Динамика уровня серотонина в сеансах прослушивания акустического образа собственной ЭЭГ

Авторы:
Константинов К.В., Карпенко М.Н., Леонова М.К.
ГУ НИИ экспериментальной медицины НИИЭМ РАМН, СПб

Опубликовано: X International Congress Neuroscience for Medicine and Psychology, Sudac, Criemea, Russia,
June 2-12, 2014, p. 188.

При разработке средств восстановления нарушенных функций ЦНС предпочтение в последнее время отдается немедикаментозным способам, основанным на адекватных и «физиологичных» воздействиях. Среди известных техник можно выделить методы биологической обратной связи [13] и различные варианты сенсорной стимуляции, применяемые, например, в условиях аудиовизуальных воздействий [15, 16, 18] или так называемой музыкотерапии [14]. Данные методы, несмотря на перспективность нефармакологического подхода, имеют ряд ограничений, существенно снижающих эффективность их применения. Например, эффективность нейробиоуправления существенно зависит от сохранности когнитивной и эмоционально-волевой сфер, а для успешного использования музыкотерапии необходим учет девиации реакций структур мозга у разных индивидуумов на конкретные музыкальные произведения.

В Физиологическом отделе им. И.П. Павлова ФГБУ НИИ ЭМ (Санкт-Петербург) разработан метод биоакустической коррекции (БАК) функционального состояния ЦНС. В основе метода БАК используется концепция непроизвольной саморегуляции. Содержание этой концепции заключается не в компенсации нарушенных физиологических функций, а в активации естественных процессов регулирования, которые в норме осуществляются непроизвольно, но оказались подавлены в результате неблагоприятного сочетания факторов внешней среды и индивидуально-личностных особенностей. Активация процессов саморегуляции осуществляется акустической стимуляцией согласованной с текущей биоэлектрической активностью мозга. Предъявление музыкоподобных звуков, параметры которых согласованы с показателями ритмической структуры ЭЭГ и синхронны с событиями биоэлектрической активности мозга, создает уникальные условия адаптивной стимуляции. Такой вариант сенсорной стимуляции, который совмещает в себе элементы биологической обратной связи, аудиовизуального воздействия и музыкотерапии, позволяет активировать естественные процессы саморегуляции, что способствует эффективному восстановлению функционального состояния ЦНС.

Показано, что применение метода БАК у детей с синдромом дефицита внимания и гиперактивностью уменьшает количество клинических признаков заболевания: невнимательности, импульсивности и гиперактивности [9]. Применение БАК на группе больных неврозом с астеническим синдромом способствует нормализации психоэмоционального состояния, что выражается в снижении показателей реактивной и личностной тревожности, улучшении самочувствия, активности и настроения, увеличении уровня альфа-ритма, снижении выраженности бета-активности, снижении уровня асимметрии распределения периодов колебаний ЭЭГ [3]. У больных с органическими поражениями головного мозга изучена динамика восстановления когнитивных функций после проведения комплексной медицинской реабилитации с применением метода БАК. Показано, что применение метода БАК способствует восстановлению когнитивных функций, снижению тревожности и нормализации параметров ЭЭГ [5]. У подростков с дебютом вялотекущей шизофрении изучалась возможность функциональной коррекции аффективных расстройств на основе непроизвольной саморегуляции психоэмоционального состояния методом БАК, проводимого в комплексной терапии. Выявлено, что применение данного метода приводит к выраженному и устойчивому снижению уровня депрессии и тревоги. У больных значительно улучшается самочувствие и настроение, уменьшается чувство беспомощности, страх за себя и чувство одиночества, нормализуется сон [11].

Предполагаемый механизм восстановления функционального состояния ЦНС в условиях биоакустической коррекции заключается в активации регуляторных структур мозга, прежде всего, лимбических и стволовых образований. Активация этих структур в условиях БАК может быть обусловлена скоррелированностью предъявления «звуков мозга» с событиями текущей биоэлектрической активности.

