Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Сычев В.В. 1 Шатрова Н.В. 1 Сычева Л.П. 2

---

1 ФГБОУ ВО «Рязанский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова» Минздрава России

2 ГБУ РО «Городская клиническая больница № 10»

Спектральный анализ электроэнцефалограммы на основе быстрого преобразования Фурье позволяет выявить половые особенности функциональной организации биоэлектрической активности головного мозга, вероятно, отражающие различия в проявлении общего адаптационного синдрома (стресса) у мужчин и женщин в состоянии бодрствования. Учитывая данные о роли высокочастотной составляющей ЭЭГ в протекании нейро- и патофизиологических процессов, мы изучали показатель доминирующей частоты в диапазоне бета-ритма. Согласно полученным нами данным мозг женщин отличается от мозга мужчин более высоким уровнем активации по доминирующей частоте бета-ритма. Для биоэлектрической активности мозга мужчин характерно наличие функциональной межполушарной асимметрии бета-ритма с более высокими значениями его доминирующей частоты в височных отделах правого полушария. Данный характер активации мужского мозга можно рассматривать как проявление у мужчин общего адаптационного синдрома в виде отрицательного эмоционального состояния в ответ на исследование. Биоэлектрическая активность мозга женщин характеризуется отсутствием функциональной межполушарной асимметрии по бета-ритму и наличием внутриполушарных различий в виде более высоких значений показателя доминирующей частоты бета-ритма в лобных областях правого полушария. Данный характер активации женского мозга можно рассматривать как проявление у женщин общего адаптационного синдрома в виде ориентировочной реакции на новизну обстановки исследования. Выявленные половые особенности биоэлектрической активности головного мозга в диапазоне бета-ритма, вероятно, отражающие проявление стресса у мужчин и женщин, следует учитывать при проведении нейро- и патофизиологических исследований для получения сопоставимых результатов.

Статья в формате PDF

175 KB

электроэнцефалография

бета-ритм

активация

эмоции

стресс

1. Боголепова И.Н., Малофеева Л.И. Мозг мужчины, мозг женщины: монография. М.: ФГБНУ «НЦН» РАМН, 2014. 300 с.

2. Ильин Е.П. Пол и гендер. СПб.: Питер, 2010. 686 с.

3. Коган Б.М., Дроздов А.З., Дмитриева Т.Б. Механизмы развития соматических и психопатологических стрессовых расстройств (половые и гендерные аспекты) // Системная психология и социология. 2010. №1. С.105-120.

4. Малаев Х.М., Коновалов О.Е., Филатова Е.В. Гендерные различия отношения к здоровью и медицинской активности пациентов с дорсопатиями // Наука молодых (Eruditio Juvenium). 2018. Т. 6, №1. С.39-52. DOI: 10.23888/HMJ2018139-52.

5. Сычев В.В., Сычев В. Н., Шатрова Н. В. Спектральный анализ электроэнцефалограммы в диагностике гипервентиляционного синдрома // Фундаментальные исследования. 2015. №1-6. С.1250-1252.

6. Шатрова Н.В., Сычев В.В. Половые особенности биоэлектрической активности головного мозга по данным математического анализа ЭЭГ при высокочастотной (20 Гц) фотостимуляции // Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова. 2016. Т.24, №1. С.64-67.

7. Неробкова Л.Н., Авакян Г.Г., Воронина Т.А., Авакян Г.Н. Клиническая электроэнцефалография. Фармакоэлектроэнцефалография. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2018. 288 с.

8. Русалова М.Н. Асимметрия и функциональная неоднородность бета-1 колебаний ЭЭГ при ожидании неприятного стимула // Асимметрия (Journal of asymmetry). 2019. Т.13, №2. С.38-49.

9. Зенков Л.Р. Клиническая электроэнцефалография (с элементами эпилептологии). Руководство для врачей. 9-е изд. М.: МЕДпресс-информ, 2018. 360 с.

