ОФФизиология человека Human Physiology

  • ISSN (Print) 0131-1646
  • ISSN (Online) 3034-6150

Коннективность ЭЭГ и сети фМРТ в состоянии покоя у здоровых людей и пациентов с посттравматическим угнетением сознания (пилотное исследование)

Код статьи
10.31857/S0131164624010011-1
DOI
10.31857/S0131164624010011
Тип публикации
Статья
Статус публикации
Опубликовано
Авторы
Том/ Выпуск
Том 50 / Номер выпуска 1
Страницы
5-21
Аннотация
Восстановление сознания пациентов при посткоматозных бессознательных состояниях после тяжелой черепно-мозговой травмы и поиск их объективных маркеров относится к числу актуальных медико-социальных проблем. Для уточнения информативности и степени согласованности изменений гемодинамических и биоэлектрических показателей в данной работе проводили сравнительные исследования сетей функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) и коннективности электроэнцефалографии (ЭЭГ) в состоянии покоя у здоровых испытуемых, а также у пациентов с посттравматическим угнетением сознания до и после терапевтической ритмической транскраниальной магнитной стимуляции (рТМС). Показано, что характеристики функциональной коннективности фМРТ и ЭЭГ в состоянии покоя относятся к числу информативных маркеров нейропластичности при угнетении сознания. Установлено определенное топографическое соответствие сетей фМРТ и паттерна интегральной коннективности ЭЭГ в состоянии покоя — независимо от модификации оценки последней: в режиме непрерывной регистрации либо псевдо-вызванных потенциалов (псевдо-ВП). При этом метод независимых компонент фМРТ более отчетливо выявляет особенности состояния отдельных нейронных сетей, а показатели функциональной коннективности ЭЭГ (диапазона 1-15 Гц) информативнее в оценке интегральных нейросетевых характеристик и их изменений при лечении.
Ключевые слова
функциональная коннективность ЭЭГ сети покоя фМРТ угнетение сознания черепно-мозговая травма ритмическая транскраниальная магнитная стимуляция (рТМС)
Дата публикации
01.01.2024
Год выхода
2024
Всего подписок
0
Всего просмотров
24

