СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ МЕЖПОЛУШАРНОЙ АСИММЕТРИИ

Изобретение относится к медицине, в частности к области психофизиологии, и может быть использовано для выявления доминирующего полушария - правого или левого у обследуемых в возрасте 20-40 лет.

Организм человека представляет собой сложную высокоорганизованную систему, состоящую из функционально связанных между собой клеток, тканей, органов и их систем. Эту взаимосвязь (интеграцию) функций, их согласованное функционирование обеспечивает центральная нервная система (ЦНС). ЦНС регулирует все процессы, протекающие в организме, поэтому с ее помощью происходят наиболее адекватные изменения работы различных органов, направленные на обеспечение той или иной его деятельности. Взаимоотношение полушарий большого мозга определяется как функция, обеспечивающая специализацию полушарий, облегчение выполнения регуляторных процессов, повышение надежности управления деятельностью органов, систем органов и организма в целом.

Роль взаимоотношений полушарий большого мозга наиболее четко проявляется при анализе «функциональной межполушарной асимметрии». На сегодняшний день термин «Функциональная межполушарная асимметрия» трактуется как распределение функций между большими полушариями головного мозга человека, а профиль «Функциональной межполушарной асимметрии» - как распределение по полушариям головного мозга доминирования функций, реализуемых ЦНС (Бабенко В.В., Ермаков П.Н. Определение функциональной межполушарной асимметрии. Ростов-на-Дону, 2007. -С.11-198).

Существует большое количество методов изучения «функциональной межполушарной асимметрии», варьирующих в зависимости от объекта, «модели» исследования. Асимметрия функций выявляется и электрофизиологически, и при помощи современных компьютерных методов биохимического картирования (Давыдов Д.В., Михайлова Е.С. 1999; Haynes W.,1980;. Grabow J. et al., 1979; Leblanc R. et al., 1992). Вместе с тем многочисленные данные, полученные при регистрации электрофизиологической активности мозга здоровых людей в отсутствии специфической стимуляции, не выявляют качественной, стойкой латерализации, сохраняющейся при смене функциональных состояний (Гончарова И.И., 1991; Жирмунская Е.А., и др. 1981; Giannitrapani D., 1979). Выявлена закономерная связь асимметрии электрофизиологических показателей с функциональным состоянием головного мозга (Русалова М.Н., 2003; Симонов П.В. 2004; Тараканов П.В., 2000; Butler S., R., Glass A., 1974; Kayser J. et al., 2000; Nielson Т., Abel A. et al., 1990). При некоторых функциональных состояниях асимметрия электрофизиологических характеристик может достигать статистически значимого уровня, тогда как при других функциональных состояниях подобной асимметрии не наблюдается. Таким образом, асимметрия межполушарных отношений оказывается связанной с функциональным состоянием человека.

Известен способ исследования функционального состояния мозга (см. патент RU №2130753, МПК А61В 5/00, дата публикации 27.05.1999), включающий предъявление через головные телефоны на оба уха (дихотически) звуковых щелчков с последующей регистрацией характеристик функционального состояния мозга и их анализом.

Известен способ исследования межполушарной сенсорной асимметрии (см. патент RU №2198589, МПК А61В 5/16, А61В 5/12, А61В 8/00, дата публикации 20.02.2003), включающий предъявление через головные телефоны на оба уха (дихотически) звуковых щелчков с последующей регистрацией характеристик функционального состояния мозга и их анализом.

Недостатками аналогов является низкая достоверность исследований из-за отсутствия возможности комплексного анализа функционального состояния обоих полушарий и подачи звуковых щелчков с задержкой, что не позволяет создать объективную картину в целом.

В качестве ближайшего аналога принят способ исследования функционального состояния мозга (см. патент RU №2255649, МПК А61В 5/00, дата публикации 10.12.2004), включающий звуковую стимуляцию в виде серии щелчков, подаваемых в наушники пациента с последующей регистрацией характеристик функционального состояния мозга и их анализом.