10. Хомская Е.Д., Ефимова И.В., Будыка Е.В., Ениколопова Е.В. Нейропсихология индивидуальных различий: Учебное пособие. М.: Издательский центр «Академия», 2011. 160 с.

11. Царик Г.Н. Информатика и медицинская статистика: Учебное пособие. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2017. 304 с.

12. Хохлова Л.А., Дерягина Л.Е. Латерализация биоэлектрической активности мозга, как предиктор мотивационно-когнитивных процессов // Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова. 2017. Т.25, №2. С. 184-192. DOI: 10.23888/PAVLOVJ201721184-192.

13. Лурия А.Р. Высшие корковые функции человека. СПб.: Питер, 2019. 768 с.

14. Вейн А.М. Лекции по неврологии неспецифических систем мозга. 3-е изд. М.: МЕДпресс-информ, 2010. 112 с.

15. Голдберг Э. Управляющий мозг: лобные доли, лидерство и цивилизация. М.: Смысл, 2003. 335 с.

Проблема полового диморфизма является одной из важнейших в современной науке о мозге человека [1]. Известно, что значительная индивидуальная вариабельность мозга человека, проявляющаяся как на структурном, так и на функциональном и биохимическом уровнях, в значительной степени обусловлена влиянием фактора пола [1, 2].

Проведенные в последние десятилетия исследования убедительно показали, что половые различия протекания нейро- и патофизиологических процессов не только связаны с особенностями обусловленной полом социализации [3, 4], но и в значительной степени имеют под собой биологическую основу [1, 2]. Таким образом, все более очевидной становится необходимость учета фактора пола при подборе групп испытуемых в клинических, нейро- и патофизиологических исследованиях для получения сопоставимых результатов.

В предыдущих наших работах [5, 6] нами были выявлены существенные особенности частотно-пространственной организации биоэлектрической активности мозга мужчин и женщин – как в норме, так и при различных видах патологии. При этом мы изучали показатель взвешенной среднеарифметической спектра частот электроэнцефалограммы (ЭЭГ), отражающий средний энергетический вклад определенных областей головного мозга в протекание нейро- и патофизиологических процессов. Данный показатель согласно полученным нами данным находился в диапазоне альфа-ритма электроэнцефалограммы [5, 6].

В то же время большое значение в протекании нейро- и патофизиологических процессов имеет высокочастотная составляющая электроэнцефалограммы (бета-ритм) [7]. В настоящее время функциональное значение бета-ритма остается до конца не выясненным. Ряд исследователей [7, 8] указывают на функциональную неоднородность бета-ритма, выделяя низкочастотный бета-1 ритм, связанный с активационными и эмоциональными процессами, и высокочастотный бета-2 ритм, отражающий локальные процессы обработки информации. По мнению других авторов [8, 9], рассматривающих ЭЭГ как динамический стохастический процесс, данное разделение представляется достаточно условным. Появление на ЭЭГ высокоамплитудного бета-ритма принято считать критерием патологии [7, 9].

Целью настоящего исследования стало изучение половых особенностей биоэлектрической активности головного мозга по данным показателя доминирующей частоты в диапазоне бета-ритма электроэнцефалограммы. Для этого нами были поставлены следующие задачи исследования.

1. Изучить зональные, межполушарные и глобальные (по мозгу в целом) половые особенности биоэлектрической активности у испытуемых в состоянии бодрствования.
2. Дать нейро- и патофизиологическую интерпретацию полученных результатов.

Материал и методы исследования

С целью изучения биоэлектрической активности головного мозга нами была проведена регистрация электроэнцефалограммы у 28 мужчин (средний возраст ± стандартная ошибка среднего 43,61±3,23 года) и 36 женщин (средний возраст ± стандартная ошибка среднего 42,61±2,39 года). Различия мужской и женской выборок по возрасту по двустороннему t-критерию Стьюдента статистически недостоверны (p=0,809). В исследовании приняли участие только здоровые праворукие испытуемые. Для определения ведущей руки применялись общепринятые методики [10].