Ранее нами было показано, что в сеансе прослушивания акустического образа ЭЭГ наблюдается рост тета-активности [6]. Генерирование тета-ритма связывают с реципрокным взаимодействием ГАМК- и холинергических нейронов септум и гиппокампа [2, 7]. В литературе также отмечается, что в продуцировании тета-волн принимают участие многие структуры лимбической системы, что дает основание именовать тета-активность «лимбическими тета-осциляциями» [12]. Таким образом, увеличение тета-активности в сеансах БАК свидетельствует об активации «висцерального мозга», что может выражаться, например, в изменении биохимического состава крови.

В этой связи, в настоящей работе определен уровень моноаминов в сыворотке крови испытуемых в условиях прослушивания акустического образа собственной ЭЭГ предъявляемого синхронно с эндогенной биоэлектрической активностью мозга и «звуков мозга», предъявляемых в заранее осуществленной записи для выявления механизмов активации процессов саморегуляции в условиях биоакустической коррекции.

Методы

Обследовано 20 практически здоровых испытуемых, 10 мужчин и 10 женщин в возрасте от 20 до 35 лет. Первая группа испытуемых («Биоакустика»), 11 человек, прослушивала акустический образ собственной ЭЭГ в реальном времени. Вторая группа («Контроль»), 9 человек, прослушивала запись акустического образа ЭЭГ, сделанную заранее на одном из испытуемых. Регистрация и преобразование ЭЭГ в звуки музыкального диапазона проводились с помощью компьютерного комплекса «Синхро-С». Биоэлектрическую активность головного мозга регистрировали в точках Fp1, Fp2, O1, O2 (по системе 10-20) относительно объединенного ушного электрода с частотой дискретизации 250 Гц при закрытых глазах. Все каналы регистрации ЭЭГ преобразовывались в акустический образ одновременно и независимо. Полученные звуки предъявлялись в соответствии со стороной регистрации ЭЭГ. Длительность сеанса составляла 20 минут. Преобразование ЭЭГ в акустический образ осуществлялось на основе операции согласования значений периодов колебаний ЭЭГ с множеством звуковых сэмплов, где каждому периоду колебания ЭЭГ в диапазоне от 1 до 30 Гц соответствовал звуковой сэмпл с определенной частотой основного тона [4]. Отношения частот основных тонов звуковых сэмплов соответствовали темперированному музыкальному строю, что придавало акустическому образу ЭЭГ выраженный музыкальный характер. Оценка динамики функционального состояния ЦНС в сеансах прослушивания акустического образа ЭЭГ проводилась по параметрам биоэлектрической активности мозга. На основе периодометрического анализа вычислялось среднее значение доли периодов колебаний ЭЭГ альфа-, бета-, тета- и дельта-диапазонов для каждой точки регистрации за 2 минуты в начале и в конце сеанса.

Перед сеансом прослушивания акустического образа ЭЭГ и сразу после него осуществляли забор венозной крови из локтевой вены. Плазму отделяли центрифугированием и хранили при температуре -700С до проведения анализа.

Моноамины экстрагировали из плазмы крови с использованием оксида алюминия. Для контроля качества экстракции в пробу добавляли 3,4-дигидроксифенилаланин (внутренний стандарт). Система ВЭЖХ состояла из насоса Shimadzu LC-10AP VP, электрохимического детектора с проточной ячейкой Decade – Antec Leyden. Стеклоуглеродный электрод работал в режиме + 840 мВ. Образец вводили вручную (объем петли инжектора – 20 мкл). Разделение моноаминов проводили на колонке Supelco LC18, 5мкм, размеры колонки 250 ×4,5 мм при температуре колонки 45°C. Состав подвижной фазы: 8,3 мМ динатрия фосфат, 2,4 мМ ЭДТА, 29,7 мМ лимонная кислота, 15% ацетонитрила и 0,1 мМ октансульфонат натрия, рН=3,5. Хроматограмма регистрировалась и анализировалась с использованием программного обеспечения LabSolutions. Концентрацию катехоламинов относили к объему образца и рассчитывали как нг/мл.

Статистический анализ проводился с использованием программного пакета «STATISTICA». Проверка нормальности распределений полученных массивов осуществлялась по критерию Колмогорова-Смирнова. Оценка достоверности вычислялась по t-критерию Стьюдента.

Результаты

В группе прослушивания акустического образа собственной ЭЭГ выявлено увеличение уровня серотонина с 9,9±8,9 до 24,3±10,9 нг/ мл, (p<0,01). В контрольной группе изменений концентрации серотонина не наблюдалось. Значимой динамики уровней адреналина, норадреналина и дофамина ни в одной из групп не выявлено (Табл.1).