Библиография

  1. 1. Laureys S., Tononi G. Functional neuroimaging / The Neurology of Consciousness: cognitive neuroscience and neuropathology (s1). Elsiver, 2009. 423 p.
  2. 2. Потапов А.А., Данилов Г.В., Сычев А.А. и др. Клинические и магнитно-резонансные томографические предикторы длительности комы, объема интенсивной терапии и исходов при черепно-мозговой травме // Ж. Вопр. нейрохир. им. Н.Н. Бурденко. 2020. Т. 84. № 4. С. 5.
  3. 3. Giacino J.T., Katz D.I., Schiff N.D. et al. Practice Guideline Update Recommendations Summary: Disorders of Consciousness // Arch. Phys. Med. Rehabil. 2018. V. 99. № 9. P. 1699.
  4. 4. Zakharova N., Kornienko V., Potapov A., Pronin I. Neuroimaging of traumatic brain injury. Springer, Switzerland, 2014. 159 p.
  5. 5. Greicius M. Resting-state functional MRI: a novel tool for understanding brain networks in neuropsychiatric disorders / Genomics, Circuits, and Pathways in Clinical Neuropsychiatry. Academic Press. United States, 2016. P. 2472.
  6. 6. Coquelet N., De Tiège X., Destoky F. et al. Comparing MEG and high-density EEG for intrinsic functional connectivity mapping // NeuroImage. 2020. V. 210. P. 116556.
  7. 7. Deco G., Cruzat J., Cabral J. et al. Awakening: Predicting external stimulation to force transitions between different brain states // Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A. 2019. V. 116. № 36. P. 18088.
  8. 8. Anokhin K.V. The Cognitome: Seeking the fundamental neuroscience of a theory of consciousness // Neurosc. Behav. Physiology. 2021. V. 51. № 7. P. 915.
  9. 9. Гриндель О.М. Оптимальный уровень когерентности ЭЭГ и его значение в оценке функционального состояния мозга человека // Журн. Высш. нервн. деят. им. И.П. Павлова. 1980. T. 30. № 1. C. 62.
  10. 10. Boldyreva G.N., Zhavoronkova L.A., Sharova E.V., Dobronravova I.S. Electroencephalografic intercentral interaction as a reflection of normal and pathological human brain activity // Span. J. Psychol. 2007. V. 10. № 1. P. 169.
  11. 11. Шарова Е.В., Челяпина М.В., Коробкова Е.В. и др. ЭЭГ-корреляты восстановления сознания после тяжелой черепно-мозговой травм // Ж. Вопр. нейрохир. им. Н.Н. Бурденко. 2014. T. 78. № 1. C. 14.
  12. 12. Sharova E.V., Pogosbekyan E.L., Korobkova E.V. et al. Interhemispheric connectivity and attention in patients with disorders of consciousness after severe traumatic brain injury // J. Neurol. Stroke. 2018. V. 8. P. 245.
  13. 13. Cacciola A., Naro A., Milardi D. et al. Functional brain network topology discriminates between patients with minimally conscious state and unresponsive wakefulness syndrome // J. Clin. Med. 2019. V. 8. № 3. P. 306.
  14. 14. Carrasco Gómez M., Keijzer H.M., Ruijter B.J. et al. EEG functional connectivity contributes to outcome prediction of postanoxic coma // Clinic. Neurophysiol. 2021. V. 132. № 6. P. 1312.
  15. 15. Demertzi A., Antonopoulos G., Heine L. et al. Intrinsic functional connectivity differentiates minimally conscious from unresponsive patients // Brain. 2015. V. 138. Pt. 9. P. 2619.
  16. 16. Di Perri C., Thibaut A., Heine L. et al. Measuring consciousness in coma and related states // World J. Radiol. 2014. V. 6. № 8. P. 589.
  17. 17. Crone J.S., Lutkenhoff E.S., Vespa P.M., Monti M.M. A systematic investigation of the association between network dynamics in the human brain and the state of consciousness // Neurosc. Conscious. 2020. V. 2020. № 1. P. niaa008.
  18. 18. Мартынова О.В., Сушинская-Тетерева А.О., Балаев В.В., Иваницкий А.М. Корреляция функциональной связанности областей мозга, активных в состоянии покоя, с поведенческими и психологическими показателями // Журн. Высш. нервн. деят. им. И.П. Павлова. 2016. T. 66. № 5. C. 541.
  19. 19. Gilbert N., Bernier R.A., Calhoun V.D. et al. Diminished neural network dynamics after moderate and severe traumatic brain injury // PloS One. 2018. V. 13. № 6. P. e0197419.
  20. 20. Caeyenberghs K., Leemans A., Heitger M.H. et al. Graph analysis of functional brain networks for cognitive control of action in traumatic brain injury // Brain. 2012. V. 135. № 4. P. 1293.
  21. 21. Sharp D.J., Scott G., Leech R. Network dysfunction after traumatic brain injury // Nat. Rev. Neurol. 2014. V. 10. № 3. P. 156.
