ОЦЕНКА ИНДИВИДУАЛЬНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЧЕЛОВЕКА К ОСТРОЙ ГИПОКСИИ ПО ИНТЕГРАЛЬНЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ СТРУКТУРНОЙ ФУНКЦИИ МНОГОКАНАЛЬНОЙ ЭЭГ
PDF

Ключевые слова

острая нормобарическая гипоксия
индивидуальная гипоксическая устойчивость человека
мозг
ЭЭГ-маркёры гипоксии
структурная функция
математический анализ ЭЭГ

Как цитировать

Рожков, В. П., Трифонов, М. И., Бурых , Э. А., & Сороко, С. И. (2019). ОЦЕНКА ИНДИВИДУАЛЬНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЧЕЛОВЕКА К ОСТРОЙ ГИПОКСИИ ПО ИНТЕГРАЛЬНЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ СТРУКТУРНОЙ ФУНКЦИИ МНОГОКАНАЛЬНОЙ ЭЭГ. Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова, 105(7), 832–852. https://doi.org/10.1134/S0869813919070082

Аннотация

Оценивали влияние острой гипоксии на электрическую активность головного мозга у 32 мужчин 19-45 лет. Состояние гипоксии моделировали, используя для дыхания газовые смеси с 8% содержанием кислорода в азоте. С помощью структурной функции многоканальной ЭЭГ вычисляли интегральные параметры (ИП), характеризующие меру временной и пространственной (корреляционной) связности колебаний биопотенциалов. Описаны особенности изменений ИП и обобщенного спектра ЭЭГ у лиц с различной степенью устойчивости к гипоксии. У лиц с высокой устойчивостью к гипоксии в динамике временного ИП выделены ряд фаз компенсаторной реакции, отражающих изменения функционального состояния ЦНС при общей тенденции к снижению уровня физиологической лабильности. В случае низкой устойчивости к гипоксии уже после 3 – 7-ми минут дыхания обедненной кислородом смесью отмечался резкий сдвиг величин временного ИП, характеризующий увеличение временной связности и инерционности в ЭЭГ, снижение функциональной лабильности ЦНС. Показана возможность использования нормированных пространственного и временно́го интегральных параметров ЭЭГ для оценки критического уровня гипоксии.

https://doi.org/10.1134/S0869813919070082
PDF

Литература

Малкин В.Б., Гиппенрейтер Е.Б. Острая и хроническая гипоксия. Проблемы космической биологии. Москва. Наука. Т. 35. 1977. [Malkin V.B., Gippenreiter E.B. Ostraia i khronicheskaia gipoksiia. Problemy kosmicheskoi biologii [Acute and chronic hypoxia. Prob. Kosm. Biol. 35:]. Moscow. Nauka. 1977].

Новиков В. С., Сороко С. И. Физиологические основы жизнедеятельности человека в экстремальных условиях. СПб. Политехника-принт. 2017. [Novikov V. S., Soroko S. I. Fiziologicheskie osnovy zhiznedeiatelnosti cheloveka v ekstremalnykh usloviiakh. [Physiological basis of human life in extreme conditions]. St. Petersburg. Politehnika-print. 2017].

McMorris T, Hale B.J., Barwood M., Costelloa J., Corbett J. Effect of acute hypoxia on cognition: A systematic review and meta-regression analysis. Neurosci. Biobehav. Rev. 74(Pt A): 225–232. 2017.

Virués-Ortega J., Buela-Casal G., Garrido E., Alcázar B. Neuropsychological functioning associated with high-altitude exposure. Neuropsychol. Rev. 14(4): 197-224. 2004.

Сороко С.И., Бурых Э. А., Бекшаев C. C., Рожков В. П., Бойко Е. Р. Индивидуальные особенности системных реакций организма человека на острую гипоксию. Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова. 98(11): 1396-1415. 2012. [Soroko S.I., Burykh E. A., Bekshaev C. C., Rozhkov V. P., Boiko E. R. Individual systemic reactions of human organism under acute hypoxia. Ross. Fiziol. Zh. Im. I. M. Sechenova. 98(11): 1396-1415. 2012. (In Russ.)]

Divert V.E, Krivoschekov S.G., Vodyanitsky S.N. Individual-typological assessment of cardiorespiratory responses to hypoxia and hypercapnia in young healthy men. Hum Physiol. 41(2): 166-174. 2015.

Кривощеков С. Г., Леутин В.П., Диверт В.Э. Системные механизмы адаптации и компенсации. Бюллетень СО РАМН. Новосибирск. 2(112): 148–153. 2004. [Krivoshchekov S. G., Leutin V.P., Divert V.E. System mechanisms of adaptation and compensation. Biulleten SO RAMN. 2(112): 148–153. 2004. (In Russ.)]

