Размещено на http://www.allbest.ru/

Київський національний університет імені Тараса Шевченка

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Просторова синхронізація електричної активності кори головного мозку в осіб із різним рівнем сили і функціональної рухливості нервових процесів

03.00.13 - фізіологія людини і тварин

Поручинська Тетяна Федорівна

Київ - 2009

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Волинському національному університеті імені Лесі Українки МОН України

Наукові керівники:

доктор медичних наук, професор Гіттік Леонід Самійлович

кандидат біологічних наук, доцент Швайко Світлана Євгеніївна, Волинський національний університет імені Лесі Українки МОН України, професор кафедри фізіології людини і тварин

Офіційні опоненти:

доктор біологічних наук, професор Лизогуб Володимир Сергійович, Черкаський національний університет імені Богдана Хмельницького МОН України, завідувач кафедри фізіології людини і тварин;

доктор біологічних наук, професор Чуян Олена Миколаївна, Таврійський національний університет імені В.І. Вернадського МОН України, завідувач кафедри фізіології людини та тварин і біофізики.

Захист відбудеться "20" січня 2010 року о 14⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.38 у Київському національному університеті імені Тараса Шевченка за адресою (проспект академіка Глушкова, 2, біологічний факультет).

Поштова адреса: 01601, Київ, вул. Володимирська, 64.

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 01601, Київ, вул. Володимирська, 58.

Автореферат розісланий "20" грудня 2009 року

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат біологічних наук Цимбалюк О.В.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Вивчення ролі електричної активності кори головного мозку людини, просторової синхронізації основних частотних діапазонів електроенцефалограми в забезпеченні інтегративної діяльності мозку в різних функціональних станах та під час рішення когнітивних завдань сьогодні є одним із провідних напрямів нейрофізіології [Козачук Н.О., 1998; Моренко А.Г., 1999; Макарчук М.Ю. та ін., 2002; Кузнєцов І.П., 2006; Зима І.Г., 2008].

Біоелектрична активність мозку розглядається як індикатор загальних властивостей нервової системи й займає провідне місце в структурі нейродинамічної конституції людини та деяких індивідуально-психологічних відмінностей, що лежать у їх основі [Gasser T. et al., 1988; Фогель Ф. и др., 1990; Богданов Н.Н. и др., 1994; Анохин А.П., 2001; Панченко Л.Л., 2005].

Дослідження останніх років показали, що існують узаємозв'язки між електроенцефалографічними показниками роботи мозку та функціональними станами людини, її індивідуальними психофізіологічними характеристиками [Костюнина М.Б., 1998; Hansenne M., 1999; Robinson D. L., 2001; Stelmack R.M., 2002; Aftanas L.I. et al., 2004; Губкина Д.Г. и др., 2007].

До сьогодні встановлення зв'язків між електроенцефалографічними показниками й показниками індивідуальних психофізіологічних властивостей здійснювали переважно в стані спокою або під час виконання фізичних навантажень. У зв'язку з цим актуальними є дослідження зв'язку між нейродинамічними властивостями нервових процесів і характеристиками електричної активності кори головного мозку людини не тільки в стані спокою, але й у процесі виконання когнітивних завдань різного характеру.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проводили відповідно до планів науково-дослідної роботи кафедри фізіології людини і тварин Волинського національного університету імені Лесі Українки за програмою "Вікові особливості нейрофізіологічних механізмів когнітивної діяльності, номер державної реєстрації № 0916U006629.

Мета і завдання дослідження. Метою дослідження було визначення особливостей просторової синхронізації електричної активності кори головного мозку в основних діапазонах ЕЕГ осіб із різними рівнями сили (СНП) та функціональної рухливості (ФРНП) нервових процесів у стані спокою, під час дії фізичних стимулів та в процесі виконання когнітивних завдань різного типу - вербальних і просторових.

Ця мета досягалася виконанням таких завдань:

1) встановити особливості просторової синхронізації тета - (4-7 Гц), альфа - (8-13 Гц) й бета-діапазонів (14-21 Гц) ЕЕГ у спокої в осіб із різними рівнями сили та функціональної рухливості нервових процесів;

2) виявити особливості просторової синхронізації електроенцефалограми осіб із різними рівнями ФРНП і СНП у процесі виконання когнітивних завдань;

3) дослідити статеві відмінності просторової синхронізації ЕЕГ залежно від рівня СНП і ФРНП під час різних видів когнітивної діяльності.

4) вивчити особливості процесів синхронізації основних діапазонів ЕЕГ під час фотостимуляції у чоловіків та жінок із різними рівнями сили та функціональної рухливості нервових процесів.

Об'єктом дослідження є процеси синхронізації-десинхронізації електричної активності мозку людини при сенсорних та розумових навантаженнях з урахуванням рівня функціональної рухливості й сили нервових процесів.

Предметом дослідження є міжгрупові та статеві відмінності в процесах просторової синхронізації електричної активності мозку осіб із різними рівнями сили та функціональної рухливості нервових процесів.

Методи дослідження - досліджували силу та функціональну рухливість нервових процесів за методикою М.В. Макаренка на приладі "Діагност-1", електричну активність кори головного мозку реєстрували в станах сенсорного й функціонального спокою, під час дії фізичних стимулів та під впливом когнітивних навантажень. Використовували комп'ютерні програми аналізу міжпівкулевих та внутрішньопівкульових кореляційних зв'язків у корі головного мозку. Проводили порівняльний аналіз отриманих результатів з урахуванням рівнів сили й функціональної рухливості нервових процесів і статі досліджуваних. Для статистичної обробки використовували методи варіаційної статистики.