Недостатками ближайшего аналога является субъективный характер анализа полученных звуковых стимулов, не позволяющий создать объективную картину функционального состояния полушарий в целом. В ближайшем аналоге звуковые стимулы подаются монотонно и ожидаемо, что может привести к привыканию и снижению восприятия (к утомлению) обследуемого, таким образом снижаются общие показатели и достоверность результатов. Звуковая стимуляция в ближайшем аналоге проводится поочередно, моноаурально (стимуляция правого и левого уха отдельно), что нарушает объективность анализа всех ответов, полученных в разное время, а также не отражает общее функциональное состояние мозга. Предложенная в ближайшем аналоге интерауральная временная задержка никак не сказывается на латентных периодах регистрируемых волн, а только может менять внешний вид начального участка кривой, что является лишним и лишь повышает трудоемкость процесса.

Авторами предложен способ, в котором для определения функциональной межполушарной асимметрии используют метод «Когнитивные вызванные потенциалы», который является объективным и неинвазивным методом тестирования функций ЦНС.

Сущность метода «Когнитивные Вызванные Потенциалы» заключается в том, что выделяют не просто реакции на тот или иной стимул, связанные с приходом афферентации, а анализируют эндогенные события, происходящие в головном мозге и связанные с распознаванием и запоминанием стимула, а также мыслительными процессами, связанными с принятием решений.

В ответ на команду дифференцированно определить значимый стимул от незначимого и запомнить его в головном мозге регистрируется когнитивный комплекс, который включает в себя восприятие (в виде первого позитивного пика Р1 с латентностью в области 75 мс), опознание и дифференцировку (в виде негативного пика N2 латентностью в области 170 мс) и принятие решения с запоминанием (в виде позитивной эндогенной волны Р300 латентностью в области 300-354 мс).

По данным различных научных источников выявлено, что основными структурами, ответственными за генерацию эндогенной волны Р300 являются гиппокамп, лобная доля, теменная область, таламус. На выделение эндогенной волны Р300 по данным (Polich J., 1993) влияют различные биологические переменные (табл.1).

В исследованиях В.В. Гнездицкого и A.M. Шамшиновой (Гнездицкий В.В. Вызванные потенциалы мозга в клинической практике. - М.: МЕДпресс-информ, 2003. - 264 с.; Гнездицкий В.В. Опыт применения вызванных потенциалов в клинической практике. - М.: Научно-медицинская фирма «МБН», 2008. - 213 с.), обследовавших здоровых испытуемых в возрасте 18-40 лет, выявлены нормы параметров эндогенной волны Р300 для возрастной группы 18-40 лет (табл.2).

При этом была обнаружена межполушарная асимметрия с амплитудным преобладанием эндогенной волны Р300 в левом полушарии в 64% и в 36% - в правом полушарии. Однако в данном исследовании отсутствовала информация: правши обследуемые или левши.

Технической задачей заявляемого изобретения является разработка способа диагностики функциональной межполушарной асимметрии с высокой достоверностью и объективностью.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в расширении области применения метода «Когнитивные Вызванные Потенциалы», с использованием его по новому назначению, а также возможности создания различных картин благодаря подаче звуковых стимулов в хаотичном ритме, и повышении достоверности и объективности способа за счет получения когнитивных эндогенных ответов с проекционных моторно-речевых зон головного мозга, с оценкой правого и левого полушария в комплексе и раздельно.

Поставленная задача решается тем, что в способе диагностики функциональной межполушарной асимметрии, включающем звуковую стимуляцию в виде серии щелчков, подаваемых в головные наушники обследуемого, регистрацию характеристик функционального состояния полушарий головного мозга и их математическую обработку, в качестве характеристик функционального состояния полушарий головного мозга регистрируют когнитивные эндогенные ответы в лобно-центральных отделах головного мозга обследуемого посредством электродов, установленных на поверхности головы в лобно-центральных отделах правого (F4-C4) и левого (F3-C3) полушарий по международной системе «10-20», причем при звуковой стимуляции обследуемый находится в состоянии активного бодрствования, в положении сидя, с закрытыми глазами, при этом в головные наушники биаурально, в случайном порядке, подают два типа тоновых щелчков интенсивностью от 50 до 100 дБ - значимые для диагностики частотой 2000 Гц и незначимые частотой 1000 Гц, причем интенсивность значимых тоновых щелчков меньше, чем у незначимых не менее чем на 10 дБ и их доля составляет 30% от общего количества тоновых щелчков, кроме того, одновременно обследуемый выполняет моторно-речевую пробу в виде подсчета вслух значимых тоновых щелчков с одновременным сжатием одной из рук в кулак, причем количество последовательных сжатий в кулак вначале одной, а потом другой рукой составляет 50% от количества значимых тоновых щелчков, при этом в обоих полушариях регистрируют латентность (L) и амплитуду (А) второго (N2) и третьего (N3) негативных пиков, а также третьего позитивного пика (Р3), причем регистрацию завершают при фиксации разницы значений амплитуды (А) при равной латентности (L) обоих полушарий, после чего производят обработку полученных данных при эпохе анализа не менее 750 мс, и последующий анализ, при этом определяют латентный индекс эндогенной волны Р300 по формулам