Сороко С.И., Бекшаев С.С., Сидоров Ю.А. Основные типы механизмов саморегуляции мозга. Л. Наука. 1990. [Soroko S.I., Bekshaev S.S., Sidorov Iu.A. Osnovnye tipy mekhanizmov samoreguliatcii mozga. [The main types of brain self-regulation mechanisms]. Leningrad. Nauka. 1990. (In Russ.)].

Gastaut H, Bostem F, Fernandez-Guardiola A, Naquet R, Gibson W. Hypoxic activation of the EEG by nitrogen inhalation. In: Cerebral Anoxia and the Electroencephalogram. Eds. Gastaut H, Meyer JS. Springfield. IL. Charles C Thomas. 343-54. 1961.

Ozaki, H., Watanabe, S., Suzuki, H. Topographic EEG changes due to hypobaric hypoxia at simulated high altitude. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 94(5): 349–356. 1995.

Zhao J.P., Zhang R., Yu Q., Zhang J.X. Characteristics of EEG activity during high altitude hypoxia and lowland reoxygenation. Brain Res. 1648 (Pt A): 243-249. 2016.

Papadelis, C., Kourtidou-Papadeli, C., Bamidis, P.D., Maglaveras, N., Pappas, K. The effect of hypobaric hypoxia on multichannel EEG signal complexity. Clin. Neurophysiol. 118(1): 31–52. 2007.

Ginsburg D. A., Pasternak E. B., Gurvitch A. M. Correlation analysis of delta activity generated in cerebral hypoxia. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 42(4): 445-455. 1990.

Рожков В.П., Сороко С.И., Трифонов М.И., Бекшаев С.С., Бурых Э.А., Сергеева Е.Г. Корково-подкорковые взаимодействия и регуляция функционального состояния мозга при острой гипоксии у человека. Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 94(5): 481-501. 2008. [Rozhkov V.P., Soroko S.I., Trifonov M.I., Bekshaev S.S., Burykh E.A., Sergeeva E.G. Cortical-subcortical interactions and the brain functional state regulation under acute hypoxia in man. Ross. Fiziol. Zh. Im. I. M. Sechenova. 94(5): 481-501. 2008. (In Russ.)]]

Hindriks R., Adhikari M. H., Murayama Y., Ganzetti M., Mantini D., Logothetis N. K., Deco G. Can sliding-window correlations reveal dynamic functional connectivity in resting-state fMRI? Neuroimage. 127: 242-256. 2016.

Каплан А.Я., Бьен Дж. Г., Тимашев С.Ф., Встовский Г.В., Пак Б.У. Функциональная изменчивость автокорреляционной структуры ЭЭГ. Журн. высш. нерв. деят. 56(3): 389-392. 2006. [Kaplan A.Ia., Ben Dzh. G., Timashev S.F., Vstovskii G.V., Pak B.U. Functional variability of the autocorrelation structure of the EEG. Zh. Vyssh. Nerv. Deiat. Im. I. P. Pavlova. 56(3): 389-392. 2006. (In Russ.)].

Колмогоров А.Н. Локальная структура турбулентности в несжимаемой вязкой жидкости при очень больших числах Рейнольдса. Докл. АН СССР. 30(4): 299-303. 1941. [Kolmogorov A.N. The local structure of turbulence in incompressible viscousn fluid for very large Reynolds numbers. Dokl. Acad. Nauk SSSR. 30(4): 299-303. 1941. (In Russ.)]

Прохоров С.А., Графкин В.В. Структурно-спектральный анализ случайных процессов. Самара. СНЦ РАН. 2010. [Prokhorov S.A., Grafkin V.V. Strukturno-spektralnyi analiz sluchainykh protcessov [Structural-spectral analysis of random processes]. Samara. SNTC RAN. 2010. (In Russ.)].

Trifonov M. The structure function as new integral measure of spatial and temporal properties of multi-channel EEG. Brain informatics. 3(4): 211-220. 2016.

Conte E., Khrennikov A., Federici A., Zbilut J.P. Fractal fluctuations and quantum-like chaos in the brain by analysis of variability of brain waves: A new method based on a fractal variance function and random matrix theory: A link with El Naschie fractal Cantorian space–time and V. Weiss and H. Weiss golden ratio in brain. Chaos Soliton Fract. 41(5): 2790–2800. 2009.

Timashev S.F., Panischev O.Yu., Polyakov Y.S., Demin S.A., Kaplan A.Ya. Analysis of cross-correlations in electroencephalogram signals as an approach to proactive diagnosis of schizophrenia. Physica A Stat. Mech. Appl. 391(4): 1179–1194. 2012.

Trifonov M., Rozhkov V. Age-related changes in probability density function of pairwise Euclidean distances between multichannel human EEG signals. J. Biosci. Med. 2(4): 19-23. 2014.