Наукова новизна одержаних результатів. Використовуючи сучасні підходи й адекватне обладнання, у роботі вперше досліджували мозкові процеси, що відображають процеси синхронізації-десинхронізації електричної активності кори мозку в осіб із різними властивостями нервових процесів - силою та функціональною рухливістю; установили особливості їх просторового розподілу в основних частотних діапазонах ЕЕГ під час виконання різних типів завдань. Доведено, що зі зростанням рівнів сили й функціональної рухливості нервових процесів збільшується кількість дистантних кореляційних зв'язків, які забезпечують узаємодію фронтальної та задньоасоціативної зон узаємопов'язаної активності. У процесі розв'язання когнітивних завдань формуються лімбіко-кортикальні взаємодії, роль яких полягає в селективній модуляції збудливості зацікавлених коркових зон і полегшенні у такий спосіб протікання необхідних операцій, у результаті чого простежується чітке посилення рівня синхронізації в тета-діапазоні ЕЕГ, яке зростало із підвищенням рівня ФРНП і СНП. Установлена динаміка процесів просторової синхронізації електричної активності мозку під час когнітивної діяльності сприяє оптимізації прийняття рішень, реалізації сенсомоторних реакцій, підвищенню ефективності обробки інформації.

Практичне значення одержаних результатів. Результати дисертаційного дослідження створюють основу для вирішення низки питань у науковій організації та оптимізації навчання, праці, системи профорієнтації й професійного відбору. Отримані результати можуть бути важливими під час здійснення диференційованого підходу в навчальній, виробничій, спортивній діяльності тощо. Отримані результати використовуються в процесі читання курсів "Фізіологія людини", "Психофізіологія людини", "Електрофізіологія".

Особистий внесок здобувача. Авторка самостійно підібрала та проаналізувала літературу за темою дисертації, виконала експериментальну частину, статистичну обробку отриманих результатів, їх аналіз, інтерпретацію й теоретичне узагальнення. Планування напрямів досліджень, обговорення їх результатів, формулювання висновків здійснено за участю наукового керівника.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації розглянуто та обговорено на наукових конференціях: Першій міжнародній конференції студентів та аспірантів (Львів, 2005); Всеукраїнській науково-практичній конференції "Проблеми вікової фізіології" (Луцьк ? Шацькі озера, 2005); "Психофізіологічні та вісцеральні функції в нормі та патології" (Київ, 2006); ХVІІ з'їзді Українського фізіологічного товариства з міжнародною участю (Чернівці, 2006); Molecular and Physiological Aspects of Regulatory Processes of the Organism. XVII International Symposium (Cracov, 2008); Fourth international interdisciplinary Congress "Neuroscience for medicine and psychology" (Sudak, 2008); ІІ съезде физиологов СНГ (Кишинев, Молдова, 2008); IV Міжнародній науковій конференції "Психофізіологічні та вісцеральні функції в нормі і патології" (Київ, 2008); Всероссийской конференции с международным участием "Актуальные вопросы функциональной межполушаровой асимметрии и нейропластичности" (Москва, 2008).

Публікації. Основні положення дисертації відображені у 23 друкованих працях, із яких сім ? у фахових наукових виданнях, 16 ? тези, уміщені в матеріалах українських та міжнародних конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, огляду літератури, контингенту та методів досліджень, опису власних результатів, їх обговорення, висновків, списку літератури, додатків. Текст дисертації викладений на 145 сторінках. Робота містить 54 рисунки та 51 сторінку ? додатки. Бібліографічний опис включає 264 джерела.

Основний зміст роботи

Матеріали та методи дослідження. Досліджували 160 здорових праворуких чоловіків (80 осіб) та жінок (80 осіб) віком 17?19 років.

Усіх досліджуваних методом сигмальних відхилень розподілили на групи: із низьким (t > 72 c), середнім (t = 67-72 c) та високим (t < 67 c) рівнями ФРНП; із низьким (< 583 подразників), середнім (від 583 до 653 подразників) і високим (> 653 подразників) рівнями СНП.

Кількісно контингент досліджуваних за групами був розподілений таким чином. Низька ФРНП: 47 осіб (27 чоловіків та 20 жінок), середня - 55 осіб (22 чоловіки й 33 жінки), висока - 58 осіб (31 чоловік та 27 жінок). Низька СНП: 50 осіб (26 чоловіків і 24 жінки), середня - 63 особи (30 чоловіків та 33 жінки), висока - 47 осіб (24 чоловіки й 23 жінки).

ФРНП та СНП вивчали за методикою М.В. Макаренка на приладі "Діагност-1" [Макаренко М.В., 2006], у режимі "зворотного зв'язку з використанням предметних подразників для переробки інформації.

Для дослідження електричної активності кори головного мозку використовували систему комп'ютерної електроенцефалографії "DX-5000 Рractic" (Харків, 2001). Реєстрацію ЕЕГ здійснювали монополярно з референтним вертекс-електродом, за міжнародною системою 10/20 у шістнадцяти симетричних точках кори: лобових (передньо-фронтальних ? F_p1, F_p2, задньо-фронтальних ? F₃, F₄, латерально-фронтальних ? F₇, F₈), передніх (T₃, T₄) і задніх (T₅, T₆) скроневих, центральних (C₃, C₄), тім'яних (P₃, P₄) і потиличних (O₁, O₂). У функціональних пробах аналізувалися 60-секундні відрізки.

ЕЕГ реєстрували в станах спокою із заплющеними і розплющеними очима, під час фотостимуляції із заплющеними очима, у процесі розв'язання анаграм та математичних завдань (вербальні стимули), просторових завдань (просторово-наочні стимули).

Фотостимуляцію здійснювали у вигляді регулярних спалахів світла інтенсивністю 0,3 Дж і частотою 1 Гц, низької потужності й тривалістю спалаху 50 мс.

Розв'язання анаграм полягало в правильному читанні зашифрованого слова; математичні завдання були у вигляді арифметичних прикладів із додавання, віднімання, ділення та множення одно-, дво - і тризначних чисел середньої складності; наочно-просторовий тест полягав у поданні на екран пар тривимірних фігур, повернутих у просторі; завданням досліджуваного було віднайти пари однакових фігур.