Запись ЭЭГ проводилась на 16-канальном электроэнцефалографе «Компакт-Нейро» научно-медицинской фирмы «Нейротех» (г. Таганрог). Наложение чашечковых электродов осуществляли по международной системе «10-20» [9]. Во время проведения методики испытуемый находился в состоянии бодрствования (с закрытыми глазами).

Спектральный анализ ЭЭГ проводился на основе быстрого преобразования Фурье. В качестве эпох для анализа выбирались безартефактные участки электроэнцефалограммы длительностью 4 секунды (стандартно заданная прибором величина шага обработки данных) [9]. Частота опроса (дискредитации) составляла 250 Гц. Для уменьшения влияния артефакта электроокулограммы на результаты исследования из расчетов были исключены нижние лобные отведения (Fp1 и Fp2). Изучали показатель доминирующей частоты в диапазоне бета-ритма (от 14 до 24 Гц) для каждого стандартного отведения по данным амплитудного спектра ЭЭГ. Ограничение бета-диапазона по верхней частоте было обусловлено техническими возможностями прибора.

Обработка полученных в исследовании данных проводилась с использованием пакета статистического анализа данных программы Microsoft Office Excel 2019. Для описательной характеристики групп испытуемых рассчитывались следующие показатели: медиана (Me), верхний (UQ) и нижний (LQ) квартили, среднее значение M и стандартная ошибка среднего (m).

Для сравнения выборок по возрасту применялся двусторонний t-критерий Стьюдента для несвязанных выборок (проверка на нормальность распределения соответствующих показателей в группах испытуемых проводилась методом двух стандартных отклонений).

Для сравнения выборок по показателю доминирующей частоты ЭЭГ в диапазоне бета-ритма применялся непараметрический критерий Манна–Уитни (рассчитывались нормальная аппроксимация данного критерия Z и уровень значимости различий p).

Полученные в исследовании различия биоэлектрической активности головного мозга мужчин и женщин считались статистически достоверными при уровне значимости p≤0,05 [11].

Результаты исследования и их обсуждение

Полученные нами данные частотно-пространственной организации биоэлектрической активности головного мозга у мужчин и женщин в состоянии бодрствования (с закрытыми глазами) приведены в таблице 1.

Таблица 1

Показатели доминирующей частоты в диапазоне бета-ритма электроэнцефалограммы у мужчин и женщин по стандартным отведениям, полушариям головного мозга и мозгу в целом

Таким образом, при сравнении по показателю доминирующей частоты электроэнцефалограммы в диапазоне бета-ритма мы выявили существенные половые различия, которые заключались в превышении данного показателя у женщин по сравнению с мужчинами – как по большинству одноименных стандартных отведений, так и по правому и левому полушариям головного мозга и по мозгу в целом (p≤0,05). Исключение в данном случае составляли только отведения C2, T2 и O2, где статистически достоверных половых различий выявлено не было (p>0,05).

Для биоэлектрической активности мозга мужчин было выявлено наличие функциональной межполушарной асимметрии по показателю доминирующей частоты в диапазоне бета-ритма с превышением данного показателя в правом полушарии головного мозга по сравнению с левым полушарием (p=0,014).

Были выявлены также зональные особенности биоэлектрической активности головного мозга мужчин, которые заключались в превышении показателя доминирующей частоты бета-ритма в заднелобных (F4), средневисочных (T2) и задневисочных (T4) отведениях правого полушария над аналогичным показателем в симметричных отведениях (F3, T1 и T3 соответственно) в левом полушарии мозга (p<0,05).

Полученные данные зональных различий биоэлектрической активности головного мозга мужчин приведены в таблице 2.

