные анализа разных показателей пространственной организации биопотенциалов, можно выделить характерные черты изменения функционального состояния, происходящие под воздействием ЦД. Отмечено, что снижение показателей пространственной синхронизации и пространственной неупорядоченности имеет распространённый характер, т.е. регистрируется по всей коре. Это указывает на мощное ослабление как линейных, так и нелинейных процессов, что, вероятно, отражает переход состояния нервных центров из активного в заторможенное, с ослаблением как внутрикорковых, так и кортико-субкортикальных взаимодействий, что соответствует имеющимся в литературе данными о развивающихся микроциркуляторных и гомеостатических изменениях в коре и подкорковых структурах головного мозга при длительной гипервентиляции (Терехин П.И., 1996; Смирнов А.Г., Корсакова Е.А., 1997).
Причиной сочетанного снижения показателей при ЦД может быть ослабление функционального состояния нервных элементов. В литературе было показано (Родштат И.В., 2000; Козлов В.В., 2001), что уже через 5-10 минут после начала ГВ развивается выраженная гипокапния, достигающая значений PaCO2 ниже 22 мм. рт. ст., а также дыхательный алкалоз, что влечет за собой уменьшение минутного объема крови. Кроме того, отмечено, что понижение парциального давления углекислого газа в артериальной крови приводит к уменьшению концентрации водородных ионов, повышая тонус прекапиллярных сосудов. Это происходит преимущественно в сосудах головного мозга, что связано с высокой чувствительностью механизмов их микроциркуляции к изменениям кислотно-основного состояния и PaCO2 в крови (Родштат И.В., 2000). Мозговой кровоток может уменьшаться вдвое по сравнению с нормой. Такие гемодинамические сдвиги являются причиной гипоксии и спазма артериол с развитием ишемии, к которой наименее устойчивы структуры неокортекса. Как следствие начинает доминировать активность более архаичных в филогенетическом отношении систем - лимбической, ассоциативных таламо-фронтальной и таламо-париетальной, а также связанных с ними височных областей.
Указанные механизмы (гипокапния, ишемия), вероятно, и лежат в основе снижения, полученных в наших исследованиях показателей пространственной синхронизации и пространственной неупорядоченности биопотенциалов, т.е. как линейных, так и нелинейных процессов в коре головного мозга. Такие сдвиги создают фон для ослабления прихода в кору и переработки информации от внешних источников, снижения интегративных процессов мозга (Козлов В.В., 2001).
Отмеченное в нашем исследовании изменение частотно-когерентных характеристик ЭЭГ также указывает на то, что ослабление внутрикорковых процессов сканирования и переработки информации (ослабление когерентности и спектральной мощности альфа-активности средней частоты и низкочастотной бета-активности) сочетается с усилением активности подкорковых регуляторных (увеличение спектральной мощности дельта-активности) и эмоциогенных (повышение когерентности тета-активности) структур. По нашему мнению это указывает на изменение условий управления функциональным и эмоциональным состоянием мозга с доминированием лимбико-ретикулярных влияний, особенно во второй половине сеанса.
При этом важно, обратить внимание, что фокусами максимального ослабления пространственной синхронизации и неупорядоченности биопотенциалов являются задние корковые области, которые обычно осуществляют прием и первичную переработку информации (Лурия, А.Р., 1973). Кроме того, имеются данные о том, что при ГВ именно в этих зонах отмечается уменьшение активности метаболизма (Родштат И.В, 2000). В то же время активность в передних корковых зонах, судя по показателю пространственной неупорядоченности биопотенциалов, снижается меньше, чем в задних. Что, по-видимому, включает компонент активации аутической деятельности мозга.
Обращает на себя внимание, что динамика изменения показателей пространственной синхронизации и пространственной неупорядоченности биопотенциалов немонотонна и в ней выделяется несколько периодов снижения и повышения. Впервые показана волнообразность изменения функционального состояния мозга с максимальным снижением его активности (на 15-25 и 55-60 мин.), что существенно для контроля при использования гипервентиляционных технологий.
