Изменение спектральной мощности ЭЭГ в состоянии покоя у детей, проживающих в домах ребенка

В последние десятилетия было проведено значительное количество исследований, показавших, что опыт институционализации и ранней психосоциальной депривации оказывает негативное влияние на развитие человека. Важным аспектом оценки развития является исследование функционального состояния головного мозга в состоянии покоя. Целью данной работы является выявление изменений распределения спектральной мощности ЭЭГ в состоянии покоя у детей раннего возраста, проживающих в домах ребенка, по сравнению со сверстниками, проживающими в биологических семьях. Регистрация ЭЭГ проводилась при помощи 64 активных электродов. Во время записи испытуемым демонстрировался трехминутный видеофрагмент на мониторе компьютера. В исследовании приняли участие 11 детей из домов ребенка в возрасте от 17 до 43 месяцев и 11 детей из биологических семей в возрасте от 19 до 47 месяцев. Результаты свидетельствуют, что дети из домов ребенка демонстрируют снижение спектральной мощности ЭЭГ в θ-, α- и δ-диапазонах по сравнению с детьми из биологических семей.

 

В научной литературе активно обсуждаются особенности развития детей, имеющих опыт проживания в условиях институционализации. В частности, рассматриваются вопросы, касающиеся особенностей познавательного развития таких детей [5; 15>], Предполагается, что эти особенности возникают по причине атипичного функционирования нейрональных сетей, формирующихся в результате субоптимальных условий раннего развития в контексте депривации детско-родительских отношений у детей, пребывающих в условиях специализированных учреждений. Это предположение обосновывается современными представлениями о значимости сложившейся фоновой структуры ритмов ЭЭГ, обеспечивающей целостную деятельность мозга при реализации психических процессов. Изучение особенностей развития и функционирования нейрональных сетей в неблагоприятной среде возможно при использовании неинвазивных методов нейровизуализации, таких как изучение спектральной мощности ЭЭГ в со - стоянии покоя. Целью данной работы является выявление особенностей спектральной мощности ЭЭГ у детей раннего возраста (до 4 лет), проживающих в домах ребенка, по сравнению с типично развивающимися детьми, воспитывающимися в своих биологических семьях.

Для участия в исследовании было выбрано два дома ребенка в г. Санкт-Петербурге, где проживают дети-сироты и дети, оставшиеся без попечения родителей. Целевую группу исследования составили 11 детей в возрасте от 17 до 43 месяцев (6 мальчиков и 5 девочек, средний возраст — 29 ± 9,46 месяцев), воспитывающиеся на момент обследования в домах ребенка в условиях психосоциальной депривации, связанной с ограничением возможности социально-эмоционального взаимодействия и установления отношений с близким взрослым. В контрольную группу вошли 11 детей, воспитывающихся в биологических семьях, в возрасте от 19 до 47 месяцев (5 мальчиков и 6 девочек, средний возраст — 32,36 ± 9,81 месяцев). Группы сравнения формировались на основе медицинской истории ребенка, полного медицинского обследования ребенка на момент исследования и данных кариотипического анализа генома с помощью метода G-дифференциального окрашивания хромосом. В исследование были включены только типично развивающиеся дети, не имеющие серьезных нарушений развития, генетических и системных заболеваний. Критерии исключения были следующими: наличие осложнений беременности матери и родов, тяжелое употребление алкоголя и курение матери во время беременности, наличие задержки внутриутробного развития, врожденных аномалий и пороков развития, в первую очередь связанных с ЦНС, таких, как распространенные в популяции детей из домов ребенка энцефалопатия, перинатальное поражение ЦНС и ишемия головного мозга, задержка постнатального физического и психического развития.

В связи с малым объемом выборки для сравнения групп применялся двухвыбороч­ный ранговый критерий Вилкоксона. Для контроля ошибки первого рода при множественных сравнениях применялся метод Бенджамини—Хохберга [1]. Группы испытуемых были подобраны таким образом, что различия по полу (х2(1) = 0,18; p = 0,66) и возрасту (W = 49,5; p = 0,42) между исследуемыми группами отсутствовали (статистический анализ проводился в программной среде RStudio 1.1.456).

