Различия показателей синхронности биоэлектрической активности ЭЭГ у здоровых и больных шизофренией детей и подростков
г А.П. Кулаичев, Н.Л. Горбачевская, А.В. Горюнов, А.Б. Сорокин, А.И. Хромов
ссылки при цитировании: Журнал неврологии и психиатрии им. С.С.Корсакова. 2012. 12: 55-62

        Аннотация: В работе использован альтернативный метод оценки синхронности ЭЭГ (анализ корреляционной синхронности огибающих ЭЭГ), ранее зарекомендовавший себя высокой чувствительностью к дифференциации психопатологических и функциональных состояний. Исходные записи ЭЭГ выполнены в состоянии спокойного бодрствования с закрытыми глазами для двух групп подростков возрасте 8–15 лет: группа норма (n=40) и группа шизофрения F20 (n=30). В результате исследования получена комплексная картина значимых топографических, межполушарных и региональных различий, в которой находят свое место многие из фрагментарных результатов, полученных ранее другими исследователями. Одной из принципиальных особенностей полученной интегральной картины является наличие в патологии протяженных зон резко пониженной ЭЭГ–синхронности, разделяющих локальные и изолированные области в лобных и затылочных регионах преимущественно нормальной или иногда повышенной синхронности. Эти выводы с большой точностью были воспроизведены на двух других группах нормы и патологии, что свидетельствует о высокой надежности используемого метода.  Полученные результаты полностью укладывается в рамки теории о дезинтеграции корковой электрической активности при расстройствах шизофренического спектра. Использованный метод обеспечил воспроизводимость результатов на различных группах пациентов и испытуемых, близкую к 100% надежность классификации по ЭЭГ нормы и патологии, позволил выявить многие достоверные корреляции оценок синхронности ЭЭГ с психометрическими показателями, что делает возможным и перспективным его использование в качестве вспомогательного количественного дифференцирующего показателя.
Ключевые слова: шизофрения, ЭЭГ, корреляция огибающих, когерентность, дезинтеграция, классификация.

        Среди большого числа работ, посвященных различиям ЭЭГ в норме и при шизофрении, сравнительно мало исследований касаются различий в синхронности ЭЭГ в состоянии спокойного бодрствования. Об этом может свидетельствовать специальный обзор [7]. Вместе с тем, классификационная чувствительность оценок синхронности ЭЭГ существенно выше по сравнению с амплитудой спектра [3, 4, 12], мощностью [12] и рядом других показателей [3]. Во многом это определено тем, что оценки синхронности ЭЭГ подвержены значительно меньшей внутрииндивидуальной вариабельности, которая по нашим оценкам, полученным на различном экспериментальном материале, по коэффициенту вариации составляет: 8–12% против 23–41% для средней амплитуды спектра и 86–95% для мощности. Тем самым по оценкам синхронности ЭЭГ можно получить достоверность сравнимых по величине различий при меньших объемах выборок и достоверность меньших различий при сопоставимых объемах выборок.
        Полученные разными исследователями результаты достаточно фрагментарны и противоречивы (это отмечено и в обсуждении [1]). Одни исследователи обнаруживают, что при шизофрении по сравнению с нормой когерентность ниже, при этом: а) внутри- и межполушарная во всех диапазонах [8]; б) нарушаются левополушарные F-T связи [23]; в) в d и q диапазонах в Fp1-F7 и в a диапазоне в F7-F3 [28]; г) в d диапазоне в височной  области [31]. Другие исследования наоборот показывают, что при шизофрении по сравнению с нормой когерентность выше, при этом: а) внутри и межполушарная в q диапазоне и внутриполушарная в a диапазоне [21]; б) межполушарная в d и b диапазонах в О1-О2 и в d диапазоне в Т5-Т6 [22]; в) внутриполушарная вообще [20] или же только в d диапазоне [29]. Интересно, что большинство из процитированных работ относятся к десяти и более летней давности. Более свежих работ в этом аспекте, кроме [8], при литературном поиске не обнаруживается. Возможно, эта ситуация вызвана тем, что функция когерентности является нестабильным индикатором синхронности ЭЭГ [5, 6, 15, 19]. Отмеченная противоречивость результатов делает актуальным использование альтернативных подходов к оценке синхронности ЭЭГ  в данной области.

