Исследование генетической детерминации ЭЭГ человека

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ 

ГУ ВПО  «УДМУРТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 
 

ИНСТИТУТ  ПЕДАГОГИКИ, ПСИХОЛОГИИ И 

СОЦИАЛЬНЫХ  ТЕХНОЛОГИЙ 
 

КАФЕДРА  ПЕДАГОГИКИ И 

ПЕДАГОГИЧЕСКОЙ  ПСИХОЛОГИИ 
 

РЕФЕРАТ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ: «ПСИХОГЕНЕТИКА» 
 

«ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ДЕТЕРМИНАЦИИ

ЭЭГ ЧЕЛОВЕКА» 
 
 
 
 
 

                                             ВЫПОЛНИЛА: ст. 3 курса

                                   группы 3-031000-31

                               ИВАНЦОВА Н.В. 

                         ПРОВЕРИЛА:

                                                                   доцент кафедры психологии развития

                                                           и дифференциальной психологии,

                     к. психол. н.

                                  ЛОБАСКОВА М.М. 
 
 
 

ИЖЕВСК

2010

Содержание:

Введение…………………………………………………………………….…3

Глава 1. Электроэнцефалограмма покоя……………………………………4

Глава 2. Электроэнцефалограмма  при различных функциональных состояниях……………………………………………………………………14

Заключение………………………………………………...………………...16

Список используемой литературы …………………………………….…..18 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение.

     Исследование генетических детерминант  психологических особенностей человека бурно развивающаяся область генетики поведения.  Основное  внимание специалисты в области генетики поведения уделяют исследованию наследственной детерминации когнитивной и личностной сферы человека, тогда как  особенности функционирования центральной нервной системы исследуются значительно меньше. Но это весьма существенный пробел, поскольку особенности структуры и функций нервной системы являются опосредующим звеном в цепи “ген-поведение”. Поведение же индивида определяется развитием структуры и функций  мозга в процессе взаимодействия со средой. Исследование природы индивидуальных различий структуры и функций мозга дает возможность лучше понять поведение человека. [2]

     Исследование генетической конституции структурных и функциональных характеристик центральной нервной системы особенно сложно у человека. Это связано с общими для всей генетики человека проблемами - длительный жизненный цикл и невозможность экспериментального скрещивания.

     В психофизиологических исследованиях используют регистрацию биоэлектрической активности мозга (электроэнцефалограмма, вызванные потенциалы, вызванные магнитные поля). В данном реферате мы проанализируем работы посвященные генетическим исследованиям  электроэнцефалограммы. [2]

      Целый ряд эмпирических данных свидетельствует о наличии определенных связей между параметрами ЭЭГ и психологическими особенностями человека. Параметры ЭЭГ связаны с широким кругом поведенческих и когнитивных характеристик. Большое значение для практики имеет использование ЭЭГ в клинике для диагностики различной мозговой патологии или уточнения диагноза. Регистрация ЭЭГ успешно используется не только для диагностики эпилептических припадков, но и для мониторинга эффективности приема больными тех или иных препаратов.

Глава 1. Электроэнцефалограмма покоя.

     Электроэнцефалография — метод  регистрации и анализа электроэнцефалограммы (ЭЭГ), т.е. суммарной биоэлектрической активности мозга.

Описание  ЭЭГ включает ряд параметров: частоту  волн, их амплитуду, индекс выраженности, спектральные плотности ритмов и некоторые другие. [1]

     По частоте волн различают следующие типы ритмических составляющих ЭЭГ: дельта-ритм (0,5-4 Гц); тэта-ритм (5-7 Гц); альфа-ритм (8-13 Гц) — основной ритм ЭЭГ, преобладающий в состоянии покоя; бета-ритм (15-35 Гц); гамма-ритм (выше 35 Гц). Другая важная характеристика электрических потенциалов мозга — амплитуда, т.е. величина колебаний. Амплитуда и частота колебаний связаны друг с другом. Амплитуда высокочастотных бета-волн у одного и того же человека может быть почти в 10 раз ниже амплитуды более медленных альфа-волн. [1]

     Наряду с этим нередко используется показатель выраженности ритма, именуемый индексом. Он характеризует (в %) долю, занимаемую в записи ЭЭГ данным ритмом. Наиболее часто он употребляется для оценки выраженности альфа-ритма. Высокий альфа-индекс говорит о преобладании в ЭЭГ альфа-ритма, низкий — о его слабой выраженности. [1]

     Альфа-ритм непосредственно связан  с эволюционным усложнением мозга  и филогенетически отражает высшие  уровни его организации. Его  роль заключается в своеобразной функциональной стабилизации состояний мозга и обеспечении готовности к реагированию. Предполагается также,   что   альфа-ритм   связан   с   действием   селектирующих   механизмов мозга, выполняющих функцию резонансного фильтра и таким образом регулирующих поток сенсорных импульсов

     Дельта-ритм у здорового взрослого человека в покое практически отсутствует, но доминирует в ЭЭГ на четвертой стадии сна, которая получила свое название по этому ритму (медленноволновый сон, или дельта-сон).