Таблица 2

Функциональная межполушарная асимметрия по показателю доминирующей частоты в диапазоне бета-ритма по стандартным отведениям и полушариям головного мозга у мужчин

Для биоэлектрической активности мозга женщин функциональной межполушарной асимметрии по показателю доминирующей частоты в диапазоне бета-ритма выявлено не было – как по полушариям мозга, так и по большинству стандартных отведений. Исключение составили заднелобные (передневисочные) отведения, где имелась тенденция (p=0,051) к превышению доминирующей частоты бета-ритма в левом передневисочном отведении (F3) над аналогичным показателем в правом передневисочном отведении (F4).

В то же время были выявлены внутриполушарные зональные различия биоэлектрической активности головного мозга женщин, которые заключались в превышении показателя доминирующей частоты бета-ритма в правом переднелобном отведении (F2) над аналогичным показателем во всех стандартных отведениях правого полушария (p<0,05).

Полученные данные зональных различий биоэлектрической активности в правом полушарии головного мозга у женщин приведены в таблице 3.

Таблица 3

Активация в области переднелобного отведения (F2) в правом полушарии головного мозга у женщин по показателю доминирующей частоты бета-диапазона

В левом полушарии головного мозга у женщин аналогичной активации в области переднелобного отведения (F1) выявлено не было и зональные различия по сравнению с правым полушарием по показателю доминирующей частоты бета-ритма были выражены значительно меньше.

Учитывая, что полностью исключить высшую нервную деятельность даже при покое зрительного анализатора не представляется возможным, полученные в нашем исследовании данные биоэлектрической активности мозга в диапазоне бета-ритма электроэнцефалограммы, по-видимому, отражают особенности протекания нейро- и патофизиологических процессов у мужчин и женщин в состоянии бодрствования.

Выявленные нами половые различия доминирующей частоты бета-ритма с более высокими значениями данного показателя у женщин по сравнению с мужчинами соответствуют данным литературы о том, что биоэлектрическая активность головного мозга у женщин характеризуется более высокими, чем у мужчин, частотами альфа-ритма и большей величиной бета-активности [9]. Полученные в нашем исследовании данные, по-видимому, отражают более высокий уровень активации женского мозга по сравнению с мозгом мужчин в состоянии бодрствования [9].

Известно, что в основе работы центральной нервной системы как в норме, так и при патологии лежит структурно-функциональный принцип. При этом одними из фундаментальных закономерностей работы головного мозга являются межполушарное взаимодействие и межполушарная асимметрия [10, 12].

Функции правого и левого полушарий головного мозга в значительной степени специализированы. При этом левое полушарие в большей степени отвечает за абстрактно-логическое мышление и нейрофизиологические процессы, протекающие осознанно, произвольно и опосредованно речью. Правое полушарие в большей степени ответственно за процессы узнавания (лиц, обстановки), зрительное и пространственное восприятие, а также обеспечивает эмоциональные реакции, способность восприятия интонаций речи, восприятия и дифференцировки неречевых стимулов, таких как жесты и мимика [8, 12].

Полученные в нашем исследовании данные о наличии функциональной межполушарной асимметрии по показателю доминирующей частоты в диапазоне бета-ритма у мужчин и ее отсутствии у женщин в состоянии бодрствования, по-видимому, соответствуют данным литературы о более выраженной латерализации функций мозга у мужчин и менее выраженной у женщин [2].

В то же время, основываясь на представлениях А.Р. Лурии [13] о трех блоках структурно-функциональной модели интегративной работы головного мозга, можно предположить, что выявленные в нашем исследовании зональные особенности биоэлектрической активности головного мозга мужчин и женщин могут отражать половые различия в протекании нейро- и патофизиологических процессов.

Согласно данной модели височные отделы коры головного мозга входят в состав «энергетического» блока (или блока регуляции уровня бодрствования) [13].

Таким образом, наличие у мужчин в состоянии бодрствования функциональной межполушарной асимметрии по показателю доминирующей частоты бета-ритма с преимущественной активацией височной области правого полушария, вероятно, отражает больший вклад в протекание нейро- и патофизиологических процессов у мужчин отделов головного мозга, входящих в первый («энергетический») блок по А.Р. Лурия [13].