а)

б)
Рис. 1. Локальные межгрупповые различия в средней синхронности по парам отведений в частотных диапазонах (указаны сверху), линии черного цвета указывают на большую син-хронность в группе F20 по сравнению с группой N, линии серого цвета – на меньшую синхронность: а) показаны все пары отведений, три градации возрастания толщины линий указывают абсолютную величину разности в средней синхронности |DS| между двумя сравниваемыми группами: |DS|<0.05; |DS|<0.1; |DS|>0.1 ; б) показаны пары отведений с достоверными межгруп-повыми различиями, три градации возрастания толщины линий указывают уровень значимости нулевой гипотезы р<0.05; р<0.01; р<0.001

       На топограммах рис. 1, прежде всего, обращает на себя внимание крестообразная область резкого снижения синхронности («провал») в группах патологии по сравнению с нормой, включающая саггитально–межполушарный и аксиально–центральный сегменты. Это может свидетельствовать о существенных нарушениях межполушарных и фронтально–затылочных взаимосвязей при расстройствах шизофренического спектра. При сравнении двух групп патологии во многих частотных диапазонах также наблюдаются характерные региональные и межполушарные зоны повышения–снижения синхронности.
       В связи с полученной региональной структурой межгрупповых соотношений синхронности для выявления статистически значимых закономерностей далее целесообразно рассмотреть отдельно межполушарные и объединенные (усредненные) региональные соотношения.
       3. Межполушарная синхронность.  Для каждой группы и каждого частотного диапазона вычислялись средние значения синхронности между отведениями F3–F4, C3–C4, P3–P4, O1–O2. Результаты представлены в виде графиков рис. 2.

Рис. 2. Различия в межполушарной синхронности в пяти частотных диапазонах. Показаны усредненные по каждой группе значения синхронности (по вертикали) в порядке пар отведений F3–F4, C3–C4, P3–P4, O1–O2 (по горизонтали). Маркеры групп: круги – шизофрения F20, квадраты – норма N. Под графиками «звездочкой» обозначены случаи выявленных межгрупповых различий

Из сравнения графиков и выявленных статистических различий (p=0.042-0.002), прежде всего, следует отметить:
       1. В большинстве случаев наблюдается уменьшение синхронности в направлении центр–темя–затылок; критерий Джонкхриера, учитывающий направленность факторного эффекта, для всех групп и диапазонов (кроме F20 в диапазоне b2) выявляет наличие такой тенденции при р=0.03–10-7; на этом фоне снижение синхронности лоб-центр для всех групп  наблюдается только  в диапазоне a (р=0.0002–10-7), а для групп патологии еще и  в диапазоне q (р=0.016–0.0012).
       2. В большинстве случаев (68% из 40 сравнений, р=0.04–0.0004) отмечена более высокая синхронность в группе N относительно группы F20, а в 23% случаев такое соотношение проявляется в форме тенденции средних значений.
       Отметим, что эти выводы подтверждаются и нашим предыдущим исследованием на другой группе пациентов [3]. Вывод 2 полностью совпадает с результатами работ [1, 8], чему противоположны локальные выводы работ [21, 22], которые однако отличаются статистически незначительными объемами выборок (8 и 11 пациентов).
       4. Региональные внутриполушарные различия. Для каждой из групп и каждого частотного диапазона были вычислены средние значения синхронности для шести регионов: левого и правого лобного (FL, FR), включающие, соответственно, значения синхронности между отведениям  F7, F3, T3, C3 и F8, F4, C4, T4; левого и правого центрального (CL, CR) включающие, соответственно, синхронности между отведениям T3, C3, T5, P3 и C4, T4, P4, T6; левого и правого затылочного (OL, OR) включающие, соответственно, синхронности между отведениям T5, P3, O1 и P4, T6, O2. Результаты представлены в виде графиков на рис. 3.

Из сравнения графиков и выявленных статистических различий (р=0.22–10-5), прежде всего, следует отметить:
      1. В группе N наблюдается: а) приблизительное равенство синхронностей в лобно-центральной области (за исключением уменьшения лоб-центр в диапазоне a, р=0.02–0.0007); б) уменьшение синхронности в затылочной области (р=0.048–10-5, кроме диапазона b2).
      2. В группе F20 имеет место резкое уменьшением синхронности в центральном регионе по сравнению со лбом и затылком, в большинстве случаев различия (между FL-CL, FR-CR, CL-OL, CR-OR) проявляются с высокой достоверностью (76% достоверных различий из 50 сравнений, р=0.033–10-8).
      3. Синхронность в группе N по сравнению с группой F20: а) значительно выше в центральном регионе (95% достоверных различий из 20 сравнений, р=0.01–10-7), что совпадает с результатами работ [1, 8, 31]. б) в некоторых случаях ниже в лобном и затылочном регионах (30% достоверных различий из 40 сравнений, р=0.049–0.001), что частично совпадает с результатами работ [8, 20, 21, 29];
        5. Воспроизводимость результатов. С целью проверки устойчивости полученных результатов нами по изложенной здесь методологии были проанализированы записи 2001-2004 гг., использованные в работе [1] и относящиеся к подросткам мужского пола 10-12 лет: группа F20 из 18 пациентов (12.1+–0.93 лет) и контрольная группа из 25 школьников (12.1+–0.53 лет). Полученные результаты, аналогичные рис. 2, 3 приведены на рис. 4 (выявленные достоверные различия p=0.47–10-5).

