1 Выявление методом кросскорреляционного анализа электроэнцефалограмм нарушений интегративного взаимодействия структур головного мозга при пограничных психических расстройствах у детей и их коррекция М.И. Лохов, Е.В. Фесенко, Ю.А.Фесенко НИИЭМ РАМН, СПб ГУЗ «Городская детская поликлиника №19», СПб ГУЗ «Центр восстановительного лечения «Детская психиатрия» имени С.С. Мнухина, Санкт-Петербург М.И. Лохов, д.б.н., ст. н. с. Физиологического отдела им. И.П. Павлова, СПб, ул. Ак. И.П. Павлова, д.14, Е.В. Фесенко, к.м.н., заведующая Центром реабилитации детей с ограниченными возможностями СПб ГУЗ «Городская детская поликлиника №19», СПб, ул. Куйбышева, 25 Ю.А.Фесенко, д.м.н., заместитель главного врача Центра восстановительного лечения «Детская психиатрия», СПб, Песочная наб, д.4 Для связи: Юрий Анатольевич Фесенко, заместитель главного врача Центра восстановительного лечения «Детская психиатрия» СПб, доктор медицинских наук, профессор кафедры клинической психологии ГПМА; рабочий адрес: 197376, СПб, Песочная наб., д.4, р.т. (812) 234-1422, д.т. (812) 550-8341, моб.т. (921) 961-1602, e-mail: yaf1960@mail.ru 2 Резюме Методом кросскорреляционного компьютерного анализа электроэнцефалограмм (ЭЭГ) больных детей 3-11 лет с нарушениями речи (заиканием, ОНР и др.), дисграфией, тиками, синдромом дефицита внимания с гиперактивностью (СДВГ) и энурезом, показано, что все указанные патологии имеют сходные нарушения взаимодействия между корковыми структурами полушарий головного мозга. Эти нарушения выражаются в пониженной активности по сравнению с нормой структур правого полушария (в передних отделах – при СДВГ и энурезе, в передних и теменно-затылочных отделах – при речевых нарушениях, дисграфии и тиках), что меняет взаимодействие между структурами правого и левого полушарий и приводит к нарушению процесса первичной обработки воспринимаемой информации. Работа имеет приоритетное значение, так как аналогичный анализ речевых расстройств детского возраста в доступной научной литературе отсутствует. Ключевые слова: расстройства поведения детского возраста, заикание, речевые расстройства, тикозные расстройства, синдром дефицита внимания с гиперактивностью (СДВГ), энурез, компьютерная электроэнцефалограмма (КЭЭГ). Abstract Elucidation by means of computer electroencephalography dysfunction of interactions between cortex hemispheres in the presence of children’s boundary mental infringements and theirs correction It was proved by cross correlational analysis of EEG of the cohort children of 3-11 years with dysphasic disorders ( stuttering, development phonological disorder, etc. ), dysgraphy, tics, attention deficit/hyperactivity disorder (ADHD) and enuresis that all these pathology are similar in dysfunction of interactions between cortex hemispheres. This dysfunction is manifesting in decreased activity of the right hemisphere, comparing to the normal functioning. For example, the patients with ADHD and enuresis are suffering from anterior region dysfunction, dysphasic disorders ( stuttering, development phonological disorder), dysgraphy and tics are from parietaloccipital and anterior dysfunction. These dysfunctions changes coordination between right and left hemisphere and bring to the distortion of the primary processing of the percepted information. The outputs have a priority value because there are no analogical researches of child pathology in accessible literature. Key words: behavioral child disorders, stuttering, development phonological disorder, dysgraphy, tics, attention deficit/hyperactivity disorder (ADHD), enuresis, computer electroencephalography. 