Rozhkov V.P., Trifonov M.I., Bekshaev S.S., Belisheva N.K., Pryanichnikov S.V., Soroko S.I. Assessment of the Effects of Geomagnetic and Solar Activity on Bioelectrical Processes in the Human Brain Using a Structural Function. Neurosci. Behav. Physiol. 48(3): 317-326. 2018.

Ухтомский А.А. Собрание сочинений. Т. II. Парабиоз, физиологическая лабильность, усвоение ритма. Л. Изд-во Ленинградского государственного университета. 1951. [Ukhtomskij A.A. Sobranie sochinenii. T. II. Parabioz, fiziologicheskaia labilnost, usvoenie ritma. [Collection works. 2:. Parabiosis, physiological lability, assimilation of a rhythm] Leningrad. Publishing house LSU. 1951. (In Russ.)].

Ливанов М.Н. Пространственная организация процессов головного мозга. М.: Наука, 1972. [Livanov M.N. Prostranstvennaia organizatciia protcessov golovnogo mozga [Spatial organization of cerebral processes]. Moscow. Nauka. 1972. (In Russ.)].

Thiagarajan T. Interpreting electrical signals from the brain. Acta Physica Polonica B. 49(12): 2095-2125. 2018.

Seghier M.L., Price C.J. Interpreting and Utilising Intersubject Variability in Brain Function. Trends Cogn. Sci. 22(6): 517-530. 2018.

Wei C-S., Lin Y-P., Wang Y-T., Lin C-T., Jung T-P. A subject-transfer framework for obviating inter- and intra-subject variability in EEG-based drowsiness detection. Neuroimage. 174: 407-419. 2018.

Roy Y., Banville H., Albuquerque I., Gramfort A., Falk T.H., Faubert J. Deep learning-based electroencephalography analysis: a systematic review. arXiv:1901.05498v2 [cs.LG] 20 Jan 2019. https://arxiv.org/pdf/1901.05498.pdf

Trifonov M. I., Panasevich E. A. Prediction of Successful Personal Cognitive Performance Based on Integrated Characteristics of Multichannel EEG. Human Physiology. 44(2): 208–215. 2018.

Васильев К.К., Глушков В.А., Дормидонтов А.В., Нестеренко А.Г. Теория электрической связи. Ульяновск. УлГТУ. 2008. [Vasil’ev K.K., Glushkov V.A., Dormidontov A.V., Nesterenko A.G. Teoriya elektricheskoj svyazi [Theory of electrical communication]. Ul'yanovsk. UlGTU. 2008. (In Russ.)].

Павлов И.П. Полн. cобр. соч. М. Изд-во АН СССР. 1951-1952. Т. 3. Кн. 2. с. 268. [Pavlov I.P. Poln. sobr. soch. [Full composition of writings]. 3(2): 268. Moscow. Publishing House of the USSR Academy of Sciences. 1951-1952. (In Russ.)].

Введенский Н.Е. (1901) Избр. произв. Ч. 2. Возбуждение, торможение и наркоз. М. Изд-во АН СССР. 1951. [Vvedenskij N.E. Izbr. proizv. Vozbuzhdenie, tormozhenie i narkoz. [ Selected works. Pt. 2. Excitation, inhibition and narkosis.]. Moskow. Publishing House of the USSR Academy of Sciences. 1951. (In Russ.)].

Lehmann D., Ozaki H., Pal I. EEG alpha map series: brain micro-states by space-oriented adaptive segmentation. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 67(3): 271–288. 1987.

Khanna A., Pascual-Leone A., Michel C.M., Farzan F. Microstates in Resting-State EEG: Current Status and Future Directions. Neurosci. Biobehav. Rev. 49: 105–113. 2015.

Леонова А.Б. Психодиагностика функциональных состояний человека. М. Издательство Московского университета. 1984. [Leonova A.B. Psikhodiagnostika funktcionalnykh sostoianii cheloveka [Psychodiagnostics of human functional states]. Moscow. Moscow University Press. 1984. (In Russ.)].

Schellart N.A., Reits D. Transient and maintained changes of the spontaneous occipital EEG during acute systemic hypoxia. Aviat. Space Environ. Med. 72(5): 462-470. 2001.

Schneider S., Strüder H. K. Monitoring effects of acute hypoxia on brain cortical activity by using electromagnetic tomography. Behav. Brain Res. 197(2): 476–480. 2009.

Saletu B., Grunberger J., Andere P., Linzmayer L., Konig P. On the cerebro-protective effects of caroverine, a calcium-channel blocker and antiglutamatergic drug: double-blind, placebo-controlled, EEG mapping and psychometric studies under hypoxia. Br. J. Clin. Pharmacol. 41(2): 89-99. 1996.