Для досягнення поставленої мети в роботі використано метод кореляційного аналізу електричної активності кори головного мозку в тета-, бета- та альфа-діапазонах ЕЕГ людини, який дає змогу оцінити рівень просторової синхронізації біопотенціалів (лінійні відношення між біопотенціалами різних коркових зон) і локалізацію в корі фокусів її максимального збільшення [Свидерская Н.Е. и др., 2005]. У роботі визначали середні значення коефіцієнтів узаємної кореляції Пірсона (r). За їх величиною можна судити про ступінь кореляційного зв'язку двох процесів: при r ? 0,30 - слабкий, від 0,31 до 0,50 - помірний, від 0,51 до 0,70 - значний (значимий) і від 0,71 до 1,0 - високий. Побудову матриці коефіцієнтів кореляції проводили за часового зсуву 0 мс.

Щодо методу кореляційного аналізу ЕЕГ використано такі підходи:

1) аналізували просторовий розподіл лише значимих і високих зв'язків як таких, що відображають істотні взаємодії структур кори;

2) вивчали міжгрупові та статеві відмінності показників усіх кореляцій у и-, б - та в-діапазонах ЕЕГ мозку осіб із різним рівнем СНП і ФРНП;

3) аналізували частку високих та значимих кореляцій до всіх можливих (у %).

синхронізація електроенцефалографія мозок активність

Одержані дані обробляли методами варіаційної статистики з використанням параметричних та непараметричних критеріїв при порівнянні середніх величин. Визначали: середнє значення показників (М), величину середньої помилки (± m), критерії достовірності Стьюдента (t) при порівнянні середніх величин та Мана-Уітні (W) при порівнянні медіан і ступінь вірогідності (p). Різниця вважалася достовірною при W ? 2,1; t ? 2,1; p ? 0,05. Під час статистичного аналізу отриманих результатів використовували стандартні пакети програм Microsoft Excel та Statistica 6.0. Результати подано у вигляді рисунків-картосхем.

Результати досліджень та їх обговорення

Просторова синхронізація кореляційних зв'язків ЕЕГ осіб із різними рівнями ФРНП і СНП у станах сенсорного та функціонального спокою

Аналіз усіх досліджуваних діапазонів ЕЕГ у стані спокою із заплющеними очима виявив формування двох зон просторової синхронізації: більш чіткої та щільної фронтальної й менш окресленої задньоасоціативної в усіх досліджуваних групах, які в альфа-діапазоні взаємодіють за рахунок дистантних, переважно міжпівкулевих кореляційних зв'язків, кількість яких більша в осіб із високим рівнем ФРНП (22,5 % ? у осіб із низьким і середнім рівнями та 27,5 % ? у осіб із високим рівнем ФРНП). У жінок із низькими рівнями ФРНП та СНП у тета - й бета-діапазонах ЕЕГ кори головного мозку достовірно нижчі показники коефіцієнтів кореляції, порівняно з чоловіками (р ? 0,05).

У стані функціонального спокою з фіксацією погляду в одній точці у всіх групах досліджуваних за рівнями ФРНП і СНП спостерігається десинхронізація альфа-активності та формування більш чіткої задньоасоціативної зони взаємопов'язаної активності у всіх діапазонах ЕЕГ, яка в тета- й альфа-діапазонах поширюється на передньоскроневі ділянки кори головного мозку. У чоловіків зі зростанням рівня ФРНП у повільних діапазонах хвиль ЕЕГ спостерігається більш генералізована просторова синхронізація за рахунок дистантних міжпівкулевих зв'язків. Схожі тенденції виявлені у всіх групах досліджуваних із різним рівнем СНП у тета-діапазоні ЕЕГ.

Загалом, характерною особливістю для станів спокою є формування двох зон узаємопов'язаної активності: фронтальної та задньоасоціативної, незалежно від досліджуваних властивостей нервових процесів. У стані спокою із розплющеними очима найбільші зміни зафіксовані в альфа - й тета-діапазонах ЕЕГ (збільшення кількості кореляційних зв'язків та розширення задньоасоціативної зони взаємопов'язаної активності й ознаки десинхронізації альфа-активності).

Відомо, що фоновий стан ЕЕГ суттєво впливає на результати виконання різних видів когнітивних операцій [Sheppard W. D. et al., 1990; Green J. et al., 1992; Jauљovec N. et al., 2000]. Можна припускати, що в цьому впливі визначається роль стійких особистісних рис індивіда.

Просторова синхронізація кореляційних зв'язків електроенцефалограми осіб із різними рівнями ФРНП та СНП під дією фізичних стимулів

Під час дії фізичних стимулів у тета- та бета-діапазонах ЕЕГ у всіх досліджуваних групах із різними ФРНП і СНП відзначене формування фронтальної зони взаємопов'язаної активності, яка в бета-діапазоні ущільнюється зі зростанням сили й рухливості нервових процесів (5,8 %; 6,7 % та 8,3 % у осіб із низьким, середнім і високим рівнями СНП, відповідно). У бета-діапазоні спостерігається лінійне зміцнення кореляційних зв'язків зі зростанням рівня ФРНП, причому воно стосується переважно фронтальних зон кори.

В альфа-діапазоні виявлена фронтальна зона високих та значимих кореляцій, тісно пов'язана дистантними зв'язками із задньоасоціативними структурами кори. При цьому зі зростанням рівнів ФРНП і СНП ця зона ущільнюється й кількість дистантних зв'язків зростає.

У тета-діапазоні ЕЕГ під час дії фізичних стимулів достовірно вищі значення кореляцій установлено в групі із середнім рівнем ФРНП; у бета - та альфа-діапазонах ЕЕГ простежується лінійне зміцнення кореляційних зв'язків зі зростанням рівня ФРНП, причому в бета-діапазоні воно стосується переважно фронтальних зон кори, а в альфа-діапазоні є більш генералізованим.