В то же время, учитывая современные представления о височных отделах коры головного мозга как о проекции лимбической системы («эмоциональный мозг» по А.М. Вейну [14]), выявленные нами зональные особенности биоэлектрической активности мозга у мужчин, по-видимому, могут отражать их эмоциональное состояние в условиях проведения исследования.

Согласно данным нейро- и патофизиологических исследований восходящая активирующая ретикулярная формация ствола головного мозга, влияя преимущественно на структуры левого полушария, определяет функциональные состояния типа сон – бодрствование, а диэнцефальные образования, имеющие отношение к активации правого полушария, определяют функциональные состояния напряжения или стресса [8, 14]. При этом большинство данных клинических исследований указывают на преимущественную связь левого полушария с положительными эмоциями, правого полушария – с отрицательными [8].

Таким образом, наличие у мужчин функциональной межполушарной асимметрии биоэлектрической активности с активацией височных отделов правого полушария головного мозга можно рассматривать как проявление общего адаптационного синдрома (стресса) [3] в виде отрицательного эмоционального состояния, вероятно, связанного с обстановочной афферентацией в условиях проведения исследования.

Отсутствие у женщин межполушарной асимметрии по показателю доминирующей частоты бета-ритма, по-видимому, свидетельствует о менее выраженной у них эмоциональной реакции при проведении исследования. При этом активация у женщин фронтальных областей в пределах правого полушария позволяет предположить больший вклад в протекание нейро- и патофизиологических процессов отделов головного мозга, входящих в третий блок – программирования, регуляции и контроля за протеканием психической деятельности модели А.Р. Лурия (кора лобных долей мозга) [13]. В то же время, основываясь на представлениях Э. Голдберга [15] о роли правой фронтальной коры в обработке новой информации, можно предположить, что проявление общего адаптационного синдрома у женщин выражено в виде ориентировочной реакции на новизну обстановки при проведении исследования.

Выявленные в нашем исследовании половые особенности биоэлектрической активности головного мозга в диапазоне бета-ритма, по-видимому, отражающие проявления общего адаптационного синдрома (стресса) у мужчин и женщин, следует учитывать при проведении нейро- и патофизиологических исследований на этапе подбора групп испытуемых для получения сопоставимых результатов.

Заключение

Полученные в нашем исследовании данные биоэлектрической активности головного мозга в диапазоне бета-ритма, по-видимому, отражают особенности протекания нейро- и патофизиологических процессов у мужчин и женщин в состоянии бодрствования с закрытыми глазами.

Биоэлектрическая активность мозга женщин характеризуется более высокими по сравнению с мужчинами показателями доминирующей частоты в диапазоне бета-ритма, что, вероятно, отражает более высокий уровень активации женского мозга по сравнению с мужским в условиях проведения исследования.

Нами выявлены половые различия как межполушарной, так и внутриполушарной организации биоэлектрической активности головного мозга в диапазоне бета-ритма. При этом наличие у мужчин функциональной межполушарной асимметрии биоэлектрической активности с более высокими значениями показателя доминирующей частоты бета-ритма в височных отделах правого полушария головного мозга, по-видимому, может быть проявлением у них общего адаптационного синдрома (стресса) в виде отрицательного эмоционального состояния, вероятно, вызванного обстановочной афферентацией в условиях проведения исследования.

Отсутствие у женщин межполушарной асимметрии бета-активности, по-видимому, свидетельствует о менее выраженной у них эмоциональной реакции при проведении исследования. В то же время активация у женщин лобных областей в пределах правого полушария позволяет предположить наличие у них общего адаптационного синдрома в виде ориентировочной реакции на новизну обстановки при проведении исследования.

Выявленные половые особенности биоэлектрической активности головного мозга в диапазоне бета-ритма, вероятно, отражающие проявление стресса у мужчин и женщин, следует учитывать при проведении нейро- и патофизиологических исследований на этапе подбора групп испытуемых для получения сопоставимых результатов.  

Библиографическая ссылка