Яковенко Ирина Анатольевна — кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН.
117485, Москва, Бутлерова, д. 5а, тел.: 8-495-334-92-05
Neurobiology of Sleep and Wake Lab.
Шумов Дмитрий Ефимович — инженер.
117485, Москва, Бутлерова, д. 5а, тел.: 8-495-334-92-05
Neurobiology of Sleep and Wake Lab.
Петренко Надежда Евгеньевна — кандидат биологических наук, научный сотрудник.
117485, Москва, Бутлерова, д. 5а, тел.: 8-495-334-92-05
Neurobiology of Sleep and Wake Lab.
Козлов Михаил Кириллович — ведущий инженер.
117485, Москва, Бутлерова, д. 5а, тел.: 8-495-334-92-05
Neurobiology of Sleep and Wake Lab.
Дорохов Владимир Борисович — доктор биологических наук, заведующий лабораторией нейробиологии сна и бодрствования.
117485, Москва, Бутлерова, д. 5а, тел.: 8-495334-92-05
Neurobiology of Sleep and Wake Lab.
Взаимодействие ритмов энцефалограммы (ЭЭГ) является важным показателем функционального состояния мозга человека. В настоящее время существуют три теории, объясняющие такое взаимодействие: а) коммуникация нейронных популяций; б) нейронное взаимодействие; в) взаимодействие генераторов изучаемых частот. Известно, что тета-ритм связывают с функционированием кортико-гиппокампальной системы, альфа-ритм — таламо-кортикальной, а бета-ритм — может быть включен в работу обеих корково-подкорковых систем. Представленная работа может прояснить особенности взаимодействия вышеописанных корково-подкорковых систем. Существует ряд публикаций, посвященных изучению взаимодействия ритмов ЭЭГ при различных видах психической деятельности. При этом в последние годы возник интерес к связи ритмов на разных стадиях сна. В задачу нашей работы входило изучение взаимодействия тета-, альфа- и бета-ритмов ЭЭГ на первой стадии сна. В исследовании приняли участие 22 испытуемых в возрасте от 18 до 22 лет. Регистрировалась многоканальная ЭЭГ во время дневного сна участников эксперимента. Для обработки выбирали отрезки ЭЭГ с хорошо выраженным тета-ритмом, поскольку он является «доминирующим» на первой стадии сна. Затем осуществлялась диапазонная фильтрация сигнала ЭЭГ. Были выделены следующие ритмы: тета-ритм (4—7 Гц), альфа-ритм (8—13 Гц), бета-1- (14—19 Гц) и бета-2-ритмы (20—25 Гц). После этого для каждого диапазона на каждой секунде вычислялась средняя амплитуда как корень квадратный из дисперсии сигнала ЭЭГ. В качестве меры, оценивающей взаимодействие ритмов ЭЭГ, использовали коэффициент корреляции Пирсона. В результате было установлено, что первая стадия сна характеризуется: а) отсутствием связей тета-ритма с другими ритмами; б) наличием связей альфа—бета-1-, альфа—бета-2- и бета-1—бета-2-ритмов-; в) ростом амплитуды тета-ритма; г) снижением амплитуд альфа- и бета-ритмов. Как уже отмечалось выше, тета-ритм связывают с функционированием кортико-гиппокампальной системы, а альфа-ритм — таламо-кортикальной. В нашей работе показаны два сосуществующих вида функционирования этих систем: 1) «независимый» кортико-гиппокампального круга и 2) связанный с другими ритмами, в частности, с бета-ритмом, таламо-кортикальный. Вероятно, эта неоднородность является условием того, что первая стадия сна может быть нестабильной. Показано увеличение амплитуды тета-ритма на первой стадии сна, по отношению к этому показателю в состоянии спокойного бодрствования. Это традиционно связывается с увеличением восходящих влияний лимбических структур мозга. Амплитуды альфа- и бета-ритмов на первой стадии сна достоверно уменьшились, что говорит об ослаблении влияния префронтальных отделов коры на центры заднего гипоталамуса. Исходя из этого, можно предположить, что наступление первой стадии сна может обеспечиваться разнородным характером взаимодействия ритмов, и, соответственно, различным функционированием кортико-гиппокампальной и таламо-кортикальной систем.
The coupling of EEG rhythms is an important indicator of the functional state of the human brain. Currently, there are three theories explaining such interaction: a) communication of neural populations; b) neural interaction; c) interaction of generators of the studied frequencies. It is known that theta-rhythm is associated with the functioning of the cortico-hippocampal system, and alpha-thalamo-cortical, and beta-can be included in the work of both cortico— subcortical systems. The presented work can clarify the features of the interaction of the above-described cortical-subcortical systems. There are a number of works devoted to the study of the coupling of EEG rhythms in various types of mental activity. In recent years, there has been interest in the connection of rhythms at different stages of sleep. The task of our work was to study the interaction of theta-, alpha- and beta-rhythms of EEG in the first stage of sleep. The study involved 22 subjects aged 18 to 22 years. Multichannel EEG was recorded during the daytime sleep of the experiment participants. EEG segments with a well-defined theta-rhythm were selected for processing, since it is «dominant» at the first stage of sleep. Then the range filtering of the EEG signal was carried out. The following rhythms were distinguished: theta-rhythm (4—7 Hz), alpha-rhythm (8—13 Hz), beta-1- (14—19 Hz) and beta-2-rhythm (20—25 Hz). After that, for each range at each second, the average amplitude was calculated as the square root of the EEG signal dispersion. Pearson correlation coefficient was used as a measure to evaluate the interaction of EEG rhythms. As a result, it was found that the first stage of sleep was characterized by: a) lack of connections of theta-rhythm with other rhythms; b) the presence of links alpha—beta-1-, alpha—beta-2- and beta-1—beta-2-rhythms, c) the increase of the amplitude of the theta-rhythm and d) decrease the amplitude of alpha- and beta-rhythms. As noted above, theta-rhythm is associated with the functioning of the cortico-hippocampal system, and alpha — thalamo-cortical. In our work two coexisting types of functioning of these systems are shown: «independent» cortical-hippocampal circle and connected with other rhythms, in particular with beta-rhythm, thalamo-cortical. Probably, this heterogeneity is a condition that the first stage of sleep can be unstable. An increase in the amplitude of the theta-rhythm at the first stage of sleep in relation to the state of quiet wakefulness is shown. This is traditionally associated with an increase in the ascending effects of the limbic structures of the brain. The amplitudes of alpha- and beta-rhythms at first stage of sleep were significantly reduced, which indicates a weakening of the influence of prefrontal cortex on the centers of the posterior hypothalamus. Based on this, it can be assumed that the onset of first stage of sleep can be provided by the heterogeneous nature of the coupling of rhythms, and accordingly, the different functioning of the cortico-hippocampal and thalamocortical systems.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.