Слід відзначити, що під час фотостимуляції у всіх досліджуваних діапазонах ЕЕГ помітне поступове достовірне зміцнення кореляційних зв'язків зі зростанням рівня СНП у жінок. Чітких міжгрупових відмінностей у бета - та альфа-діапазонах ЕЕГ у чоловіків не виявлено; у тета-діапазоні зі зростанням рівня СНП кореляційні зв'язки поступово послаблюються.

Загальна кількість кореляційних зв'язків у альфа-діапазоні ЕЕГ під час фотостимуляції зростає практично у всіх досліджуваних групах, порівняно зі станом спокою із заплющеними очима.

Просторова синхронізація електричної активності кори головного мозку осіб із різними рівнями ФРНП та СНП у процесі розв'язання когнітивних завдань

Аналіз просторової синхронізації електричної активності мозку осіб із різним рівнем функціональної рухливості нервових процесів під час когнітивної діяльності дав змогу виявити наступне.

У тета-діапазоні ЕЕГ установлено формування двох зон узаємопов'язаної активності (у лобових та скронево-тім'яно-потиличних частках); із підвищенням ФРНП відзначали зростання загальної кількості значимих кореляцій, ускладнення їх просторового розподілу, у тому числі за рахунок дистантних міжпівкулевих зв'язків. У процесі виконання математичних завдань рівень синхронізації тета-активності різко зростає, порівняно з іншими тестовими ситуаціями, а також у міру зростання ФРН. Останній факт може бути проявом надлишкової мобілізації всіх коркових елементів, які залучені до розв'язання математичних завдань.

У жінок, у міру зростання рівня ФРНП, під час розв'язання просторових завдань та анаграм чітко проявляється "когнітивна вісь", яка, за даними Свідерської, є підтвердженням зростання інтегративних процесів у мозку чи способів аналізу інформації. За результатами досліджень [Bush G. et al., 2000] показана роль лобових та лівих скронево-тім'яних структур кори в реалізації вербальних функцій. Автори відзначають, що посилення взаємодії цих відділів спостерігається в процесі складної семантичної обробки вербальної інформації. У той же час зміни тета-ритму в тім'яно-потиличних відділах кори спостерігають під час обробки зорової інформації [Rescher B. et al., 1999]. Відомо, що одна із функцій задніх відділів мозку полягає у формуванні інтегральних образів, пов'язаних з об'єднанням елементів як у просторово-симультанні образи, так і в логіко-граматичні структури. Таким чином, посилення зв'язків між передніми й задніми структурами півкуль кори може лежати в основі полімодальних стратегій, що використовуються жінками в процесі аналізу вербальної інформації [Вольф Н.В. и др., 2004].

Отримані нами результати можуть бути зіставлені з результатами науковців про існування відмінностей у принципах селекції інформації чоловіками й жінками: перші більшою мірою використовують імпульсно-глобальні стратегії, тоді як другі послідовно обробляють інформацію та осмислюють її [McGivern R.F. et al., 1997]. На користь цієї гіпотези свідчать дослідження, у яких зафіксована більша гнучкість жінок у переключенні з однієї стратегії на іншу, що проявляється в структурній і часовій динаміці активності мозку [Разумникова О.М., 2004]. [Shearer D.E. et al., 1984; Petsche H. et al., 1992; Skrandies W. et al., 1999] уважають, що характер та вираженість ефектів когнітивного навантаження на показники потужності й когерентності ЕЕГ у чоловіків та жінок істотно відрізняються й ці відмінності в основному визначаються різним суб'єктивним сприйняттям умов завдання, когнітивних стратегій та ін., а не якимись фізіологічними факторами.

В альфа-діапазоні ЕЕГ під час виконання математичних та просторових завдань спостерігають послідовне зростання показників кореляцій зі зростанням рівня ФРНП (зокрема дистантних міжпівкулевих). У ряді досліджень [Верхлютов В.М. и др., 2006; Ливанов М.Н., 1989; Шевелев И.А. и др., 2001] показано, що "дистантна просторова синхронізація" на частотах альфа-ритму, які відображають роботу взаємопов'язаних і єдиних за природою нейронних механізмів зчитування інформації з різних структур кори, є важливою для установки функціональних зв'язків між різними корковими зонами. У наших дослідженнях така просторова синхронізація посилюється в міру зростання функціональної рухливості нервових процесів.

У бета-діапазоні ЕЕГ у всіх групах досліджуваних реєстрували нечітко виражені зони значимих кореляцій у передніх відділах кори без значних міжгрупових відмінностей їх просторового розподілу.

Порівнюючи всі показники кореляційних зв'язків у бета-діапазоні ЕЕГ, у жінок спостерігали достовірно вищі значення в групах із середнім та високим рівнями ФРНП під час розв'язання всіх когнітивних завдань, особливо в лобових структурах кори, порівняно з особами, які мали низький рівень функціональної рухливості. Сенс підвищення просторової синхронізації в певній корковій зоні полягає в мобілізації можливостей і ресурсів розташованих у цій зоні нервових популяцій, що забезпечує можливість обробляти інформацію в максимальному обсязі та отримувати її (завдяки встановленню широких контактів з іншими зонами) із численних джерел [Свидерская Н.Е., 1997]. У чоловіків у бета-діапазоні ЕЕГ у процесі розв'язання анаграм і просторових завдань відзначено зниження кількості кореляційних зв'язків зі зростанням рівня ФРНП. У жінок спостерігають протилежну динаміку, що, очевидно, свідчить про статевий диморфізм, який підтверджений також іншими дослідниками, котрі вивчали дивергентний та конвергентний типи мислення [Halpern D.F., 2000; Simonton D. K., 2000].

Наші дані узгоджуються із [Skrandies W. et al., 1999], які вказували, що в чоловіків спостерігають більш специфічну локалізацію мислительних функцій, тоді як у жінок відзначають більш дифузне латеральне представництво. За даними [Зенков Л.Р., 2001], більше представництво бета-активності притаманне жінкам, що засвідчує вищий рівень активації в жінок.