3 Исследованные расстройства согласно МКБ-10 относятся к разделу «Эмоциональные расстройства и расстройства поведения, начинающиеся обычно в детском и подростковом возрасте». Интересно, что в МКБ-9 (предыдущей классификации болезней) они входили в раздел «Невротические расстройства, психопатии и другие психические расстройства непсихотического характера». Все указанные заболевания в психиатрической и неврологической практике характеризуются широко распространенным и устойчивым термином «пограничные психические расстройства». Этот термин используется для обозначения «…нерезко выраженных нарушений, граничащих с состоянием здоровья и отделяющих его от собственно патологических психических проявлений, сопровождающихся значительными отклонениями от нормы» [1, с.9]. Пограничные расстройства объединяются в одну группу на основе ряда характерных признаков, ведущими из которых являются: 1. невротический уровень психопатологических проявлений в динамике болезни; 2. четкая связь расстройств с вегетативными дисфункциями и патологией сна; 3. большое влияние психогенных факторов на возникновение болезни; 4. выявление в большинстве случаев минимальной дисфункции мозга (МДМ) – органической составляющей, способствующей развитию болезни; 5. сохранение больными критического отношения к своему состоянию. Вместе с тем при пограничных состояниях отсутствуют психотическая симптоматика, нарастающее слабоумие и личностные изменения, характерные для эндогенных психических заболеваний (например, для шизофрении). Перечисленные выше характерные признаки пограничных расстройств детского возраста дополняются рядом широко распространенных так называемых моносимптоматических заболеваний в виде заикания, синдрома нарушения внимания с гиперактивностью, энуреза и других поведенческих реакций «протеста», которые сигнализируют о патологическом развитии личности. Хотя среди неврологов существует устойчивое мнение, что МДМ «является объективным выражением патологической почвы, необходимой для развития пограничного состояния» [1, с.24], что подтверждается микроневрологической симптоматикой, обнаруживаемой (особенно в детском возрасте) достоверно чаще у больных пограничными расстройствами, чем в контрольных группах, до настоящего времени не существует объективных методик, наглядно показывающих результаты таких нарушений на развитие функциональной деятельности головного мозга в целом. Между тем межструктурное взаимодействие корковых зон головного мозга в той или иной степени может быть выявлено по результатам компьютерного кросскорреляционного 4 анализа ЭЭГ-активности. Применение корреляционного метода к анализу ЭЭГ было обосновано еще родоначальником кибернетики Н.Винером в 30-е годы 20 века. При корреляционном анализе производится исследование изменений процесса во времени, что позволяет определить временные отношения двух или более процессов по их фазовому сдвигу или сдвигу максимума кросскорреляционной функции, а также количественно оценить степень связи или сходства процессов в разных точках (структурах) ЭЭГ. Кроме того, оценивается наличие или отсутствие в ЭЭГ периодического процесса, период ритмических колебаний и устойчивость обнаруженной периодики [3; 8]. Компьютерный кросскорреляционный анализ ЭЭГ дает принципиально новые возможности исследования процессов двух точек мозга – позволяет количественно оценить степень сходства процессов или их связи, выявить общие компоненты и их соотношение, а также временные отношения разных ритмов. Вычисление кросскорреляционной функции позволяет раскрыть механизмы и пути формирования функциональных связей между активностью разных отделов мозга. Для представления полученных результатов в наглядной форме, используется метод проекции графов [7], отражающий динамику перемещения фокусов максимальной активности и сопряженного угнетения различных областей левого и правого полушарий головного мозга. На языке теории графов такие области обозначаются соответственно как точки «истока» и «стока». Данные, приведенные ниже, получены нами на 350 больных (80 с СДВГ, 55 с тикозными расстройствами, 25 с дисграфией и 190 с речевыми нарушениями) в сравнении с 200 практически здоровыми детьми того же возраста [10]. Качественно они полностью согласуются с описанными результатами исследований у таких же больных методами позитронноэмиссионной томографии и ядерно-магнитного резонанса [14; 16; 17; 18]. Так как