ЭЭГ регистрировалась в течение 3 минут в состоянии покоя в условиях устойчивого зрительного внимания. Во время записи ЭЭГ ребенку на мониторе компьютера демонстрировались два видеоролика без звука с медленно движущимися мыльными пузырями. Сеансы записи проводились в дневное время в период бодрствования детей. Во время записи ребенок сидел на руках у сопровождающего взрослого, который был инструктирован поддерживать внимание ребенка указательным жестом в случае, если ребенок отвлекался. Все эпизоды утраты внимания записывались экспериментатором в специальный журнал и впоследствии исключались из анализа. Протокол исследования был одобрен Этическим комитетом СПбГУ.

Регистрация ЭЭГ осуществлялась при помощи 64-канальной электроэнцефалогра­фической исследовательской системы actiCHamp (Brain Products GmbH) совместно с пакетом программного обеспечения PyCorder (Brain Products GmbH). При обработке данных использовался пакет программного обеспечения BrainVision Analyser v. 2.1 (Brain Products GmbH). Активные Ag/AgCl электроды были расположены по системе 10—10, референтные электроды располагались на мастоидах, заземляющий электрод — в точке Fpz. Запись производилась при частоте дискретизации 1000 Гц, показатель импеданса не превышал 25 kQ. На этапе предварительной обработки удалялись каналы, которые содержали большое количество артефактов; далее удаленные каналы были реконструированы с помощью сферической интерполяции. После удаления каналов сигнал был ре-референтирован относительно среднего по скальпу, а потом пропущен через IIR band-pass фильтр от 0,1 (временная константа — 1,59) до 70 Гц. Далее запись сегментировалась на эпохи по 3000 мс без перекрывания, полученные сегменты проверялись на наличие артефактов. Удаление артефактов (кардио- и мышечных артефактов; КГР; связанных с движениями глаз и т. д.), проводилось в полуавтоматическом режиме — с помощью заданного алгоритма поиска артефактов автоматически отмечались сегменты, содержащие артефакты, которые в дальнейшем в ходе визуальной оценки каждого сегмента в отдельности либо включались в дальнейший анализ, либо удалялись. Критерием включения в выборку было наличие как минимум 10 эпох, не содержащих артефактов (30 секунд записи).

Спектральный анализ проводился при помощи метода быстрого преобразования Фурье (разрешение 0,244 Гц) с применением окна Ханнинга в частотных диапазонах, обычно исследуемых у детей [10]: дельта (1—4 Гц), тета (4—6 Гц), альфа (69 Гц), и бета ('Н).'З) Tip).

В ходе проведения сравнительного анализа данных изначальный набор электродов был разделен на 9 кластеров. Электроды, расположенные вблизи глаз испытуемых (Fp1, Fp2, FT9, FT10), не были включены в анализ. В кластер L-A вошли электроды AF7, AF3, F7, F5, F3; в кластер L-C — FT7, FC5, FC3, T7, C5, C3, TP7, CP5, CP3; в кластер L-P — P7, P5, P3, PO7; в кластер M-F — AFz, F1, Fz, F2; в кластер M-C — FC1, FCz,FC2, C1,Cz,C2, CP1, CPz, CP2; в кластер M-P — P1, Pz, P2, PO3, POz, PO4, O1, Oz, O2; в кластер R-A— AF8, AF4, F8, F6, F4; в кластер R-C — FT8, FC6, FC4, T8, C6, C4, TP8, CP6, CP4; в кластер R-P — P8, P6, P4, PO8.

Статистический анализ выявил следующие значимые групповые различия. Во-первых, наибольшее количество групповых различий было получено в тета (0)- диапазоне (рис. 1). Дети из домов ребенка отличались от детей контрольной группы динамикой снижением спектральной мощности в левополушарных и центральных кластеров. Значимые различия были получены в левой фронтальной (L-A, W = 88, p = 0,047, здесь и далее значение p скорректировано по методу (Бенджамини-Хохберга), левой центральной (L-C: W = 101; p = 0,047) и в средней фронтальной (M-A: W = НИ, p = 0,047) областях. В правополушарных кластерах значимых межгрупповых различий в 0-диапазоне получено не было.

В целевой группе наблюдалось значимое снижение спектральной мощности в альфа (а)-диапазоне в левом фронтальном кластере электродов (L-A: W = 86; p = 0,047). В дельта (5)-диапазоне также наблюдалось снижение мощности в срединном фронтальном кластере электродов (M-A: W = 70; p = 0,047). Различий в бета (Р)-диапазоне в данном исследовании обнаружено не было.