Вивчення статевих відмінностей усіх кореляційних зв'язків бета-діапазону ЕЕГ під час когнітивної діяльності встановило їх переважання в чоловіків, що може бути пов'язано із більшим залученням у них специфічних форм уваги, які необхідні для забезпечення вищих когнітивних функцій [Klimesch W., 1999, 2001].

Аналіз просторової синхронізації електричної активності мозку осіб із різним рівнем сили нервових процесів під час когнітивної діяльності в тета-діапазоні ЕЕГ виявив, що в кожній із груп досліджуваних формувалися фронтальна та задньоасоціативна зони взаємопов'язаної активності, які зі зростанням СНП ущільнювались і взаємодіяли за рахунок дистантних міжпівкулевих кореляційних зв'язків. У процесі виконання математичних завдань відзначена генералізована синхронізація електричної активності мозку. Отримане посилення синхронізації тета-ритму [Разумникова О.М. и др., 2005] пов'язують із більшою концентрацією внутрішньої уваги під час виконання складних вербальних завдань. Аналіз статевих відмінностей показників кореляційних зв'язків виявив у процесі виконання математичних і просторових завдань достовірно вищі значення кореляцій у чоловіків із високим рівнем СНП.

У бета-діапазоні ЕЕГ у всіх групах виявлено поодинокі значимі кореляційні зв'язки в лобових зонах кори з тенденцією до формування фронтальних, а також менш окреслених задньоасоціативних зон взаємопов'язаної активності в осіб із високим рівнем СНП. Порівняння всіх показників кореляцій у осіб із різним рівнем СНП виявило їх достовірне зростання в групі з високим рівнем СНП. Практично у всіх групах відзначено достовірно вищі показники кореляцій у чоловіків, переважно за рахунок діагональних довгих зв'язків.

В альфа-діапазоні ЕЕГ у всіх групах помітне формування фронтальної зони взаємопов'язаної активності та однієї або двох зон у задніх відділах кори, які ущільнюються зі зростанням рівня СНП.

Отже, під час розв'язання когнітивних завдань простежується чітке підвищення рівня синхронізації в тета-діапазоні ЕЕГ, порівняно зі станом спокою із розплющеними очима, яке зростає зі зростанням рівня СНП. Це, на нашу думку, пов'язано з тим, що в процесі виконання когнітивних завдань формуються лімбіко-кортикальні взаємодії на тета-частотах ЕЕГ. При цьому створюється певний функціональний стан - "контекст", роль якого полягає в селективній модуляції збудливості зацікавлених коркових зон і полегшенні таким чином протікання необхідних операцій [Miller R., 1994]. Разом із тим [Klimesch W., 1999, 2001] указував на те, що ріст тета-активності пов'язують із посиленням орієнтувальної реакції, концентрацією уваги, ефективністю кодування в пам'яті нової інформації. Очевидно, саме з цими процесами пов'язане підвищення рівня синхронізації в тета-діапазоні ЕЕГ зі зростанням рівня СНП.

Вивчення частки значимих кореляційних зв'язків у тета-діапазоні ЕЕГ у процесі розв'язання анаграм виявило більш помітні процеси синхронізації в досліджуваних жіночої статі. У чоловіків із різним рівнем СНП у тета-діапазоні ЕЕГ під час розв'язання анаграм і просторових завдань частка значимих кореляцій порівняно з фоном знижується, причому більш суттєво зі зростанням рівня СНП.

Виявлено, що в чоловіків із різними рівнями ФРНП на фоні більшої синхронізації альфа-активності в спокої, порівняно із жінками, процеси десинхронізації під час когнітивної діяльності відбуваються більш істотно зі зростанням рівня ФРНП. Це узгоджується з даними [Doppelmayr M. et al., 2005] про те, що в чоловіків більш виражена десинхронізація альфа-ритму в процесі розв'язання вербальних завдань, у зв'язку з використанням ними переважно вербальних стратегій виконання розумових завдань. У жінок при цьому спостерігають вищу реактивність тета-ритму, що відображає використання ними переважно образного опосередкування під час виконання завдань [Тарасова И.В. и др., 2006].

В осіб із різним рівнем ФРНП у бета-діапазоні ЕЕГ у процесі виконання розумових завдань простежується зменшення частки значимих кореляцій (порівняно з фоном) практично у всіх досліджуваних групах. Зі зростанням рівня ФРНП у чоловіків під час розв'язання просторових завдань десинхронізація бета-хвиль ЕЕГ відбувається більш суттєво, ніж у жінок.

Таким чином, аналіз частки високих і значимих кореляцій виявив відмінності у процесах синхронізації-десинхронізації в чоловіків та жінок під час когнітивної діяльності. Встановлені відмінності можуть бути підтвердженням різної стратегії обробки інформації чоловіками та жінками з різним рівнем ФРНП і СНП.

Слід відзначити, що дослідження результативності виконання розумових завдань особами різної статі та з різними рівнями сили й функціональної рухливості нервових процесів не виявило залежності між нейродинамічними показниками та результативністю (р ? 0,05). Ці результати збігаються з даними інших авторів, які займалися дослідженням статевих особливостей організації когнітивних функцій [Разумникова О.М. и др., 2006].

Установлено, що просторова синхронізація електричної активності кори мозку знаходить своє відображення в процесах, які формують основні нейродинамічні властивості ? силу й функціональну рухливість нервових процесів, у основі яких лежать швидкісні та якісні характеристики діяльності нервової системи. У наших дослідженнях зі зростанням рівня і СНП, і ФРНП загалом у основних діапазонах ЕЕГ виявлено посилення процесів синхронізації в лобових ділянках та зміцнення зв'язків із задніми структурами кори за рахунок дистантних міжпівкулевих кореляційних зв'язків. Така динаміка процесів просторової синхронізації сприяє оптимізації прийняття рішень, реалізації сенсомоторних реакцій, підвищенню ефективності обробки інформації. Особливо чітко такі зміни просторової синхронізації простежували під час виконання когнітивних завдань - просторових та анаграм.