     Тэта-ритм тесно связан с эмоциональным и умственным напряжением. Его иногда так и называют «стресс-ритм» или «ритм напряжения». У человека одним из ЭЭГ симптомов эмоционального возбуждения служит усиление тэта-ритма с частотой колебаний 4—7 Гц, сопровождающее переживание как положительных, так и отрицательных эмоций. При выполнении мыслительных заданий может усиливаться и дельта-, и тэта-активность. Причем усиление последней составляющей положительно соотносится с успешностью решения задач. По своему происхождению тэта-ритм связан с кортико-лимбическим взаимодействием. Предполагается, что усиление тэта-ритма при эмоциях отражает активацию коры больших полушарий со стороны лимбической системы.

     Переход от состояния покоя к напряжению всегда сопровождается реакцией десинхронизации, главным компонентом которой служит высокочастотная бета-активность. Умственная деятельность у взрослых сопровождается повышением мощности бета-ритма, причем значимое усиление высокочастотной активности наблюдается при умственной деятельности, включающей элементы новизны, в то время как стереотипные, повторяющиеся умственные операции сопровождаются ее снижением. Установлено также, что успешность выполнения вербальных заданий и тестов на зрительно-пространственные отношения положительно связана с высокой активностью бета-диапазона ЭЭГ левого полушария. По некоторым предположениям, эта активность связана с отражением деятельности механизмов сканирования структуры стимула, осуществляемой нейронными сетями, продуцирующими высокочастотную активность ЭЭГ. [1]

  Вначале генетические  исследования ЭЭГ основывались на визуальном анализе ЭЭГ. Используя метод “слепой” классификации, оценивали идентичность рисунка ЭЭГ у монозиготных (МЗ) и дизиготных (ДЗ) близнецов. Первые же исследования, проведенные в конце 30-40-х годов показали высокое сходство общего рисунка ЭЭГ у членов МЗ пары. Как правило, различия МЗ не превышали различий между двумя отрезками ЭЭГ одного человека, записанными в разные дни. Однако наиболее убедительные данные были получены  Джуель-Нильсеном и Харвальдом (Juel-Nielsen, Harvald, 1958), которые показали, что различные параметры ЭЭГ у разлученных МЗ близнецов практически идентичны.

  Таким образом, даже при простом визуальном  анализе можно установить, что ЭЭГ МЗ близнецов более сходны, чем ДЗ близнецов. Очевидно, однако, что основной недостаток визуального анализа - субьективность и, как следствие, низкая надежность - может сказываться и на результатах генетического анализа. В последующие годы исследователи используют в своих работах  более сложные математические способы обработки, позволяющие получить точные количественные описания  ЭЭГ. Остановимся более подробно на этих работах.  [2]

  Систематические генетические исследования  ЭЭГ проводились Ф. Фогелем (1958, 1962). Первое же исследование было проведено на большой выборке (100 пар МЗ и 98 пар ДЗ) близнецов. Не только в состоянии покоя, но и при различных функциональных нагрузках (гипервентиляция, гипоксия и сон). Фиксировался  ряд показателей - доминирующая частота ЭЭГ, альфа-индекс, амплитуда альфа-ритма, процент совпадения альфа-волн по фазе, регулярность а-ритма. Анализ количественных параметров ЭЭГ показал, что МЗ близнецы практически идентичны по показателям альфа-индекса ЭЭГ (процент времени, в течении которого в ЭЭГ наблюдается выраженный альфа-ритм), амплитуды и частоты альфа ритма. Различия между МЗ близнецами были не больше, чем у одного и того же человека при повторной регистрации ЭЭГ. Это дало Ф.Фогелю основание для вывода о наследственной обусловленности  ЭЭГ. 

  Последующие работы подтвердили выводы Фогеля. В исследовании Е.Инуя (Inouye E., 1961)  вычислялся коэффициент наследуемости Хольцингера для суммарных мощностей шести частотных диапазонов ЭЭГ в состоянии покоя и при зрительной стимуляции световыми вспышками различной частоты.  Максимальные значения коэффициента наследуемости Хольцингера (0,7-0,9) были получены для мощности а-ритма - как в покое, так и при функциональных нагрузках. Характерно, что в левом полушарии наибольшие оценки наследуемости были получены для тэта- и альфа-ритмов, а в правом - для альфа- и бэта. При световой стимуляции низкой частоты наследуемость была выше для показателей бэта-диапазона. В связи с этим автор предположил, что сильная стимуляция вызывает сдвиги на ЭЭГ, пределы которых детерминированы генетически. К сожалению, исследование Е. Инуя выполнено на слишком маленькой выборке, что снижает достоверность полученных данных. [2]

  В работе М. Камитаке (Kamitake, 1963) исследовалась наследственная обусловленность суммарной мощности разных диапазонов ЭЭГ. Параметры всех частотных диапазонов (от 1 до 60гц) ЭЭГ покоя оказались наследственно обусловленными, но в разной степени; максимальные значения коэффициентов  наследуемости были получены для альфа-ритма.