В рамках проведенного исследования нами были установлены различия в паттер­нах мозговой активности у детей, проживающих в домах ребенка по сравнению с детьми, воспитывающимися в биологических семьях. Было обнаружено снижение спектральной мощности в 0-диапазоне у детей, проживающих в домах ребенка. Исследования с участием человека и животных показали, что 0-осцилляции могут быть связаны с особенностями протекания таких фундаментальных мозговых процессов, как кодирование информации и нейропластичность [6]. Было также высказано предположение о связи 0-активности с механизмами сенсорной фильтрации, работа которых направлена на выделении целевой и фильтрацию интерферирующей информации [12].

Из данных литературы известно, что низкочастотные ритмы ЭЭГ являются преобладающими в период раннего детского возраста и могут быть связаны с формированием эмоциональных и/или когнитивных процессов [9]. Показано, что состояния, связанные с положительными или отрицательными эмоциями, сопровождаются увеличением мощности в 9-диапазоне [7]. Также имеются данные, что социальная стимуляция и исследование новых объектов сопровождается у детей возникновением 9-ритма [11]. Также в литературе имеются данные о взаимосвязи 9-активности с процессами совместного внимания [3] и о взаимосвязи мощности в a-диапазоне (6—9 Гц) с поведением, направленным на социальное взаимодействие [4].

Рис. 1. Распределение мощности ЭЭГ в исследуемых кластерах электродов.

Слева в логарифмическом виде по оси абсцисс представлена частота (1—9 Гц), по оси ординат — спектральная мощность (|1V2). Цветом обозначено распределение спектральной мощности в экспериментальной группе, красной линией — в контрольной группе; «,» — статистически значимые различия в 9-диапазоне; «#» — значимые различия в a-диапазоне, «Л» — значимые различия в 5-диапазоне. Справа приведены усредненные значения спектральной мощности в кластерах электродов, планки погрешности — 95% доверительные интервалы

 

Результаты, полученные нами в данном исследовании, сопоставимы с результатами проекта Bucharest Early Intervention Project, BEIP [12], посвященного изучению развития детей, которые были подвержены глобальной депривации в румынских учреждениях для детей-сирот. В частности, в BEIP было показано, что различия между детьми, находящимися в учреждениях для детей-сирот, и детьми, проживающими в биологических семьях, в показателях низкочастотных ритмов ЭЭГ проявляются в снижении высокочастотного a-ритма в лобных и височных областях коры [8].

Известно, что развитие корковых структур взаимосвязано со смещением спектра частот от низко к высокочастотной ЭЭГ-активности [2] и с постепенным усилением затылочного a-ритма, являющегося показателем более зрелой мозговой организации. Известно также, что в норме, начиная уже с двух-трехлетнего возраста у детей a-активность может быть представлена во всех областях, однако ее выраженность уменьшается к передним отделам коры больших полушарий. В свою очередь, в ряде исследований было показано, что дефициты мощности в a-диапазоне связаны с аномалиями развития и незрелостью корковых структур. Вероятно, наблюдаемое нами значимое снижение спектральной мощности a-ритма в левом фронтальном и левом центральном кластерах у детей из домов ребенка (по сравнению с группой контроля) может быть обусловлено существенным замедлением процессов морфофункционального созревания и развития вышеобозначенных корковых областей, связанным со специфическим негативным воздействием депривационной среды детского сиротского учреждения.

Также нами было обнаружено снижение спектральной мощности в S-диапазоне, которое выявлено только в срединном фронтальном кластере электродов (М-А). В то же время данный результат может определяться, во-первых, ограниченным объемом выборки, во-вторых, расположением в данном кластере электродов, где влияние окулографических артефактов в записи ЭЭГ проявляется наиболее отчетливо.

Можно предположить, что психосоциальная депривация, связанная с пребыванием в учреждении для детей-сирот, является нейробиологическим субстратом дефицита развития ассоциативных областей мозга, обеспечивающих взаимодействие различных мозговых структур, участвующих в многоуровневых процессах переработки информации. Неблагоприятные условия среды могут приводить к таким нарушениям морфофункцио­нального созревания, как более поздняя дифференциация нервных клеток и миелинизация проводящих путей головного мозга [14; 15], что находит отражение и на функциональном уровне в атипичных паттернах распределения спектральной мощности ЭЭГ.