компьютерная ЭЭГ значительно дешевле, распространеннее и безопаснее (особенно для детей) указанных методов обследования, полученные результаты имеют важное значение для диагностики и психофармакологической коррекции исследованных заболеваний. На основе спектрального и кросскорреляционного анализа ЭЭГ нами разработан новый способ лечения моносимптоматических пограничных психических расстройств детского возраста [4; 5; 6; 10]. Способ основан на положении, что в подавляющем большинстве практических случаев указанные расстройства являются следствием резидуального первичного поражения мозговых структур и вызванного им нарушения взаимодействия между структурами, обеспечивающими нормальное развитие мозга. Указанная этиология расстройств, совершенно ясная, например, при афазиях (травматических, постинсультных и т.п.), полностью игнорируется при коррекции других речевых и пограничных патологий в целом. Соответственно выбранный нами путь 5 устранения пограничных расстройств лежит через интенсивную активизацию резервов мозга, подавление очагов пароксизмальной активности, восстановление нарушенного структурного взаимодействия при помощи направленных внешних воздействий через обратную связь и закрепление полученного восстановления при помощи неспецифических фармакологических корректоров (в частности, этимизола). В процессе предварительного обследования больных регистрируют электроэнцефалограмму (ЭЭГ). На основании спектрального и кросскорреляционного компьютерного анализа ЭЭГ выясняются связи между пораженными и сохраненными структурами мозга, частотная характеристика сохраненных связей, при которых наблюдаются наиболее значимые корреляции. Выбранная основная (или кратная ей) частота обозначается как кодовая (КЧ) и навязывается мозговым структурам через обратную внешнюю связь при помощи портативного источника, генерирующего световые и звуковые импульсы. КЧ усиливает связь между пораженными и сохраненными структурами мозга, что в условиях активизации их деятельности с помощью вводимых по определенной схеме психофармакологических средств, приводит к компенсации пораженных структур. Примененные на этом фоне специальные дидактические приемы (например, ритмизованная речь на КЧ) и суггестивные воздействия (одномоментный метод концентрированного внушения, релаксация, аутотренинг, игровые методики и т.п.) способствуют адаптации резервов мозга к соответствующим социальным нагрузкам и корректируют пограничные расстройства. В качестве медикаментов используются главным образом неспецифические активаторы резервов мозга (пантогам, кавинтон, инстенон, этимизол и др.) и противосудорожные средства (клоназепам, карбамазепин и другие) по показаниям и под контролем ЭЭГ. Лечебные сеансы коррекции пограничных расстройств используют в виде сочетаний групповых и индивидуальных занятий. Основной курс реабилитации включает 15-20 групповых сеансов не реже 2-х раз в неделю по 2-3 часа каждый, и постоянные индивидуальные ежедневные занятия в домашних условиях. Индивидуальные занятия продолжаются и после окончания основного курса в течение 2-6 месяцев под контролем специально обученных родителей больного ребенка. Основанием для заключения об окончательной реабилитации служит не только устранение основного дефекта, но и положительная динамика ЭЭГ. В приведенных далее результатах наших исследований показана динамика изменения характера кросскорреляционной активности, характеризующей взаимоотношения между различными зонами коры головного мозга в норме и при моносимптоматических пограничных расстройствах (нарушения речи, тикозные расстройства, СДВГ, энурез) у детей 3-11 лет, при жестко выбранной периодичности анализа (4-8 с) фоновой записи ЭЭГ. 6 В многолетних исследованиях кросскорреляционной активности в ЭЭГ у детей в норме и при развитии пограничных расстройств [4; 5; 6; 10], мы изучали наличие истоков и стоков в теменно-затылочную или нижнетеменную зону (цитоархитектонические поля 39 и 40, по Бродману) правого полушария головного мозга. Эта область коры