, ,

где

, - латентный индекс эндогенной волны Р300 для левого и правого полушария соответственно;

, - латентность третьего негативного пика N3 для левого и правого полушария соответственно, мс;

, - латентность второго негативного пика N2 для левого и правого полушария соответственно, мс;

, - латентность третьего позитивного пика Р3 для левого и правого полушария соответственно, мс;

а амплитуду эндогенной волны Р300 определяют по формулам

, ,

где

, - амплитуда эндогенной волны Р300 для левого и правого полушария соответственно, мкВ;

, - амплитуда второго негативного пика N2 для левого и правого полушария соответственно, мкВ;

, - амплитуда третьего позитивного пика Р3 для левого и правого полушария соответственно, мкВ,

причем в случаях, когда и ведущее полушарие - левое, при и ведущее полушарие - правое. Кроме того, при звуковой стимуляции подают значимые тоновые щелчки интенсивностью 70 дБ.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признак «в качестве характеристик функционального состояния полушарий головного мозга регистрируют когнитивные эндогенные ответы в лобно-центральных отделах головного мозга обследуемого посредством электродов, установленных на поверхности головы в лобно-центральных отделах правого (F4-C4) и левого (F3-C3) полушарий по международной системе «10-20» позволяет выявить объективные критерии диагностики функциональной межполушарной асимметрии, а также повысить точность и достоверность полученных данных, поскольку именно при подаче звуковых сигналов в виде тоновых щелчков наиболее активно происходит оценка и обработка сигнала с последующей передачей информации в лобные отделы коры, где происходит дифференцировка и запоминание информации.

Признак «при звуковой стимуляции обследуемый находится в состоянии активного бодрствования» обеспечивает высокий уровень восприятия задания, поскольку при пассивном расслабленном бодрствовании снижается концентрация внимания, повышается рассеянность и отвлекаемость.

Признак «[обследуемый находится] в положении сидя» также обеспечивает высокий уровень восприятия задания, поскольку лежа пациент может перейти в дремоту, что снизит внимание и концентрацию на обследовании, может заснуть, что снизит достоверность и может нарушить при движении положение датчиков, усилить помехи со стороны регистрирующих электродов, может поменять их положение на поверхности головы.

Признак «[обследуемый]... с закрытыми глазами» повышает сосредоточенность на обследовании, поскольку обследуемый не отвлекается на внешние раздражители, лучше воспринимает звуковую стимуляцию разной интенсивности, совершает меньше ошибок, более точно подсчитывает значимые тоновые щелчки.

Признак «в головные наушники биаурально, в случайном порядке, подают два типа тоновых щелчков интенсивностью от 50 до 100 дБ - значимые для диагностики частотой 2000 Гц и незначимые частотой 1000 Гц» и «доля [значимых тоновых щелчков] составляет 30% от общего количества тоновых щелчков» позволяет с более высокой надежностью выделить эндогенные ответы на значимые тоновые щелчки с эндогенной волной Р300, а ответ на незначимые тоновые щелчки совпадает с ответом на звуковую стимуляцию без опознавания.

Признак «интенсивность значимых тоновых щелчков меньше, чем у незначимых не менее чем на 10 дБ» улучшает распознавание значимых тоновых щелчков среди незначимых.