Это свидетельствует о том, что в сеансе ЦД функциональное состояние испытуемых претерпевает значительные флюктуации, связанные, вероятно, с целым рядом факторов. Так же, отмечена волнообразность в изменении уровня гипокапнии при холотропном дыхании (Терехин П.И., 1996; Смирнов А.Г., Корсакова Е.А., 1997), что может объясняться повышением устойчивости к ней функционального состояния мозга как следствие тренировки механизмов регуляции локального кровотока. Имеются также данные об уменьшении пароксизмальной активности в конце сеанса холотропного дыхания (Поваринский А.Г., 1992). Хотя холотропное дыхание и ЦД технологически отличаются друг от друга, но можно предположить сходную динамику развития компенсаторно-адаптационных процессов и трактовать ослабление сдвигов по показателям пространственной синхронизации и пространственной неупорядоченности биопотенциалов, а также по индексу ПА. Возможно, что в сеансе ЦД максимальное первичное снижение уровня активности корковых структур происходит на 15-25 минутах, вторичное – на 55-60. Первый период снижения по времени приблизительно соответствует обнаруженному П.И. Терехиным (1996) пику гипокапнического состояния, во время которого имеется снижение амплитуды оптикоплетизмограммы, бледность и снижение температуры кожных покровов, обусловленные спазмом периферических сосудов, наблюдаются признаки повышения мышечной возбудимости как результат нарушения электролитного баланса и гипокальцемией.
Примечательно, что в данном исследовании обнаружена диссоциация в направленности сдвигов спектральной мощности и когерентности: повышение первой сочеталось со снижением второй в низкочастотной ЭЭГ (дельта-диапазоне). Усиление спектральной мощности низкочастотных составляющих ЭЭГ отмечено в ряде исследований при разных видах ГВ (Davis H., Walled W., 1972; Lum L.C., 1987), а также при гипоксии (Lum L.M., et al, 2002; Halper P. et al, 2003). Однако, в этих работах не использовался показатель когерентности биопотенциалов. Сочетание разнонаправленных сдвигов когерентности, которая оценивается как показатель информационной составляющей ЭЭГ, и спектральной мощности биопотенциалов, отражающей энергетическую характеристику (Свидерская Н.Е., Королькова Т.А., 1997), приводит к снижению величины информационно-энергетического показателя. Это может означать, что процедура ЦД сопровождается усилением энергозатрат мозга, а условия для протекания информационных процессов ухудшаются.
В данной работе проведено подробное сопоставление изменений показателей пространственной организации биопотенциалов при возникновении разных психофизиологических феноменов: физических ощущений в теле, ощущений во внутренних органах, появлении простых зрительных образов и более сложных психотических проявлений. Несмотря на сложность и сочетанность разных феноменов у одного и того же испытуемого в сеансе ЦД, выявлен комплекс достоверных различий при наличии и отсутствии каждого психофизиологического феномена. Это может свидетельствовать об определенной “специфичности” модуляции активности мозга разными функциональными перестройками, приводящими к неодинаковым психофизиологическим проявлениям.
Во время ЦД выявлено возникновение различных психофизиологических феноменов, а так же феномен пароксизмальной активности. Проведёно сопоставление изменений показателей пространственной организации биопотенциалов при выше названных феноменах.
Вопрос об ЭЭГ-коррелятах психотических и психосоматических процессов человека остается далеким от решения (Segoku A., Takagi S., 1998; Manchanda R et al, 2003), однако есть основания полагать, что их проще обнаружить в тех условиях, когда снижается «зашумленность» мозга, связанная с мощной «бомбардировкой» его со стороны внешних раздражителей. Инвертированная установка сознания и «отдаление» от окружающего мира, изменение отношения к нему с поворотом всех психических переживаний от реальных объектов на внутреннюю сферу ослабляет связь субъекта с окружающим миром (Рончевский С.П., 1991). Такая психосенсорная аутизация характерна для ИСС, провоцируемых разными факторами, в том числе и вызывающими психозы. Проявления психосоматической аутизации имеют сходство независимо от вызывающих ее причин (Charlton B., Kavanau H., 2002).
Интересными в данном контексте представляются полученные данные о возможности исходной “готовности” (фоновых характеристик ЭЭГ) к развитию того или иного функционального состояния мозга, результатом чего и является манифестация разнообразных психофизиологических феноменов. Более того, благодаря проведению процедуры ЭЭГ-дискриминации удалось выделить наборы признаков, с помощью которых можно “предугадать” тот “путь”, по которому будут развиваться события (феномены) в сеансе ЦД. Таким образом, разработана система ЭЭГ-дискриминации, позволяющая в автоматизированном режиме прогнозировать возможность появления тех или иных психофизиологических феноменов при ЦД.
ВЫВОДЫ
1. Во время исследования 60-минутного сеанса циклического дыхания выявлены изменения показателей пространственной организации биопотенциалов: пространственной синхронизации, пространственной неупорядоченности, спектральной мощности и когерентности биопотенциалов, что свидетельствует о влиянии циклического дыхания на изменение функционального состояния головного мозга. Выявлена волнообразность в динамике изменения показателей пространственной организации с максимумом снижения уровня функционального состояния мозга на 15-25 и 55-60 минутах после начала сеанса.