Таблица 1. Уровни норадреналина, адреналина, дофамина и серотонина до и после сеансов прослушивания акустического образа ЭЭГ в группе «Биоакустика» и «Контроль», ** — p<0,01. ГруппыНорадреналин

По усредненным показателям биоэлектрической активности мозга за первые 2 минуты процедуры прослушивания акустического образа ЭЭГ группа «Биоакустика» практически не отличалась от контрольной. В обеих группах наблюдалось доминирование альфа-ритма со средним значением доли периодов колебаний ЭЭГ альфа-диапазона около 60%. В ходе процедуры прослушивания акустического образа ЭЭГ в группе «Биоакустика» выявлено увеличение доли периодов колебаний тета-диапазона левого затылочного отведения с 10,8 ± 4,3 до 20,3± 10,8 % (p<0,01), табл. 2. В группе «Контроль» подобных изменений ритмической структуры ЭЭГ не обнаружено. В диапазонах альфа-, бета- и дельта-ритмов лобных и затылочных отведений в группе «Биоакустика» и «Контроль» значимой динамики не выявлено.

Таблица 2. Уровень тета-активности лобных и затылочных отведений в начале и в конце сеансов группы «Биоакустика» и «Контроль», ** — p<0,01.ГруппаFp1 (%)Fp2 (%)O1(%)O2(%)«Биоакустика»

Обсуждение

В ходе выполненного исследования обнаружено, что прослушивание акустического образа собственной ЭЭГ в реальном времени приводит к увеличению экскреции серотонина. При этом изменений уровня катехоламинов в плазме крови не наблюдалось. Известно, что серотонин крови синтезируется преимущественно энтерохромаффинными клетками кишечника [8]. Следовательно, увеличение серотонина крови отражает рост ваготонии. Таким образом, изменение баланса моноаминов в сторону серотонина в сыворотке крови в сеансах БАК указывает на то, что предъявление акустических стимулов скоррелированных с собственной биоэлектрической активностью мозга активирует преимущественно парасимпатические центры нервной системы. Эти данные согласуются с наблюдаемым снижением симпатикотонии у больных, перенесших инфаркт миокарда в комплексном лечении с применением биоакустической коррекции [10].

Повышение уровня серотонина в сеансах БАК сопровождается ростом индекса тета-активности левого затылочного отведения. Простейшая интерпретация данного феномена может быть представлена как глубокая релаксация испытуемых, включающая элементы медленноволнового сна. Можно было бы предположить, что испытуемые заведомо находятся в условиях релаксации, однако, в контроле подобных эффектов не наблюдается.

Учитывая то, что достоверные изменения ритмического состава ЭЭГ происходят в тета-диапазоне, можно предположить, что основными структурами мозга, которые вовлекаются в активацию в условиях БАК, являются структуры лимбической системы. Тем более, что в литературе отмечаются факты активации ядер гипоталамуса, гиппокампа, миндалины и других лимбических образований при прослушивании музыки [14, 17]. Значительный прирост тета-активности к концу сеанса биоакустической коррекции указывает на активацию гиппокампальной области, как одного из основных источников тета-ритма, а также гипоталамических образований, участвующих в организации цикла сон-бодрствование и активность которых как у больных, так и здоровых людей, может проявляться в преобладании колебаний тета-диапазона ЭЭГ [1]. Активация структур лимбической системы, в свою очередь, распространяется на стволовые образования, затрагивая ядра вагуса и сдвигая баланс вегетативной нервной системы в сторону парасимпатикотонии, о чем свидетельствует увеличение уровня серотонина в крови.

Таким образом, акустическая стимуляция определенным образом организованными стимулами способна активировать структуры мозга, участвующие в процессах саморегуляции. Частный случай такой частотно-временной организации звуков, который мы называем музыкой, может быть очень эффективным средством функциональной терапии. Возможно, акустическая стимуляция звуками, частотно-временная структура которых сформирована по закону собственной эндогенной активности мозга, и предъявление которой осуществляется синхронно с этой активностью, способствует активации процессов саморегуляции в еще большей мере.