Висновки

Дисертаційне дослідження полягало у вивченні особливостей просторової синхронізації електричної активності кори головного мозку в осіб із різним рівнем сили й функціональної рухливості нервових процесів у стані спокою, під час дії фізичних стимулів та виконання когнітивних завдань вербального й просторового характеру. Результати проведених досліджень доповнюють існуючі уявлення про мозкові механізми індивідуальних нейродинамічних властивостей нервової системи людини.

1. Особливості просторової синхронізації електричної активності кори головного мозку залежать від сили, функціональної рухливості нервових процесів, статі досліджуваних у спокої, при дії фізичних стимулів та у процесі виконання когнітивних завдань.

2. У стані функціонального спокою найістотніші відмінності встановлені в тета - й альфа-діапазонах ЕЕГ, які проявляються у збільшенні кількості кореляційних зв'язків, розширенні задньоасоціативної зони взаємопов'язаної активності та десинхронізації альфа-діапазону. Зі зростанням рівнів СНП (у чоловіків і жінок у тета-діапазоні ЕЕГ) та ФРНП (у чоловіків у альфа - й тета-діапазонах ЕЕГ) відзначене збільшення кількості дистантних кореляційних зв'язків, які забезпечують узаємодію фронтальної та задньоасоціативної зон кори головного мозку.

3. Під час виконання когнітивних завдань різного типу кореляційні зв'язки в тета-, альфа - й бета-діапазонах ЕЕГ виявляють однонаправлені тенденції процесів просторової синхронізації за підвищення сили та функціональної рухливості нервових процесів: посилення процесів синхронізації в передній (лобові структури) і задній (скронево-тім'яно-потиличні) зонах взаємопов'язаної активності. Ця динаміка може свідчити про подібність мозкових механізмів формування таких індивідуальних нейродинамічних властивостей нервової системи людини, як функціональна рухливість і сила нервових процесів.

4. Під час когнітивної діяльності в тета - й альфа-діапазонах ЕЕГ посилюється міжпівкулева взаємодія лобових і задньоасоціативних ділянок кори головного мозку в жінок за зростання рівня ФРНП.

5. Під час виконання математичних завдань виникає генералізована синхронізація електричної активності кори мозку в тета-діапазоні ЕЕГ, причому її рівень зростає в міру збільшення функціональної рухливості нервових процесів.

6. Установлені статеві відмінності просторової синхронізації ЕЕГ у осіб із різними рівнями ФРНП за різних видів когнітивної діяльності. У жінок із підвищенням функціональної рухливості нервових процесів посилюється просторова синхронізація в альфа - й бета-діапазонах електроенцефалограми, у чоловіків, навпаки, ці процеси послаблюються.

7. У процесі фотостимуляції в альфа - і бета-діапазонах ЕЕГ спостерігається поступове достовірне зміцнення кореляційних зв'язків із підвищенням сили нервових процесів у жінок. У чоловіків така тенденція менш виражена.

Список опублікованих праць здобувача

1. Поручинський А.І. Варіативність викликаних потенціалів мозку при різних видах уваги у дітей шкільного віку / А.І. Поручинський, Т.Ф. Поручинська // Наук. вісн. ВДУ ім. Лесі Українки. Біологічні науки. ? 2002. ? № 3. ? С.25?29 (Особистий внесок ? підбір та аналіз літератури, підготовка матеріалів до друку; Поручинський А.І. - ідея дослідження та загальне редагування).

2. Поручинський А.І. Вплив музики як подразника альфа-активності кори головного мозку підлітків / А.І. Поручинський, Т.Ф. Поручинська // Наук. вісн. ВДУ ім. Лесі Українки. ? 2004. ? № 4. ? С.53?58 (Особистий внесок ? проведення експерименту, статистична обробка результатів; Поручинський А.І. - ідея дослідження, загальне редагування, підготовка матеріалів до друку).

3. Поручинський А.І. Викликані потенціали головного мозку підлітків при дії подразників різної модальності / А.І. Поручинський, С. Є. Швайко, Т.Ф. Поручинська // Наук. вісн. ВДУ ім. Лесі Українки. Біологічні науки. ? 2005. ? № 2. ? С.39-42 (Особистий внесок: проведення експерименту; Поручинський А.І. - підготовка матеріалів до друку; Швайко С. Є. - загальне редагування).

4. Поручинський А.І. Бета-активність кори головного мозку осіб з різним рівнем функціональної рухливості нервових процесів / А.І. Поручинський, Т.Ф. Поручинська, І.Ф. Пасичнюк // Таврический медико-биологический весн. ? 2005. ? Т.8. ? № 3. ? С.96?100 (Особистий внесок ? проведення експерименту, статистична обробка результатів; Поручинський А.І., Пасичнюк І.Ф. - загальне редагування матеріалів).

5. Поручинська Т.Ф. Альфа - та бета-активність кори мозку осіб з різними рівнями функціональної рухливості нервових процесів / Т.Ф. Поручинська // Наук. вісн. ВДУ ім. Лесі Українки. Біологічні науки. - 2007. ? № 5. - С.53?56.

6. Швайко С. Є. Питома вага піддіапазонів тета-ритму електроенцефалограми осіб із різною функціональною рухливістю нервових процесів / С. Є. Швайко, Т.Ф. Поручинська // Наук. вісн. ВНУ ім. Лесі Українки. Біологічні науки. - 2008. ? № 3. - С.27?32 (Особистий внесок ? проведення експерименту, статистична обробка отриманих результатів; Швайко С. Є. - ідея дослідження та загальне редагування).

7. Поручинська Т.Ф. Статеві відмінності електроенцефалограми в альфа-діапазоні хвиль з урахуванням сили нервових процесів (кореляційний аналіз) / Т.Ф. Поручинська // Наук. вісн. ВНУ ім. Лесі Українки. Біологічні науки. - 2008. ? № 15. - С.48?53.