2. Выявлены возникающие во время сеанса циклического дыхания следующие психофизиологические феномены: эмоциональные переживания, физические ощущения в теле, ощущения во внутренних органах, зрительные и слуховые видения, психотические феномены, а также определены закономерности появления и совпадения этих феноменов в одном и том же сеансе.
3. Показана двуфазность в динамике пароксизмальной активности во время сеанса циклического дыхания. Наличие высокого индекса пароксизмальной активности коррелирует с более интенсивным ослаблением пространственной синхронизации биопотенциалов. Обнаружены различные изменения показателей пространственной организации биопотенциалов у лиц с интенсивно и слабо выявленной пароксизмальной активностью. У первых изменения более выражены, чем у вторых при аналогичной временной динамике.
4. Выявлены особенности пространственной организации ЭЭГ при возникновении в сеансе циклического дыхания разных психофизиологических проявлений и пароксизмальной активности. Решена «обратная» задача, т.е. выбор набора признаков фоновых ЭЭГ для предикции возможности возникновения этих феноменов и пароксизмальной активности при циклическом дыхании.
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Свидерская Н.Е., Быков П.В. Психофизиологические перестройки при измененных состояниях сознания на модели интенсивной гипервентиляции // «Сакральное» глазами «профанов» и «посвященных»// Труды Международного интердисциплинарного научно-практического конгресса. 2004. М. Т. 9. ч. 3. С. 53-60.
2. Быков П.В. Свидерская Н.Е. Пространственная организация ЭЭГ человека при циклическом дыхании // Рос. Физиологический журн. им. И.М. Сеченова. 2004. Т. 90. № 8. ч. 1. С.5.
3. Быков П.В. Свидерская Н.Е. Измененные состояния сознания при циклическом дыхании // Сознание и физическая реальность №1. 2005 С. 21-24.
4. Свидерская Н.Е., Быков П.В.// Пространственная организация ЭЭГ при интенсивной гипервентиляции (циклическое дыхание) Сообщение I. Общие закономерности изменения функционального состояния мозга и влияние пароксизмальной активности // Физиология человека 2006, т. 32, № 2, С.20-30.
5. Свидерская Н.Е., Быков П.В. Пространственная организация ЭЭГ при интенсивной гипервентиляции (циклическое дыхание). Сообщение II. ЭЭГ-корреляты психо-висцеральных феноменов // Физиология человека. 2006, Т. 32, № 3, С. 26-34.
6. Базиян Б.Х., Свидерская Н.Е, Быков П.В. Электрофизиологические исследования активности головного мозга при циклическом дыхании. Тезисы научной конференции «Организация и пластичность коры больших полушарий головного мозга». 25-26 октября 2001, г. Москва, С.10.
7. Быков П.В., Свидерская Н.Е. Изменения межполушарной асимметрии ЭЭГ в динамике циклического дыхания. // Мат. научной конференции по проблеме «Актуальные вопросы функциональной межполушарной асимметрии». 13-14 декабря 2001, г. Москва, С.46-48.
8. Свидерская Н.Е. Быков П.В. Эффекты циклического дыхания при ауторегуляции функционального состояния человека по данным ЭЭГ// Мат. научной конференции «Проблемы нейрокибернетики» г. Ростов-на-Дону, сентябрь 2002, С. 206-209.
9.. Быков П.В., Свидерская Н.Е. Симметрия и асимметрия пространственной организации ЭЭГ в сеансе циклического дыхания.// Мат. научной конференции по проблеме «Актуальные вопросы функциональной межполушарной асимметрии». 26-27 мая 2003, г. Москва, С. 59-61.
10. Быков П.В., Свидерская Н.Е. Пространственная организация ЭЭГ человека при циклическом дыхании //Мат. научной конф. по проблеме «Пластичность и структурно-функциональная взаимосвязь коры и подкорковых образований мозга», 30-31 октября 2003, г. Москва, С.22.
11. Свидерская Н.Е., Быков П.В. Эффекты циклического дыхания при коррекции психофизиологического состояния человека по показателям пространственной организации ЭЭГ.// Науч. Труды 1 съезда физиологов СНГ «Физиология и здоровье человека», 19-23 сентября 2005 г Сочи. Дагомыс.
12. Быков П. В. Структурно-функциональные изменения активности головного мозга при циклическом дыхании.// Мат. научной конференции по проблеме «Структурно-функциональные и нейрохимические закономерности асимметрии и пластичности мозга». 27-28 октября 2005., г. Москва С. 85-87.
13. Быков П.В., Свидерская Н.Е., Базиян Б.Х. ЭЭГ-корреляты изменения функционального состояния мозга человека в процессе циклического дыхания. // Мат. научной конференции по проблеме «Структурно - функциональные и нейрохимические закономерности ассиметрии и пластичности мозга-2006», 26-27 октября 2006., г. Москва, С. 62-65.