головного мозга, согласно данным многих исследований [2; 9; 11; 13 и др.], играет ведущую роль в развитии психики и интеллекта ребенка, а также имеет немаловажное значение при многих психических нарушениях во взрослом возрасте [1]. Достаточно сказать, что характерные профили психотропных фармакологических препаратов строятся именно по отношению к правой теменно-затылочной области коры головного мозга [15]. Как видно из представленных данных на диаграмме Рис.1, усредненных более чем по 200 испытуемым (дети 3-11 лет), правая теменно-затылочная область в норме у практически здоровых детей, начиная с 3-х летнего возраста, является областью истоков, что подтверждается результатами других исследований [2; 9; 11; 12 и др.]. Тонкие стрелки на графиках обозначают кросскорреляции со значением от 0,3 до 0,5 , а более толстые – выше 0,5. Направление стрелок характеризуют опережение в работе той структуры, откуда стрелка исходит (т.н. исток). При анализе, как правило, использовался диапазон частот 4-12 Гц, что наглядно видно на фрагментах приведенных ниже индивидуальных данных. Теперь обратим внимание на динамику изменения кросскорреляций на фрагменте последовательного анализа фоновой записи ЭЭГ здоровой испытуемой Я.А., 3-х лет (Рис.2). Видно, что взаимоотношения между структурами не являются однородными. Они как бы «дышат», конкурируют между собой за лидерство на усредненной записи. Бывают отрезки, когда отношения меняются на прямо противоположные тем, которые выявлены при статистическом усреднении записи в целом. Такой живой динамический рисунок кросскорреляций характерен для большинства детей 3-11 лет. Также стоит заметить, что в норме большинство связей имеют коэффициент корреляции выше 0,5. Совершенно иная картина наблюдается при анализе ЭЭГ у больных моносимптоматическими пограничными психическими расстройствами детей того же возраста. На Рис.3 представлены статистически усредненные результаты по 350 пациентам в возрасте 3-11 лет, страдающим этой патологией. кросскорреляционного анализа Как видно из рисунка, полученные данные связей между структурами головного мозга отличаются от нормы по нескольким параметрам. Во-первых, и это характерно для большинства пограничных психических расстройств, практически отсутствуют связи теменно-затылочной области правого полушария головного мозга с передними (лобными) структурами. Во-вторых, количество значимых связей (с коэффициентом корреляции более 0,3) теменно-затылочной области с другими 7 структурами резко уменьшается. В-третьих, и это характерно в большей степени для речевых нарушений, изменяется направление связей: из центра «истока», в норме, теменнозатылочная зона правого полушария превращается в центр «стока». Таким образом, налицо наличие сопряженного торможения теменно-затылочной зоны правого полушария головного мозга и ограничение связей этой зоны с другими структурами, способными снять или уменьшить такое торможение. Для примера на Рис.4 приведены результаты компьютерной обработки ЭЭГ больного Р.И., 3-х лет, с выраженным заиканием тоно-клонического типа до лечения. Как видно из рисунка, полученные данные кросскорреляционного анализа связей между структурами головного мозга отличаются от нормы по нескольким параметрам, перечисленным выше (Рис.3). По сути дела, перед нами четкая картина патогенеза всех речевых нарушений от алалии до заикания, включая и такие разновидности этих нарушений, как общее недоразвитие речи (ОНР), дисграфия и т.п. На Рис.5 приведены результаты компьютерной обработки ЭЭГ того же больного Р.