8. Поручинський А.І. Вплив музики на електричну активність кори мозку підлітків у стані спокою та при вербально-логічній діяльності / А.І. Поручинський, Т.Ф. Поручинська, О.Р. Дмитроца // Психофізіологічні та вісцеральні функції в нормі і патології: тези доп. Всеукр. наук. конф., Київ, 3?4 жовт. 2002 р. - К.: Укр. фітосоціоцентр, 2002. ? С.94.

9. Поручинський А.І. Варіативність викликаної активності мозку як корелят когнітивної діяльності (віковий аспект) / А.І. Поручинський, Т.Ф. Поручинська, О.Р. Дмитроца, О.А. Журавльов // Наука і освіта: матеріали VI Міжнар. наук. - практ. конф., Дніпропетровськ-Житомир-Харків, 20?24 січ. 2003 р. - Д.: Наука і освіта, 2003. ? Т.3. ? С.39?40.

10. Поручинський А.І. Розумова діяльність підлітків та вплив на неї музики різних напрямів / А.І. Поручинський, Т.Ф. Поручинська // Особливості формування та становлення психофізіологічних функцій в онтогенезі: матеріали симпозіуму. Київ-Черкаси, 2003 р. - Черкаси: Вид-во ЧДУ, 2003. ? С.84.

11. Поручинська Т.Ф. Фонові показники електроенцефалограми у людей з різною функціональною рухливістю нервових процесів / Т.Ф. Поручинська // Науковий потенціал світу 2004: матеріали Першої міжнар. наук.-практ. конф., Дніпропетровськ, 1?15 лист. 2004 р. - Д.: Наука і освіта, 2004. - С.23?24.

12. Швайко С. Є. Статеві особливості внутрішньокоркових взаємодій в альфа-діапазоні при рішенні творчих тестів різних типів / [C. Є. Швайко, Н.О. Козачук, Т.Ф. Поручинська та ін.] // Наука і освіта: матеріали VII Міжнар. наук.-практ. конф., Дніпропетровськ, 10?25 лют. 2004 р. - Д.: Наука і освіта, 2004. ? Т.54. ? С.67?68.

13. Поручинська Т.Ф. Просторовий розподіл бета-активності кори головного мозку осіб з різним рівнем функціональної рухливості нервових процесів / Т.Ф. Поручинська, І.Ф. Пасичнюк // Матеріали Першої міжнар. конф. студ. та асп., Львів, 11?14 квіт. 2005 р. - Л.: СПОЛОМ, 2005. ? С. 206?207.

14. Поручинська Т.Ф. Електрична активність кори головного мозку осіб з різним рівнем функціональної рухливості нервових процесів / Т.Ф. Поручинська // Проблеми вікової фізіології: матеріали Всеукр. наук. - практ. конф., Луцьк ? Шацькі озера, 29?30 верес. 2005 р. ? Луцьк: РВВ "Вежа" ВДУ ім. Лесі Українки, 2005. ? С.100?101.

15. Поручинський А.І. Особливості просторового розподілу альфа - і тета-активності мозку чоловіків з різним рівнем сили нервових процесів / А.І. Поручинський, Т.Ф. Поручинська, С. Є. Швайко, Ю.П. Корень // Психофізіологічні та вісцеральні функції в нормі та патології: тези доп. ІІІ Всеукр. наук. конф., Київ, 4-6 жовт. 2006 р. - К.: Знання України, 2006. - С.106?107.

16. Поручинський А.І. Електрична активність кори головного мозку жінок з різним рівнем функціональної рухливості нервових процесів / А.І. Поручинський, І.Ф. Пасичнюк, Т.Ф. Поручинська // Фізіологічний журн.: Матеріали ХVІІ з'їзду Укр. фізіолог. т-ва з міжнародною участю, Чернівці, 18?20 трав. 2006 р. ? 2006. ? Т.52. - № 2. - С.80.

17. Швайко С. Є. Взаємодії великих півкуль мозку при різних видах уваги у дітей старшого шкільного віку / С. Є. Швайко, О.Р. Дмитроца, Т.Ф. Поручинська, О.П. Мотузюк // Особливості формування та становлення психофізіологічних функцій в онтогенезі: матеріали Всеукр. наук. симпозіуму до 100-річчя з дня народження В.О. Тришихіна, Черкаси, 2006 р. - Київ; Черкаси: Вид. від ЧНУ ім. Богдана Хмельницького, 2006. ? С.120.

18. Швайко С. Є. Вікові особливості кореляційних зв'язків у великих півкулях головного мозку при орієнтувально-дослідницькій діяльності у хлопців шкільного віку / С. Є. Швайко, О.Р. Дмитроца, Т.Ф. Поручинська // VІ Міжнар. біологічні читання, присвячені 50-річчю кафедри фізичного виховання та спорту: зб. наук. праць, Миколаїв, 22?23 груд. 2006 р. - Миколаїв: МДУ ім. В.О. Сухомлинського, 2006. - Вип.6. - С.68?72.

19. Poruchins'ka T. F. Electric beta-waves eeg activity of brain cortex in group of women with different nervous processes power (correlation analysis) / [Poruchins'ka T. F., Shvayko S. Ye., Poruchins'kiy A.I. at all.] // Molecular and Physiological Aspects of Regulatory Processes of the Organism: XVII International Symposium. - Cracov, 2008. - P.429.

20. Poruchins'ka T. F. EEG theta-waves spatial distribution in the groups of the women with the different level of nervous processes lability / [Poruchins'ka T. F., Poruchins'kiy A.I., Pasychnyuk I. F., Dmitrotsa O. R.] / Neuroscience for medicine and psychology: fourth international interdisciplinary Congress, Sudak, 10?20 june 2008. - М.: МАКС Пресс, 2008. ? P.236?237.

21. Поручинский А.И. Пространственное распределение корреляционных связей тета-волн ЭЭГ при когнитивной деятельности у лиц с разным уровнем силы нервных процессов / А.И. Поручинский, Т.Ф. Поручинская, А.П. Мотузюк, Н.А. Желамская // ІІ съезд физиологов СНГ: науч. тр., Кишинэу, Молдова, 29?31 окт. 2008 г. - Москва; Кишинэу: Медицина-здоровье, 2008. - С.85.