Признак «обследуемый выполняет моторно-речевую пробу в виде подсчета вслух значимых тоновых щелчков с одновременным сжатием одной из рук в кулак, причем количество последовательных сжатий в кулак вначале одной, а потом другой рукой составляет 50% от количества значимых тоновых щелчков» позволяет повысить интенсивность эндогенных ответов на значимые тоновые щелчки с расширением зоны регистрации по полушариям; во время опознания значимых тоновых щелчков с применением моторно-речевой пробы наблюдается активация медиальных и латеральных зон фронтальной коры на фоне активации центральных моторных зон.

Признак «в обоих полушариях регистрируют латентность (L) и амплитуду (А) второго (N2) и третьего (N3) негативных пиков, а также третьего позитивного пика (Р3), причем регистрацию завершают при фиксации разницы значений амплитуды (А) при равной латентности (L) обоих полушарий» позволяет с высокой вероятностью и достоверностью фиксировать характеристики эндогенных ответов на значимые тоновые щелчки.

Признак «производят обработку полученных данных» позволяет повысить эффективность диагностики за счет получения достоверных и стабильных данных путем фильтрации «шума», автоматического накопления, усреднения и построения графиков эндогенных ответов на значимые тоновые щелчки для левого и правого полушарий.

Признак «[обработку полученных данных] при эпохе анализа не менее 750 мс» позволяет с высокой вероятностью и достоверностью зафиксировать появление эндогенной волны Р300 в ходе процессов принятия решения и запоминания значимых тоновых щелчков.

Признаки «анализ, при этом определяют латентный индекс эндогенной волны Р300 по формулам

, ,

где

, - латентный индекс эндогенной волны Р300 для левого и правого полушария соответственно;

, - латентность третьего негативного пика N3 для левого и правого полушария соответственно, мс;

, - латентность второго негативного пика N2 для левого и правого полушария соответственно, мс;

, - латентность третьего позитивного пика Р3 для левого и правого полушария соответственно, мс;

а амплитуду эндогенной волны Р300 определяют по формулам:

, ,

где

, - амплитуда эндогенной волны Р300 для левого и правого полушария соответственно, мкВ;

, - амплитуда второго негативного пика N2 для левого и правого полушария соответственно, мкВ;

, - амплитуда третьего позитивного пика Р3 для левого и правого полушария соответственно, мкВ» позволяют определить количественное значение качественных критериев диагностирования функциональной межполушарной асимметрии.

Признаки «в случаях, когда и ведущее полушарие - левое, при и ведущее полушарие - правое» позволяют выявить тип полушарного доминирования.

На фиг.1 изображена схема регистрации эндогенных ответов на значимые тоновые щелчки, при подаче звуковой стимуляции через головные наушники.

На фиг.2 схематично изображен график эндогенного ответа на значимые тоновые щелчки с амплитудно-латентным анализом позитивных и негативных пиков.

На фиг.3 изображены графики эндогенных ответов на значимые тоновые щелчки у обследуемого А., 27 лет (правши), при моторно-речевой пробе, в момент сжатия правой руки в кулак, по примеру 1.

На фиг.4 изображены графики эндогенных ответов на значимые тоновые щелчки у обследуемого И., 24 года (левши), при моторно-речевой пробе, в момент сжатия левой руки в кулак, по примеру 2.

На фигурах изображены головные наушники 1 обследуемого, регистрирующие референтные 2 и активные электроды 3, а также заземляющий электрод 4, установленные на поверхности головы 5 обследуемого с помощью силиконовой шапки-сетки (не показана), при сжатии одной из рук 6 обследуемого в кулак, а также графики эндогенных ответов на значимые 7 тоновые щелчки.

Головные наушники 1 обследуемого известной конструкции и выполнены по известной технологии.

Референтные электроды 2 устанавливают на поверхности головы по Международной системе «10-20»: от центральной лобной области (Fz) отступ на 20 см в правую сторону - правая лобная область (F4) и на 20 см в левую сторону - левая лобная область (F3), от центральной области (Cz) отступ на 20 см в правую сторону - правая центральная область (С4) и на 20 см в левую сторону - левая центральная область (С3).

Активные электроды 3 располагают в области левого (M1) и правого (М2) мастоидов (задневисочная область левого и правого полушарий) - в области проекции слуховой коры левого и правого полушария.

Заземляющий электрод 4 располагают в центральной лобной области по сагиттальной линии (Fpz).

