Характеристики электроэнцефалограммы и уровень тревожности при активациях мозга перед пробуждениями из второй стадии дневного сна, сопровождающихся психомоторной активностью

Рис. 1. Приведены названия отведений ЭЭГ

Рис. 2. Обозначения, как на рис. 1

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.