Результаты настоящего исследования позволяют предположить, что морфофункцио­нальные преобразования, происходящие в критические периоды созревания ЦНС (ранний детский возраст), чувствительны к неблагоприятным воздействиям депривационной среды, что, в свою очередь, негативно отражается на организации формирующихся мозговых систем и их функциональной активности, основными показателями оценки которой и являются характеристики различных ритмических составляющих ЭЭГ.

В проведенном нами сравнительном исследовании спектральных характеристик ЭЭГ у группы детей, воспитывающихся в домах ребенка, и группы детей, проживаю - щих в биологических семьях, были обнаружены различия в распределении спектральной мощности ЭЭГ, которые характеризуются снижением мощности в 0- и a-диапазонах. Наблюдаемое снижение мощности в данных диапазонах, ассоциированных с когнитивными и эмоциональными процессами в детском возрасте, может являться показателем специфики развития ЦНС в условиях неблагоприятной среды раннего развития. Однако обнаруженные закономерности функционирования ЦНС требуют дальнейшей проверки, анализа и обсуждения.

 

1. Микадзе Ю.В. Нейропсихология детского возраста. СПБ.: Питер, 2008. 288 с.
2. Фарбер Д.А., Фарбер Д.А., Семенова Л.К., Алферова В.В. Структруно-функциональная организация развивающегося мозга. Л.: Наука, 1990. 198 с.
3. Benjamini Y., Hochberg Y. Controlling the false discovery rate: a practical and powerful approach to multiple testing // Journal of the Royal Statistical Society Series B. 1995. № 57. P. 289—300.
4. de Haan M. Infant EEG and event-related potentials. New York: Psychology Press, 2013. 344 p.
5. Henderson L.M., Yoder P.J., Yale M.E., McDuffie A. Getting the point: Electrophysiological correlates of protodeclarative pointing // International Journal of Developmental Neuroscience. 2002. № 20, P. 449— 458.
6. Jones E.J.H., Venema K., Lowy R., Earl R.K., Webb S.J. Developmental changes in infant brain activity during naturalistic social experiences // Developmental Psychobiology. 2015. № 57. P. 842—853.
7. Juffer F., Van Ijzendoorn M.H. Behavior problems and mental health referrals of international adoptees: A meta-analysis // American Medical Association. 2005. № 293(20). P. 569—577.
8. Kahana M. J., Seelig D., Madsen J.R. Theta returns // Curr Op in Neurobiol. 2001. № 11. P. 739—744.
9. Lehtonen J., Kononen M., Purhonen M., Partanen J., Saarikoski S. The effects of feeding on the electroencephalogram in 3- and 6-month-old infants // Psychophysiology. 2002. № 39. P. 73—79.
10. Marshall P.J., Fox N.A., Grp B.C. A comparison of the electroencephalogram (EEG) between institutionalized and community children in Romania // Journal of Cognitive Neuroscience. 2007. № 19 (1). P. 173—174.
11. Orekhova E.V., Stroganova T.A., Posikera I.N. Theta synchronization during sustained anticipatory attention in infants over the second half of the first year of life // Int J Psychophysiol. 1999. № 32. P. 151—72.
12. St. John A.M., Kao K., Choksi M., Liederman J., Grieve P.G., & Tarullo A.R. Variation in infant EEG power across social and nonsocial contexts // Journal of Experimental Child Psychology. 2016. № 152. P. 106—122.
13. Stroganova T.A., Posikera I.N. Functional organisation of behavioural states in wakefulness during infancy (EEG study) // Brain and behaviour in infancy. Moscow: IPRAN Press. 1993. P. 78—166.
14. Vinogradova O.S. Expression control, and probable functional-significance of the neuronal theta-rhythm // Prog Neurobiol. 1995. № 4. P. 523—583.
15. Zeanah C.H., Smyke A.T., Koga S.F., Carlson E. The Bucharest Early Intervention Project Core Group. Attachment in institutionalized and community children in Romania // Child Development. 2005. № 76. P. 1015—1028.

PlumX

Метрики публикации