В головные наушники 1 биаурально, в случайном порядке, подают два типа тоновых щелчков - значимые и незначимые.

Графики эндогенных ответов на значимые 7 тоновые щелчки изображают в соответствии с общепринятым правилом изображения метода «Когнитивные Вызванные Потенциалы».

Заявляемый способ осуществляют следующим образом.

Предварительно на поверхности головы 5 обследуемого, который находится в затемненной шумоизолирующей комнате, с помощью силиконовой шапки-сетки устанавливают регистрирующие референтные 2 и активные электроды 3, а также заземляющий электрод 4.

Затем в головные наушники 1 биаурально, в случайном порядке, подают два типа тоновых щелчков - значимые для диагностики частотой 2000 Гц и интенсивностью 70 дБ и незначимые частотой 1000 Гц и интенсивностью 80 дБ, причем доля значимых тоновых щелчков составляет 30% от общего количества тоновых щелчков.

При этом обследуемый находится в состоянии активного бодрствования, в положении сидя, с закрытыми глазами, и выполняет моторно-речевую пробу в виде подсчета вслух значимых тоновых щелчков с одновременным сжатием одной из рук 6 в кулак, причем количество последовательных сжатий в кулак вначале одной, а потом другой рукой 6 составляет 50% от количества значимых тоновых щелчков.

Аппаратура для осуществления заявленного способа может применяться различная, в виде многофункционального компьютерного аппарата с программой исследования «Когнитивных вызванных потенциалов».

Авторами проводились исследования с помощью многофункционального компьютерного комплекса «Нейро-МВП» (г.Иваново, Россия) с техническими характеристиками, представленными в таблице 3.

В ходе звуковой стимуляции в обоих полушариях регистрируют латентность (L) и амплитуду (А) второго (N2) и третьего (N3) негативных пиков, а также третьего позитивного пика (Р3), причем регистрацию завершают при фиксации разницы значений амплитуды (А) при равной латентности (L) обоих полушарий при эпохе анализа не менее 750 мс, полученные данные фильтруют от «шума», автоматически накапливают, усредняют и строят графики эндогенных ответов 7 на значимые тоновые щелчки для левого и правого полушарий.

После чего анализируют эндогенные ответы на значимые тоновые щелчки отдельно по полушариям расчетным путем, при этом определяют латентный индекс эндогенной волны Р300 по формулам

, ,

где

, - латентный индекс эндогенной волны Р300 для левого и правого полушария соответственно;

, - латентность третьего негативного пика N3 для левого и правого полушария соответственно, мс;

, - латентность второго негативного пика N2 для левого и правого полушария соответственно, мс;

, - латентность эндогенной волны Р300 для левого и правого полушария соответственно, мс.

Амплитуду эндогенной волны Р300 определяют по формулам

, ,

где

, - амплитуда эндогенной волны Р300 для левого и правого полушария соответственно, мкВ;

, - амплитуда второго негативного пика N2 для левого и правого полушария соответственно, мкВ;

, - амплитуда третьего позитивного пика Р3 для левого и правого полушария соответственно, мкВ.

На заключительном этапе диагностируют функциональную межполушарную асимметрию путем выявления типа полушарного доминирования - когда и ведущее полушарие - левое, при и ведущее полушарие - правое.

Для реализации заявленного способа проводились исследования на кафедре нормальной физиологии ВГМУ, базе медицинского центра ООО «НЕВРОН» и ККЦСВМП г.Владивостока. Обследован 231 человек, добровольцы (практически здоровые) обоего пола: 144 - юноши и 87 - девушки, без заболеваний (практически здоровые), в возрасте 20-40 лет (молодой возраст по ВОЗ). Из литературных источников известно, что наиболее значимое влияние из биологических параметров эндогенной волны Р300 оказывают возраст, когнитивные способности и уровень бодрствования. Именно поэтому в исследуемую группу вошли только люди молодого возраста, без заболеваний.

Динамическое тестирование проводилось в первой половине дня (с 10 до 14 часов). Из исследования исключались добровольцы, имеющие жалобы в анамнезе на головные боли, эпизоды снижения слуха и зрения, а также перенесших черепно-мозговую травму (любой степени тяжести).

Легитимность исследования подтверждена решением Этического комитета ГБОУ ВПО ВГМУ (протокол №4, дело №19 от 24/01/2011 г.).