И., после интенсивного 8-и месячного лечения по разработанной нами методике [4]. Наблюдается частичное восстановление межструктурных взаимоотношений, особенно с лобными отделами, и практически полное восстановление межполушарных взаимодействий. Как показало проведенное тщательное обследование тремя независимыми специалистами (логопедом, неврологом и психологом), речь больного соответствовала возрастным нормам. Сходная картина компенсации межструктурных взаимоотношений при лечении заикания, тиков, энуреза, СДВГ по нашей методике наблюдается и у детей более старшего возраста, а также у взрослых. Положительная динамика восстановления межструктурных отношений имеет решающее значение, так как одно только восстановление речевых функций без восстановления межструктурного взаимодействия в головном мозге, как правило, приводит к рецидиву заикания и других расстройств, и курс лечения (под контролем ЭЭГ) следует продолжать до полного восстановления указанного взаимодействия. В приведенных исследованиях посекундный спектральный анализ показывает четкое возникновение бета активности на частоте 18 кол/с – результат действия обратной биологической связи на фоне примененных нами ноотропных фармакологических препаратов. Необходимо отметить, что изолированное применение обратной связи обнаруживает нестойкие результаты и действует не на всех больных. Использование комплексного воздействия на мозг по нашей методике позволяет достичь долговременных положительных результатов у детей практически любого возраста, а также у взрослых (самому старшему нашему вылеченному больному заиканием было более 50 лет, а самому младшему – 2 года). 8 Принципиально сходные данные получены и при других нарушениях, связанных с речью: у больных с дисграфией, с отставанием речевого развития и дефицитом внимания без гиперактивности. Имеют место те же закономерности отклонения от нормы, о которых упоминалось выше. Сходные, но не полностью идентичные результаты нарушений кросскорреляционных взаимоотношений между структурами головного мозга получены и при пограничных расстройствах без речевых дефектов. В случаях с СДВГ и полностью нормальной речью появляются фрагменты полноценных взаимоотношений между структурами, хотя большая часть кадров имеет явное сходство с описанными выше при речевых нарушениях. У детей, страдающих сложными тиками и навязчивыми движениями сходство с результатами анализа при нарушениях речи также очевидно, за исключением того, что теменно-затылочная область правого полушария в этом случае является истоком (как в норме). Однако связи с передними отделами нарушены и общее количество значимых кросскорреляционных связей значительно меньше, чем в норме. У детей, страдающих энурезом, также наблюдается значительное сходство с данными, представленными на Рис.3. Необходимо отметить, что лечение тикозных расстройств и энуреза, особенно у детей более старшего возраста (старше 5 лет), занимает значительно больше времени, чем лечение речевых расстройств, хотя принцип лечения сохраняется тем же самым. Групповая психотерапия и при этих заболеваниях дает выраженные положительные результаты, хотя, казалось бы, в этих случаях можно и нужно применять чисто индивидуальный подход к лечению. Эффективное использование групповой психотерапии подчеркивает общность этиологии всех моносимптоматических пограничных психических расстройств. По сравнению с используемыми методами лечения в настоящее время, новый способ коррекции пограничных расстройств имеет следующие существенные преимущества: 1.Способ основан на объективном психофизиологическом обследовании больного, выявлении действительных нарушений взаимосвязей между пораженными и сохраненными структурами мозга, выявлении действительных частотных характеристик этих взаимосвязей и выборе на основе указанных характеристик обратной связи (кодовой частоты - КЧ). 2.Способ базируется на активном использовании собственных резервов головного мозга, на способности его к саморегуляции, а не на подавлении внешних вторичных проявлений патологии, что принципиально отличает его от всех применяемых в настоящее время медикаментозных способов. 3.Способ использует в качестве базового ритмизованное воздействие на структуры головного мозга на кодовой частоте, внося тем самым смысл и объективную основу для 9 вековых поисков ритмической основы, например, речевых функций (всегда было известно, что петь легче, чем говорить при речевых патологиях). 4.