Генетические особенности вариабельности сердечного ритма при работе с интерфейсами «человек — компьютер»

162

Аннотация

Цель исследования состояла в оценке параметров вариабельности сердечного ритма пользователя интерфейсами мозг-компьютер, окулографическими, дыхательными, миографическими в зависимости от SNV (single nucleotide variation, однонуклеотидный полиморфизм) в генах, которые связаны с функционированием вегетативной нервной системы. Вариабельность сердечного ритма (ВСР) является индикатором работы сердечно-сосудистой системы и ряда механизмов регуляции жизнедеятельности организма и поэтому может быть использована для оценки неврно-психического состояния человека-оператора. В работе проведен анализ связи точечных мутаций генов HTR2A, APOE и TPH2 с показателями ВСР при освоении пользователями ряда интерфейсов «человек—компьютер»: «мозг—компьютер», окулографических, миографических и дыхательных. Работа интерфейса «мозг— компьютер» основывалась на регистрации стабильных (устоявшихся) зрительных вызванных потенциалах; окулографический интерфейс обеспечивал набор текста движением глаз; миографический интерфейс обеспечивал выполнение того же задания, что и два указанных выше интерфейса, за счет изменения мышечной активности пользователя; дыхательный интерфейс — за счет изменения режима дыхания. Показано, что SNV генов HTR2A и TPH2, участвующих в метаболизме серотонина, связаны с показателями ВСР при освоении нейрокомпьютерных интерфейсов. Носители С-аллели SNV rs6313 гена HTR2A характеризуются более высокими показателями тонических влияний на ВСР при работе с окулографическим интерфейсом, что, вероятно, связано с увеличением экспрессии серотонинового рецептора, который участвует в вегетативной регуляции сердечного ритма. Генотип Т/Т SNV rs4290270 гена TPH2 связан с большим разбросом кардиоинтервалов в случае работы оператора с окулографическим и дыхательным интерфейсами. Вероятно, такого рода взаимосвязь формируется по мере увеличения экспрессии гена TPH2, катализирующего процессы, которые протекают на стадии синтеза серотонина.

Общая информация

Ключевые слова: вариабельность сердечного ритма, полиморфизм, HTR2A, TPH2, серотонин, вегетативная нервная система, интерфейс «человек—компьютер»

Рубрика издания: Психофизиология

DOI: https://doi.org/10.17759/exppsy.2021140108

Финансирование. Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) в рамках научного проекта № 17-29-02505 офи_м.

Для цитаты: Туровский Я.А., Гуреев А.П., Виткалова И.Ю., Попов В.Н., Вахтин А.А. Генетические особенности вариабельности сердечного ритма при работе с интерфейсами «человек — компьютер» // Экспериментальная психология. 2021. Том 14. № 1. С. 172–186. DOI: 10.17759/exppsy.2021140108