Рис. 4. Различия синхронности для групп нормы и патологии 2001-2004 гг. а) межполушарная синхронность; б) внутриполушарная региональная синхронность. Обозначения аналогичны рис. 2, 3

Как нетрудно заметить, эти графики находятся в хорошем соответствии с точным воспроизведением феномена крестообразного «провала» в синхронности ЭЭГ для группы патологии. Отдельные различия могут быть следствием более узкого возрастного диапазона записей 2001–2004 гг. (по нашим оценкам достоверные изменения синхронности между возрастными диапазонами 8–11 и 12–15 лет по отдельным парам отведений составляют 0.08–0.16). Дискриминантная классификация дает безошибочное разделение нормы и патологии во всех частотных диапазонах.
       Тем самым метод АКС обладает достаточной точностью и устойчивостью, давая практически одинаковые результаты на различных группах испытуемых и пациентов.
        6. Сравнение с психометрическими показателями. Для оценки когнитивных функций пациентов, нарушение которых является одним из главных следствий шизофрении, использовались следующие четыре психометрические показателя:
      НВ — объем непосредственного воспроизведения по запоминанию 10 слов, методика предназначена для оценки состояния произвольной вербальной памяти, утомляемости, активности внимания, запоминания, сохранения, воспроизведения, произвольного внимания;
      ППА, СПА — объем простых и сложных парных ассоциаций, методика предназначена для исследования памяти и процессов запоминания;
      ТШ — время выполнения таблиц Шульте, методика применяется для исследования темпа сенсомоторных реакций и характеристик внимания, уровня умственной работоспособности.
       Между этими показателями для обоих групп пациентов не обнаружено значимых корреляций (кроме СПА и ТШ на уровне 0.49), что говорит об отсутствии между ними сильных функциональных зависимостей.
       Близость оценок синхронности пациентов к психометрическим показателям оценивалась по коэффициентам корреляции Пирсона r, критическое значение которых для данного объема выборок составляло rкр<0.31 для р=0.05. На рис.5 приведены выявленные значимые корреляции с локальными оценками синхронности между парами отведений в диапазоне средних и выше средних значений r=0.45–0.75 (p=0.03–0.008).

Рис. 5. Корреляции между оценками синхронности и психометрическими показателями в следующих цифровых обозначениях: 1 – объем непосредственного воспроизведения; 2 – объем простых парных ассоциаций; 3 – объем сложных парных ассоциаций; 4 – время выполнения таблиц Шульте. Три градации возрастания толщины линий указывают на абсолютную величину корреляций: 0.45-0.49, 0.5-0.59, 0.6-0.75, цифры у линий указывают номер психометрического показателя, знак «минус» означает отрицательную корреляцию.

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:
      1) значимые корреляции относятся именно к тем парам отведений, в которых выявлены и значимые различия в синхронности ЭЭГ, и преимущественно – к области «провала» в синхронности для группы патологии;
      2) в порядке общего числа значимых корреляций частотные диапазоны ранжируются следующим образом: b2, q – по 5, a, b1 – по 2, d – 0; отметим, что выгодное положение диапазона  b2 может быть определено его большей взаимосвязью с когнитивной деятельностью;
      3) в порядке числа значимых корреляций психометрические показатели ранжируются следующим образом: СПА – 6 корреляций, ППА, ТШ – по 4, НВ – 1, это может указывать на то, что при шизофрении менее страдают процессы кратковременной памяти, оцениваемой НВ;
      4) в высокочастотных диапазонах (b1, b2) по сравнению со среднечастотными диапазонами (q, a) в большинстве случаев имеет место инверсия знаков корреляций, что может быть следствием противоположной взаимосвязи активности этих диапазонов с  когнитивными способностями; знаки корреляций для НВ, СПА, ППА и ТШ противоположны, что достаточно соответствует их психометрическому соотношению;
      Отметим, что в последнее десятилетие наблюдается повышение интереса исследователей к сопоставлению различных оценок синхронности ЭЭГ с психометрическими и синдромальными показателями при шизофрении. Эти работы выявляют следующие значимые корреляции: 0.36–0.52 [9], 0.27–0.39 [10], 0.37–0.82 [14] (на небольшой группе из 14 пациентов), 0.37–0.55 [16], 0.38–0.49 [17]. В этом сравнении полученные корреляции оценок синхронности ЭЭГ с психометрическими показателями в диапазоне 0.45–0.75 выглядят достаточно перспективными.