  В исследовании Дж. Янга (Young e. a., 1972)  максимальное сходство МЗ наблюдалось по показателям бета-ритма (13,5-26 гц) - только для этого диапазона разница в уровне внутрипарного сходства МЗ и ДЗ близнецов оказалась достоверной.

  Интересные  результаты получил Ликкен с соавторами (Lykken e. a., 1974). Спектры мощности ЭЭГ оказались чрезвычайно похожими у МЗ близнецов, в отличие от ДЗ, что свидетельствует о преобладающей роли наследственных факторов в их формировании. Внутрипарные корреляции МЗ близнецов оказались высокими для всех изучавшихся показателей ЭЭГ, приближаясь по своей величине к таковым для морфологических признаков - длины и веса тела.  Внутриклассовые корреляции МЗ для  различных частотных диапазонов колебались от 0,76 до 0,86 в группе МЗ близнецов, а в группе ДЗ - от -0,2 до 0,15. Эти корреляции значительно ниже, чем можно ожидать, исходя из предположения об аддитивности генетических  влияний. Условия регистрации ЭЭГ в исследовании Ликкена несколько отличались от обычных: ЭЭГ записывалась  у испытуемых в состоянии гипноза. Повторный эксперимент, проведенный в 1982 году, дал те же результаты (Lykken e. a., 1982). Для проявления определенного признака необходимо определенное сочетание нескольких генов, передающихся от родителя к потомку случайным образом. Поскольку МЗ близнецы имеют идентичный набор генов, их сходство по эмерджентным признакам также достаточно велико. Для ДЗ близнецов и других близких родственников вероятность наличия одинакового набора генов убывает в геометрической прогрессии в соответствии с увеличением числа генов, определяющих данный конкретный признак. [2]

  В СССР генетические исследования ЭЭГ  начали проводить  в 1970-х годах. В одной из первых подобных работ (Н.Ф. Шляхта,1972) различий в уровне сходства ЭЭГ у МЗ и ДЗ близнецов подросткового возраста (14-16 лет)  не было обнаружено. При обследовании выборки взрослых близнецов было установлено, что сходство по некоторым параметрам ЭЭГ (суммарные энергии всех пяти ритмов - дельта, тета, альфа,бета-1 и бета-2) значительно выше у МЗ близнецов.

  Используя широкий набор количественных параметров ЭЭГ, полученных в результате ручной и автоматической обработки ЭЭГ, Т.А.Мешкова (1978) получила оценки их генетической обусловленности в разных областях мозга  (F3, F4, C3, C4, P3, P4, T3, T4, O1, O2: F — лобная, О — затылочная область, Р — теменная, Т— височная, С — область центральной борозды. Нечетные номера точек отведения относятся к левому, четные — к правому полушарию. Буквой 2 обозначаются отведения по средней линии, разделяющей полушария). Для анализа данных использовали метод разложения фенотипической дисперсии на генетические и средовые составляющие. Оказалось, что более высокие оценки наследуемости имеют показатели альфа-ритма, по сравнению с другими частотными диапазонами, и ЭЭГ правого полушария, по сравнению с левым. Доля генетических компонентов фенотипической дисперсии колебалась от 46% до 96% для разных параметров и разных областей мозга. Наименьшие генотипические влияния (46%) были обнаружены для ЭЭГ левой височной области коры. По мнению автора, это связано с филогенетическим возрастом (она появляется достаточно поздно в филогенезе) этой области мозга, длительностью ее созревания в онтогенезе, а также особой ролью в осуществлении речевых функций.  К сожалению, выборка в данном исследовании была слишком мала для получения статистически значимых результатов при анализе большинства изучавшихся параметров ЭЭГ. [1]

  В 90-е г. 20 века показана гетерохронность созревания отдельных частотных составляющих альфа-ритма. В.В. Алферова и Д.А Фарбер (1990) выделяют три основных поддиапазона альфа (альфа 1 -7,7-8,9Гц; альфа 2 - 9,3-10,5 Гц; альфа 3 - 10,9-12,5 Гц), динамика изменения которых существенно изменяется в онтогенезе. В возрасте от 4 до 8 лет доминирует поддиапазон альфа 1, после 10 лет доминирует альфа 2, а альфа 3 достигает максимума выраженности к 16-17 годам. Эти данные могут свидетельствовать об относительной  функциональной независимости указанных диапазонов и, возможно, различной их природе.

  Проверке  этого предположения было посвящено  исследование - Н.В. Гавриш и С.Б.  Малых (1994) спектральных характеристик  широкополосного альфа-диапазона и его отдельных составляющих у детей 6-8 лет (26 пар МЗ и 22 пар ДЗ). Для генетического анализа  использовали метод подбора моделей для данных по спектральным плотностям альфа-диапазона. [2]