Литература

  1. Бабунц И.В., Мириджанян Э.М., Машаех Ю.А. Азбука анализа вариабельности сердечного ритма. Ставрополь. 2002. 109 c.
  2. Баевский Р.М. Анализ вариабельности сердечного ритма в космической медицине // Физиология человека. 2002 .Т 28. № 2. С. 70—82.
  3. Гланц С. Медико-биологическая статистика. М.: Практика. 1998. С. 459.
  4. Кулаичев А.П. Компьютерная электрофизиология и функциональная диагностика. 4-е изд. перераб. и доп. М.: ИНФРА-М, 2007. С. 640.
  5. Рунион Р. Справочник по непараметрической статистике. Современный подход / Перевод с англ. Е.З. Демиденко. М.: Финансы и статистика. 1982. 198 с.
  6. Рябыкина Г.В., Соболев А.В. Вариабельность ритма сердца. М.: СТАРКО. 1998: 200 c.
  7. Туровский Я.А., Кургалин С.Д., Алексеев А.В. Анализ движения глаз человека при управлении самоходным шасси с использованием системы видеоокулографического интерфейса // Сенсорные системы. 2017. № 31 (1). С. 51—58 с.
  8. Alenina N., Kikic D., Todiras M., Mosienko V., Qadri F., Plehm R., Boye P., Vilianovitch L., Sohr R., Tenner K., Hörtnagl H., Bader M. Growth retardation and altered autonomic control in mice lacking brain serotonin. Proc Natl Acad Sci USA. 2009. 106. № 25. Р. 10332-7. doi: 10.1073/pnas.0810793106
  9. Chen G.L., Miller G.M. Tryptophan hydroxylase-2: an emerging therapeutic target for stress disorders // Biochem Pharmacol. 2013. № 85. № 9. Р. 227-33. doi: 10.1016/j.bcp.2013.02.018.
  10. omet M.A., Bernard J.F., Hamon M., Laguzzi R., Sévoz-Couche C. Activation of nucleus tractus solitarius 5-HT2A but not other 5-HT2 recep-tor subtypes inhibits the sympathetic activity in rats // Eur J Neurosci. 2007. Vol. 26 (2). P. 345—354.
  11. Heart rate variability Standards of measurement, physiological interpretation, and clinical use // European Heart Journal. 1996. Vol. 17 (3). P. 354—381.
  12. Jordan D. Vagal control of the heart: central serotonergic (5-HT) mechanisms // Exp Physiol. 2005. Vol. 90 (1). P. 175—181.
  13. Lotte F., Congedo M., Lécuyer A., Lamarche F., Arnaldi B. A review of classification algorithms for EEG-based brain—computer interfaces // Journ. Neural Eng. 2007. Vol. 4 (2). doi: 10.1088/1741-2560/4/2/R01
  14. Martin P., Waters N., Schmidt C.J., Carlsson A., Carlsson M.L. Rodent data and general hypothesis: antipsychotic action exerted through 5-Ht2A receptor antagonism is dependent on increased serotonergic tone // J Neural Transm (Vienna). 1998. Vol. 105 (4—5). P. 365—396.
  15. Martin W.C. Upper Limb Prostheses: A Review of the Literature With a Focus on Myoelectric Hands. WorkSafeBC. 2011. P. 90.
  16. McFarland D.J., Wolpaw J.R. Brain—computer interfaces for communication and control // Commun ACM. 2011. Vol. 54(5). P. 60—66.
  17. Puglielli L., Tanzi R.E., Kovacs D.M. Alzheimer’s disease: the cholesterol connection // Nat Neurosci. 2003. Vol. 6(4). P. 345—351.
  18. Ren C., Baccarelli A., Wilker E., Suh H., Sparrow D., Vokonas P., Wright R., Schwartz J. Lipid and endothelium-related genes, ambient particulate matter, and heart rate variability — the VA Normative Aging Study // J Epi-demiol Community Health. 2010. Vol. 64(1). P. 49—56.
  19. Schächinger H., Weinbacher M., Kiss A, Ritz R., Langewitz W. Cardiovascular Indices of Peripheral and Central Sympathetic Activation // Psychosomatic Medicine. 2001. Vol. 63(5). P. 788—796.
  20. Smith R.M., Papp A.C., Webb A., Ruble C.L., Munsie L.M., Nisenbaum L.K., Kleinman J.E., Lipska B.K., Sadee W. Multiple regulatory variants modulate expression of 5-hydroxytryptamine 2A receptors in human cortex // Biol Psychiatry. 2013. Vol. 73 (6). P. 546—554/
  21. Turovsky Y.A., Gureev A.P., Vitkalova I.Yu., Popov V.N. Connection between polymorphisms in HTR2A, TPH2, BDNF, TOMM40 genes and the successful mastering of human—computer interfaces // J Genet. 2019. 98, Р. 93. doi:10.1007/s12041-019-1138-6
  22. Zhang Y., Guo D., Xu P., Yao D. Robust frequency recognition for SSVEP-based BCI with temporally local multivariate synchronization index // Cogn Neurodyn. 2016. Vol. 10 (6). P. 505—511.

Информация об авторах

Туровский Ярослав Александрович, кандидат медицинских наук, доцент, заведующий лабораторией медицинской кибернетики кафедры цифровых технологий, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный университет», Воронеж, Россия, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5290-885X, e-mail: yaroslav_turovsk@mail.ru

Гуреев Артём Петрович, ассистент кафедры генетики, цитологии и биоинженерии, Воронежский государственный университет (ФГБОУ ВО ВГУ), Воронеж, Россия, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3562-5329, e-mail: gureev@bio.vsu.ru

Виткалова Инна Юрьевна, аспирант кафедры биохимии и биотехнологии, Воронежский государственный университет инженерных технологий (ФГБОУ ВО ВГУИТ), лаборант кафедры генетики, цитологии и биоинженерии Воронежский государственный университет (ФГБОУ ВО ВГУ), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5881-0845, e-mail: vitkalovai@inbox.ru

Попов Василий Николаевич, Ректор, Воронежский государственный университет инженерных технологий (ФГБОУ ВО ВГУИТ), заведующий кафедрой генетики, цитологии и биоинженерии Воронеж¬ский государственный университет (ФГБОУ ВО ВГУ), Воронеж, Россия, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1294-8686, e-mail: pvn@bio.vsu.ru

Вахтин Алексей Александрович, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры программирования и информационных технологий факультета компьютерных наук, Воронежский государственный университет, Воронеж, Россия, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6319-8785, e-mail: alvahtin@gmail.com

Метрики

Просмотров

Всего: 507
В прошлом месяце: 20
В текущем месяце: 0

Скачиваний

Всего: 162
В прошлом месяце: 4
В текущем месяце: 0