Введение

Нарушения сна как проявление нейробиологического дисбаланса между возбуждением и деактивацией можно рассматривать в качестве трансдиагностичес­кого симптома при оценке функционирования мозга и психического здоровья [1]. Концепция, рассматриваю­щая поведение, связанное со сном, как его составную часть, характеризующуюся взаимодействием между поведенческими и нейробиологическими аспектами личности [2, 3], представляется перспективной при исследовании влияния свойств индивидуальности и функционального состояния субъекта перед сном. Высокая коморбидность тревожных расстройств и нарушений сна обусловливает важность исследования взаимо­влияния активационных процессов, вовлеченных в патофизиологию этих нарушений, уровня тревожнос­ти субъекта и его функционального состояния [4–6].

Ранее в исследованиях с участием здоровых испытуемых при самопроизвольном пробуждении из второй стадии дневного сна с последующим возобновлением психомоторного теста [7] мы установили: чем тревожнее субъект, тем менее эффективна его деятельность в этих условиях [8]. Кроме того, было показано, что высокоамплитудные низкочастотные колебания (НК) [9] учащаются при пробуждении перед возобновлением деятельности (нажатиями на кнопку и их счетом про себя) по отношению к другим фрагментам дневного сна, что позволило рассматривать их как показатель активации [10]. Было также выявлено, что в 20-секундные периоды перед началом такой психомоторной деятельности присутствуют два активационных паттерна, включающих НК и альфа-колебания [11]: перед началом нажатий и во временнόм промежутке 10–20 с до него [12]. При этом амплитудные характеристики НК были выше при более эффективном выполнении теста [13].

Основываясь на этих результатах, мы поставили перед собой цель сопоставить уровень тревожности в сочетании с самооценкой текущего функционального состояния здоровых испытуемых и амплитудные характеристики активационных паттернов ЭЭГ в условиях самопроизвольного пробуждениях из дневного сна с последующим возобновлением деятельности.

Задачи исследования включали:

• оценку дельта- и альфа-амплитудных характерис­тик в этот период;
• определение корреляции между этими характеристиками и уровнем тревожности (результаты тестирования по клиническому опроснику тревожности и депрессии, HADS) и функциональным состоянием (опросник САН – самочувствие, активность, настроение).

Материал и методы

В исследовании приняли участие 27 студентов. Средний возраст – 20 ± 1,1 года. Все добровольцы были предварительно ознакомлены с процедурой исследования и дали письменное согласие на участие в нем. Исследование соответствовало этическим нормам Хельсинкс­кой декларации Всемирной медицинской ассоциации «Этические принципы проведения научных медицинс­ких исследований с участием человека» с поправками 2000 г., Правилам клинической практики в Российской Федерации, утвержденным приказом Минздрава России от 19 июня 2003 г. № 266, и заключению локального этического комитета Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН от 2019 г. № 0.043.

Для оценки мощностных характеристик биоэлектричес­кой активности коры проводили непрерывное вейвлет-преобразование на основе «материнского» комплексного Morlet-вейвлета. Анализировались 20-секундные отрезки ЭЭГ, предшествовавшие пробуждению из второй стадии сна с полным восстановлением психомоторной деятельности. Полным считали такое выполнение теста, при котором испытуемый после пробуждения правильно выполнял задание первой фазы теста, то есть нажимал десять раз на кнопку, и далее через период времени, соизмеримый с временем счета «про себя» от одного до десяти (около десяти секунд, вторая фаза теста), полностью снова воспроизводил первую фазу.

Карты распределения значений модуля коэффициента вейвлет-преобразования (КВП) строили в полосе 0,5–40 Гц с шагом 0,5 Гц и разрешением по времени 0,01 с. В частотных диапазонах дельта (0,5–3,5 Гц), тета (4–7 Гц), альфа-1 (8–10,5 Гц) и альфа-2 (11–13,5 Гц) и бета-ритмов (14–21 Гц) проводили усреднение КВП по частотам и далее по времени, в односекундных интервалах. В интервалах, где в исходной ЭЭГ присутствовали НК, в том числе К-комплексы, вручную выделяли два максимальных значения в дельта-диапазоне, как минимум в три раза превышающие амплитудные значения дельта-диапазона соседних временнх интервалов. Такие характеристики паттернов активации были выделены у 19 испытуемых. В интервалах с выделенными максимумами амплитудных характеристик дельта-диапазона обрабатывали и амплитудные характеристики других исследуемых ритмов ЭЭГ. Для всех выделенных амплитудно-мощностных характеристик ЭЭГ с помощью коэффициента корреляции Пирсона устанавливали статистическую связь с тревожностью и функциональным состоянием испытуемых.

Результаты

Связь уровня тревожности в сочетании с показателями функционального состояния и электрофизиологическими характеристиками двух активационных паттернов, предшествовавших пробуждению из второй стадии дневного сна, продолжавшегося психомоторной деятельностью, представлена на рис. 1 и 2.

Мы отразили на картах-схемах корреляции с уровнем значимости p < 0,1 (уровень тенденции), чтобы читатель получил более подробное представление о распространенности исследуемых корреляционных отношений.