Способ, помимо исправления основного дефекта, устраняет сопутствующие нарушения памяти, опосредствованного запоминания, двигательных расстройств и компенсирует психопатологическую симптоматику. 5.Способ обладает самой высокой эффективностью лечения речевых расстройств и самым низким количеством рецидивов на отдаленных сроках после лечения (количество полных реабилитаций и значительных улучшений речи у детей составляет 90%, у взрослых 80%; рецидивы при катамнезе 1-3 года - 10-15% и 15-20% соответственно). Когда-то К. Юнг определил пограничные психические расстройства как «попытку саморегулирующейся психической системы восстановить баланс». Используя современные средства компьютерной ЭЭГ диагностики, мы постепенно начинаем понимать, какой баланс взаимодействия между структурами пытается восстановить эта удивительная система под названием головной мозг человека, и в каком направлении ей требуется оказать помощь. Литература 1. Александровский Ю.А. Пограничные психические расстройства. – М., «Медицина», 2000. – 496 с. 2. Дубровинская Н.В., Фарбер Д.А., Безруких М.М. Психофизиология ребенка. – М., «ВЛАДОС», 2000. – 144 с. 3. Зенков Л.Р. Клиническая электроэнцефалография. – Таганрог, «ТГРУ»,1996 – 358с. 4. Лохов М.И., Фесенко Ю.А. Заикание и логоневроз. Диагностика и лечение. – СПб., «СОТИС», 2000. – 288 с. 5. Лохов М.И., Фесенко Ю.А., Рубин М.Ю. Плохой хороший ребенок. – СПб., «ЭЛБИСПб», 2003. – 320 с. 6. Лохов М.И., Фесенко Е.В., Фесенко Ю.А. Интеллект ребенка. – СПб: ЭЛБИ СПБ, 2008. – 128 с. 7. Павлова Л.П., Романенко А.Ф. Системный подход к психофизиологическому исследованию мозга человека. – Л., «Наука», 1988. – 213 с. 8. Русинов В.С. Биопотенциалы мозга человека. – М., «Медицина», 1987. – 256 с. 9. Фарбер Д.А., Дубровинская Н.В. Формирование психофизиологических функций в онтогенезе // Механизмы деят. мозга человека. – Л., «Наука»,1988.– С.426-454. 10. Фесенко Ю.А. Монополярные пограничные психические расстройства у детей. – СПб: НАУКА-ПИТЕР, 2007. – 232 с. 10 11. Хризман Т.П. Развитие функций мозга ребенка. – Л., «Наука», 1978. – 143 с. 12. Шеповальников А.Н. Функциональная асимметрия мозга при нарушениях речевого развития. – М., «Наука», 1992. – 260 с. 13. Flor-Henry P. Cerebral basis of psychopathology. – Wright, Boston etc., 1983. – 357 p. 14. Heilman K., Voeller K., Nadeau S. A possible pathophysiologic substrate of attention deficit hyperactivity disorder (review) // J.Clin.Neurol. – 1991. – Vol.6. – Suppl. – P.76-81. 15. Itil T.M. The significance of quantitative pharmaco-EEG in discovery and classification of psychotropic drugs // EEG Drug Res. – N.Y., 1982. – P.131-150. 16. Semrud-Clikeman M., Filipek P., Biederman J. et al. Attention-Deficit Hyperactivity Disor der: Magnetic resonance imaging morphometric analusis of the corpus callosum // J. Amer. Acad. Child Adol. Psychiatry. – 1994. – Vol. 33 (6). – P. 875-881. 17.Wu J., Maguire G., Riley G. A positron emission tomographu [18-F] deoxyglucose study of developmental stuttering // Cogn. Neurosci. Neuropsychol. – 1995. – V.6. – N 3.– P.501-03. 18. Wu J.C., Maguire G., Riley G. et al. Increased dopamine activity associated with stuttering // Clin. Neurosci. Neuropsychol. – 1997. – Vol. 8. – P. 767-770. 11 Рис.1 12 Рис. 2 13 Рис.3 14 Рис. 4 15 Рис.5 16 Подписи к рисункам статьи «Выявление нарушений интегративного взаимодействия между структурами между структурами головного мозга при пограничных психических расстройствах у детей методом кросскорреляционного анализа ЭЭГ и их коррекция» Рис.1. Усредненные данные кросскорреляционного анализа ЭЭГ здоровых испытуемых детей 3-11 лет. Рис.2. Фрагмент компьютерного кросскорреляционного анализа ЭЭГ здоровой испытуемой Я.А., 3 лет Рис.3 Усредненные данные кросскорреляционного анализа ЭЭГ детей 3-11 лет, страдающих пограничными психическими расстройствами Рис.4 Фрагмент компьютерного кросскорреляционного анализа ЭЭГ больного заиканием Р.И., 3 лет до лечения. Рис.5 Фрагмент компьютерного кросскорреляционного анализа ЭЭГ больного заиканием Р.И., 3 лет после лечения.