Заключение

Предъявление звуков, синхронизированных и согласованных с текущей биоэлектрической активностью мозга, приводит к увеличению экскреции серотонина в крови. Повышение уровня серотонина в сеансах биоакустической коррекции сопровождается ростом тета-активности в ЭЭГ.

Литература

1. Болдырева Г.Н., Шарова Е.В., Добронравова И.С. Роль регуляторных структур мозга в формировании ЭЭГ человека. Физиология человека. 2000. Т26. №5. С. 19-34.

2. Кичигина В.Ф. Механизмы регуляции и функциональное значение тета-ритма: роль серотонинергической и норадренергической систем. Журн. Высш. Нервн. Деят. 2004. 54(1). С. 101-119.

3. Константинов К.В., Сизов В.В., Мирошников Д.Б., Есимбаева В.Н., Бурова В.В., Клименко В.М. Саморегуляция функционального состояния центральной нервной системы человека методом биоакустической коррекции. Биологическая обратная связь.2000. № 4. C. 7-14.

4. Константинов К.В. Способ нормализации психофизиологического состояния. Патент РФ №2410025 от 17.02.2009.

5. Константинов К.В., Грицишина М.А., Нефедова Г.Э. Восстановление когнитивных функций у больных с органическими поражениями головного мозга в комплексной медицинской реабилитации. Клиническая медицина. 2012. №5. C. 36 – 39.

6. Константинов К.В., Леонова М.К. Динамика тета-активности в сеансах прослушивания акустического образа собственной ЭЭГ. XI International Congress Neuroscience for Medicine and Psychology, Sudac,Criemea, Ukraine,June. 2013. P. 184-185.

7. Кропотов Ю.Д. Количественная ЭЭГ, когнитивные вызванные потенциалы мозга человека и нейротерапия. Донецк. 2010. 512 C.

8. Симоненков А.П., Клюжев В.М. Синдром серотониновой недостаточности. М. 2013. 96 C. Simonenkov A.P., Klyuzhev V.M. Syndrome of serotoninovy insufficiency. М. 2013. 96 P.

9. Трушина В.Н., Константинов К.В., Клименко В.М. Реабилитация детей с синдромом нарушения внимания и гиперактивностью на основе непроизвольной адаптивной саморегуляции с ЭЭГ-акустической обратной связью. Медицинский академический журнал. 2007. 7 (3). C. 70-78.

10. Щегольков А.М., Юдин В.Е., Дыбов М.Д., Будко А.А., Сычев В.В., Пушкарев Е.П. Комплексная медицинская реабилитация больных, перенесших инфаркт мтокарда, с применением методики биоакустической психокоррекции. Вестник восстановительной медицины. 2010. №1. С.20-23.

11. Яковлев.Н.М., Косицкая З.В., Клименко В.М., Непрялова Н.Е., Константинов К.В. Снижение выраженности аффективных расстройств у больных с дебютом шизофрении методом биоакустической коррекции. Журн. неврологии и психиатрии. 2011. №12. С. 32-35.

12. Buzsaki G. Rhythms of the brain. Oxford University Press. 2006. 448 P.

13. Lubar J.F. Discourse on the development of EEG diagnostics and biofeedback treatment for atention-deficit/ hyperactivity disorder // Biofeedback Self-Regulation. 1997. 22(2). P. 11-126.

14. Menon V. and Levitin D.J. The rewards of music listening: Response and physiological connectivity of the mesolimbic system. NeuroImage. 2005. 28. P. 175 – 184.

15. Riva G. Grassi A.,Vilani D. Managing exam stress using UMTS phones: the advantage of portable audio/video support. Stud. Health. Technol. Inform.2007.125. P. 406- 408.

16. Siever D. Audio-visual entratment: the nerobiology of affective disorders and clinical implications of audio-visual entrainment. Biofeedback Magazine. 2004. 32(4). P.1-15.

17. Stefan Koelsch Towards a neural basis of music-evoked emotions. Trends in Cognitive Sciences. 2010. 14 (3 1). P. 131-137.

18. Wahbeh H, Calabrese C, Zwicey H, Binaural beat technology in humans: a pilot stady tu assesspsichologic an physiologic effects// I.Altern. Compliment. Med. 2007.V 13. № 1.P.55-60.