Обсуждение

Полученные данные свидетельствуют о существовании корреляционных связей между уровнем тревожности испытуемых в сочетании с самооценкой их функционального состояния перед опытом и амплитудными характеристиками двух последовательных активационных паттернов (АП) ЭЭГ при спонтанных пробуждениях с последующим выполнением психомоторной деятельности. Для первого АП, начинавшегося за 10–20 с до начала нажатий на кнопку, показана отрицательная корреляция амплитуды НК, включающих К-комплексы, с уровнем тревожности – билатерально в центральных и каудальных областях коры.

Согласно современным данным литературы, К-комп­лексы выполняют двойную функциональную роль в обеспечении цикла «сон – бодрствование»: связываются с процессами активации с последующими пробуждениями [10, 11] и стабилизируют сон, защищая от внешних раздражителей. Можно предположить, что более низкая амплитуда НК в первом АП у более тревожных испытуемых свидетельствует об ослаблении функции «защиты» сна, благодаря чему сон становится в целом более фрагментарным и легче нарушается под воздействием внешних или внутренних стимулов. Это укладывается в клиническую картину нарушений сна у больных с тревожными расстройствами [4, 5]. На величину этого НК также влияет настроение испытуемого перед началом эксперимента. Здесь корреляционная связь положительна: с улучшением настроения увеличивается его амплитуда и наоборот – сниженный эмоциональный фон приводит к более низким показателям амп­литуды НК.

Как известно, более тревожные люди характеризуются преобладанием сниженного настроения, ожиданием и постоянным отслеживанием негативных ситуаций во время бодрствования. Считается, что эмоциональные процессы в состоянии бодрствования и во время сна обеспечиваются сходными нейронными субстратами, тем самым обосновывается их сходство в цикле «сон – бодрствование» [14]. В литературе высказывается предположение о преемственности между дневными и ночными переживаниями. В сновидениях во многом отражается позитивный или негативный опыт предыдущего дня, который влияет на качество сна в последующую ночь и зависит от индивидуальных различий в обработке аффективной информации [15]. Например, люди, которые в большей степени испытывали ежедневное беспокойство во время эпидемии COVID-19, сообщали, что переживают больше негативных эмоций во сне [16].

Для первого АП показаны положительные корреляции амплитудных характеристик низкочастотного альфа-ритма, сопровождающего НК с уровнем активности и настроения субъекта перед опытом. Согласно данным литературы, НК может сопровож­даться практически всеми общепринятыми в исследованиях ритмами, создавая континуум активационных паттернов [11]. Нами показано, что альфа-ритм сопровождает ранние НК в условиях эффективного восстановления психомоторной деятельности [17]. Мы предполагаем, что этот АП облегчает последующее пробуждение и последующую деятельность в условиях инерции сна. Ранее нами также было показано негативное влияние уровня тревожности на эффективность восстановления деятельности [8]. В настоящем исследовании все субъекты выполняли тест безошибочно. Можно предположить, что положительные корреляции уровня тревожности с амп­литудой позднего НК в передней и задней височных областях оптимизируют ресурсы памяти и внимания у более тревожных субъектов при пробуждении. Реципрокные корреляционные связи амплитуды позднего НК и уровней активности и настроения можно объяснить следующим. При сниженном функциональном состоянии субъекта необходим более высокий уровень активации, обеспечивающий переход в бодрствующее состояние и немедленное эффективное возобновление деятельности, прерванной кратко­временным эпизодом сна.

Заключение

Обнаруженные связи характеристик высокоамплитудных НК и сопутствующей им низкочастотной альфа-активности ЭЭГ при активациях, предшествовавших пробуждению из дневного сна, с уровнем тревожности и показателями функционального состояния субъекта перед сном дает объективную оценку влияния на фрагментацию сна индивидуаль­ности испытуемого. Полученные результаты полезны при междисциплинарном подходе к исследованиям нарушений баланса между возбуждением и дезактивацией и их взаимовлияния на состояние бодрствования и сон пациента.

EEG Characteristics and Anxiety Level During Brain Activations Before Awakenings from the Second Stage of Daytime Sleep Accompanied by Psychomotor Activity

Ye.A. Cheremushkin, PhD, N.Ye. Petrenko, PhD, V.B. Dorokhov, PhD

Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology RAS    

Contact person: Yevgeny A. Cheremushkin, khton@mail.ru

In 19 healthy subjects, correlations of anxiety level in combination with indicators of functional state and characteristics of EEG activation patterns that preceded spontaneous awakening from the 2nd stage of daytime sleep and the following activity were investigated. The main results were obtained for an activation pattern beginning 10–20 s before awakening and subsequent performance of a psychomotor test that was interrupted by a sleep episode. The amplitude of high-amplitude low-frequency oscillations (including K-complexes) decreased with increasing anxiety severity and decreasing mood level. At the same time, the amplitude characteristics of the low-frequency alpha rhythm decreased with decreasing levels of activity and mood of the subject before the experience. The observed relationships between the characteristics of high-amplitude low-frequency oscillations and accompanying low-frequency alpha EEG activity during activations preceding awakening from daytime sleep provide an objective assessment of the influence on sleep fragmentation of the subject's personality and functional state before falling asleep. The findings are useful in an interdisciplinary approach to investigating disturbances in the balance between arousal and deactivation and their reciprocal effects on a patient's wakefulness and sleep.