Предварительно в группе обследуемых определяли индивидуальный профиль латеральной организации (ПЛО), который включал оценку характера моторных асимметрий - определение степени правшества-левшества по моторному доминированию руки и ноги, а также сенсорных асимметрий - определение ведущего глаза и уха.

В результате тестирования были отобраны добровольцы с правым и левым профилем функциональной межполушарной асимметрии - всего 76 правшей (51 женщина и 25 мужчин) и 31 левша (18 мужчин и 13 женщин). Добровольцы со смешанным профилем функциональной межполушарной асимметрии из дальнейшего обследования были исключены.

Заявляемое изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример №1. Обследуемый А., мужчина, 27 лет.

При диагностике профиля латеральной организации (ПЛО) выявлено доминирование правых моторных функций (П), доминирование правого уха (П), доминирование правого глаза (П)=ППП - обследуемый «правша».

У обследуемого А., 27 лет, эндогенные ответы на значимые тоновые щелчки регистрировались с доминированием в лобных отделах (больше в области F3-C3). В таблице 4 представлены значения усредненной латентности (L) эндогенных ответов на значимые тоновые щелчки в лобно-центральных отделах левого и правого полушария в момент сжатия правой руки в кулак при моторно-речевой пробе.

Далее расчетным путем определили значение индексов эндогенной волны Р300 отдельно в левом и правом полушариях: ; .

Затем проводился амплитудный анализ эндогенных ответов на значимые тоновые щелчки в лобно-центральных отделах левого и правого полушарий в момент сжатия правой руки в кулак при моторно-речевой пробе (табл.5).

Далее расчетным путем определили амплитуды (А) эндогенной волны Р300 отдельно в левом и правом полушариях: ; .

Поскольку и можно сделать вывод, что ведущее полушарие у обследуемого А., 27 лет - левое.

Пример №2. Обследуемый И., мужчина, 24 года.

При диагностике профиля латеральной организации (ПЛО) выявлено доминирование левых моторных функций (Л), доминирование левого уха (Л), доминирование левого глаза (Л)=ЛЛЛ - обследуемый «левша».

У обследуемого И., 24 лет, эндогенные ответы на значимые тоновые щелчки регистрировались с доминированием в центральных отделах, но больше справа (в F4-C4). В таблице 6 представлены значения усредненной (по областям) латентности (L) эндогенных ответов на значимые тоновые щелчки, зарегистрированных в лобно-центральных отделах в момент сжатия левой руки в кулак при моторно-речевой пробе.

Далее расчетным путем определили значение индексов эндогенной волны Р300 отдельно в левом и правом полушариях: ; .

Затем проводился амплитудный анализ эндогенных ответов на значимые тоновые щелчки в лобно-центральных отделах левого и правого полушарий в момент сжатия левой руки в кулак при моторно-речевой пробе (табл.7).

Далее расчетным путем определили амплитуды (А) эндогенной волны Р300 отдельно в левом и правом полушариях: ; .

Поскольку и можно сделать вывод, что ведущее полушарие у обследуемого И., 24 года - правое.

По результатам исследований авторами были сделаны следующие выводы:

- выявлена разница в амплитудно-латентном преобладании эндогенной волны Р300 по полушариям: в группе правшей устойчивость компонентного состава эндогенной волны Р300 с меньшей латентностью и большей амплитудой регистрируется в левом полушарии, а у левшей - в правом полушарии,

- в группе правшей устойчивость компонентного состава эндогенной волны Р300 с меньшей латентностью и большей амплитудой регистрируется во фронтальных отделах F3-F7, а у левшей - в префронтальной области F4-C4.

Заявляемый способ позволяет повысить эффективность профессионального отбора людей в различные виды трудовой и спортивной деятельности, а также разработать оптимальные методы обучения и тренировки субъектов образовательного пространства, осуществляя индивидуальный подход к конкретному человеку. Предлагаемое техническое решение может быть использовано в изучении биологических основ индивидуальных различий между правшами и левшами, выявлении роли индивидуально-типологических свойств в трудовой, учебной, спортивной деятельности и для оценки прогноза при заболеваниях нервной системы в зависимости от доминирующего полушария мозга.