22. Поручинська Т.Ф. Функціональна рухливість і сила нервових процесів осіб з різним рівнем тривожності (статевий аспект) / Т.Ф. Поручинська // Психофізіологічні та вісцеральні функції в нормі і патології: IV Міжнар. наук. конф., Київ, 8-10 жовт. 2008 р. - К.: Знання України, 2008. ? С.157?158.

23. Поручинская Т.Ф. Пространственное распределение корреляционных связей в альфа- и бета-диапазонах ЭЭГ с учетом уровня функциональной подвижности нервных процессов (половые отличия) / Т.Ф. Поручинская // Актуальные вопросы функциональной межполушарной асимметрии и нейропластичности: материалы Всероссийской конф. с междунар. участием., Москва, 18-19 дек. 2008. ? М.: Научный мир, 2008. - С.740?744.

Анотація

Поручинська Т.Ф. Просторова синхронізація електричної активності кори головного мозку в осіб із різним рівнем сили і функціональної рухливості нервових процесів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.13 - фізіологія людини і тварин. - Київський національний університет ім. Тараса Шевченка, Київ, 2010.

Дисертація присвячена вивченню характеристик основних діапазонів ЕЕГ за сенсорних та когнітивних навантажень у осіб із різними рівнями функціональної рухливості та сили нервових процесів. Установлено, що в стані функціонального спокою зі зростанням рівнів СНП і ФРНП зростає кількість дистантних кореляційних зв'язків, які забезпечують узаємодію фронтальної й задньоасоціативної зон узаємопов'язаної активності. У процесі виконання когнітивних завдань простежується посилення рівня синхронізації в тета-діапазоні ЕЕГ порівняно зі станом спокою, яке зростає із підвищенням рівня ФРНП і СНП. Виконання математичних завдань викликає значну напруженість мозкових процесів, що проявляється в генералізованій синхронізації електричної активності кори мозку в тета-діапазоні ЕЕГ, причому її рівень зростає в міру збільшення функціональної рухливості нервових процесів як у жінок, так і в чоловіків.

Ключові слова: функціональна рухливість нервових процесів, сила нервових процесів, просторова синхронізація електричної активності, електроенцефалограма, кореляційні зв'язки.

Аннотация

Поручинская Т.Ф. Пространственная синхронизация электрической активности коры головного мозга лиц с разным уровнем силы и функциональной подвижности нервных процессов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.13 - физиология человека и животных. - Киевский национальный университет им. Тараса Шевченко, Киев, 2010.

В диссертации изучаются характеристики основных диапазонов ЭЭГ при сенсорных и когнитивных нагрузках у лиц с разными уровнями силы и функциональной подвижности нервных процессов. Установлено, что пространственная синхронизация электрической активности отличается у лиц с разными уровнями ФПНП и СНП в состояниях сенсорного и функционального покоя. В состоянии функционального покоя наибольшие изменения зафиксированы в тета- и альфа-диапазонах ЭЭГ, где наблюдается увеличение количества корреляционных связей, расширение заднеассоциативной зоны взаимосвязанной активности и десинхронизация альфа-активности. С увеличением уровней СНП (у мужчин и женщин в тета-диапазоне ЭЭГ) и ФПНП (у мужчин в альфа- и тета-диапазонах ЭЭГ) отмечено увеличение количества дистантных корреляционных связей, которые обеспечивают взаимодействие фронтальной и заднеассоциативной зон взаимосвязанной активности. В альфа - и тета-диапазонах ЭЭГ наблюдаются более четкие закономерности динамики пространственной синхронизации в зависимости от уровней ФПНП и СНП с формированием очерченных зон взаимосвязанной активности при когнитивной деятельности. При когнитивных нагрузках усиливается уровень синхронизации в тета-диапазоне ЭЭГ по сравнению с состоянием покоя, который увеличивался с увеличением уровня ФПНП и СНП. Решение математических заданий вызывает значительное напряжение мозговых процессов, которое сопровождается генерализированной синхронизацией электрической активности коры мозга в тета-диапазоне ЭЭГ. Зафиксированы отличия в процессах синхронизации-десинхронизации у мужчин и женщин во время когнитивной деятельности, которые могут подтверждать разные стратегии обработки информации в зависимости от пола лиц с разными уровнями ФПНП и СНП. Исследование результативности решения когнитивных заданий лицами разного пола и с разными уровнями ФПНП и СНП не выявило связи между нейродинамическими показателями и результативностью.

Ключевые слова: функциональная подвижность нервных процессов, сила нервных процессов, пространственная синхронизация электрической активности, электроэнцефалограмма, корреляционные связи.

Annotation

Poruchinska T.F. Brain electrical activity spatial synchronization of persons with different nervous processes lability and strength. ? Manuscript.

The dissertation on Cand. Biol. Sci. - 03.00.13 - human and animal physiology - scientific degree competition. - Taras Shevchenko Kyiv National University, Kyiv, 2010.

In dissertation general EEG bands features of persons with different levels of nervous processes lability (NPL) and strength (NPS) under conditions of sensor and cognitive load were studied. It was shown, that during rest state augmentation of NPS and NPL levels is associated with increase of number of distant correlations, which provide interaction between frontal and posterior associative areas of interrelated activity. During cognitive tasks solving strengthening of synchronization level in EEG theta-band in comparison with rest state is observed. This strengthening increases in accordance with NPS and NPL level augmentation. Mathematical tasks solving produces high tension of brain processes, which is revealed as generalized synchronization of brain cortex electrical activity in EEG theta-band, and synchronization level increases in relation with augmentation of NPL both in females and males.

Key words: nervous processes lability, nervous processes strength, electric activity spatial synchronization, electroencephalogram, correlations.

Размещено на Allbest.ru