  22. 22. Зигмантович А.С., Окнина Л.Б., Копачка М.М. и др. Функциональные вейвлет-связи в состоянии покоя, отражающие восстановление сознания у пациентов с тяжелой черепно-мозговой травмой // Физиология человека. 2021. T. 47. № 2. C. 22.
  23. 23. Rapp P.E., Keyser D.O., Albano A. et al. Traumatic brain injury detection using electrophysiological methods // Front. Hum. Neurosci. 2015. V. 9. P. 11.
  24. 24. Popa L.L., Dragos H., Pantelemon C. et al. The role of quantitative EEG in the diagnosis of neuropsychiatric disorders // J. Med. Life. 2020. V. 13. № 1. P. 8.
  25. 25. Копачка М.М., Шарова Е.В., Александрова Е.В. и др. В поисках эффективного алгоритма ритмической транскраниальной магнитной стимуляции в нейрореабилитации пациентов, перенёсших тяжелую черепно-мозговую травму (аналитический обзор литературы) // Ж. Вопр. нейрохир. им. Н.Н. Бурденко. 2019. T. 3. № 6. C. 111.
  26. 26. Thibaut A., Schiff N., Giacino J. et al. Therapeutic interventions in patients with prolonged disorders of consciousness // Lancet Neurol. 2019. V. 18. № 6. P. 600.
  27. 27. Лурия А.Р. Основы нейропсихологии. М.: Изд-во МГУ, 2002. C. 174.
  28. 28. Petersen S.E., Posner M.I. The attention system of the human brain: 20 years after // Ann. Rev. Neurosci. 2012. V. 35. P. 73.
  29. 29. Friedman N.P., Robbins T.W. The role of prefrontal cortex in cognitive control and executive function // Neuropsychopharmacology. 2022. V. 47. № 1. P. 72.
  30. 30. Hoffmann M. The human frontal lobes and frontal network systems: an evolutionary, clinical, and treatment perspective // ISRN Neurol. 2013. V. 2013. P. 892459.
  31. 31. Cools R., Arnsten A.F. Neuromodulation of prefrontal cortex cognitive function in primates: the powerful roles of monoamines and acetylcholine // Neuropsychopharmacology. 2022. V 47. № 1. P. 309.
  32. 32. Гриндель О.М., Романова Н.В., Зайцев О.С. и др. Математический анализ электроэнцефалограмм в процессе восстановления сознания после тяжелой черепно-мозговой травмы // Ж. неврол. и психиатр. им. С.С. Корсаковой. 2006. T. 106. № 12. C. 47.
  33. 33. Thibaut A., Panda R., Annen J. et al. Preservation of brain activity in unresponsive patients identifies MCS star // Ann. Neurol. 2021. V. 90. № 1. P. 89.
  34. 34. Зигмантович А.С., Шарова Е.В., Копачка М.М. и др. Изменения сетей покоя фМРТ у пациентов с тяжелой черепно-мозговой травмой при терапевтической ритмической транскраниальной магнитной стимуляции (клиническое наблюдение) // Общ. реаниматология. 2022. T. 18. № 2. C. 53.
  35. 35. Zigmantovich A.S., Oknina L.B., Kopachka M.M. et al. Task-related reorganization of functional connectivity in early detection of consciousness in patients with severe brain injury // Arch. Clin. Biomed. Res. 2019. V. 3. № 6. P. 374.
  36. 36. Giacino J.T., Kalmar K., Whyte J. The JFK Coma Recovery Scale-Revised: measurement characteristics and diagnostic utility // Arch. Phys. Med. Rehabil. 2004. V. 85. № 12. P. 2020.
  37. 37. Доброхотова Т.А., Потапов А.А., Зайцев О.C. и др. Обратимые посткоматозные бессознательные состояния // Соц. и клин. психиатр. 1996. T. 6. № 2. C. 26.
  38. 38. McPeak L.A. Physiatric history and examination / Physical Medicine and Rehabilitation. WB Saunders Company, 1996. P. 3.
  39. 39. Kopachka M., Sharova Е., Alexandrova Е. et al. Therapeutic possibilities of transcranial magnetic stimulation in patients after traumatic brain injury (updated report) // Clin. Neurophysiology. 2019. V. 130. № 7. P. e115.
  40. 40. Gavron A.A., Deza-Araujo Y.I., Sharova E.V. et al. Group and individual fMRI analysis of the main resting state networks in healthy subjects // Neurosci. Behav. Physiol. 2020. V. 50. P. 288.
  41. 41. Smith S.M., Fox P.T., Miller K.L. et al. Correspondence of the brain’s functional architecture during activation and rest // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2009. V. 106. № 31. P. 13040.
  42. 42. Bagnato S., Boccagni C., Sant’Angelo A. et al. EEG predictors of outcome in patients with disorders of consciousness admitted for intensive rehabilitation // Clin. Neurophysiol. 2015. V. 126. № 5. P. 959.
  43. 43. Schorr B., Schlee W., Arndt M., Bender A. Coherence in resting-state EEG as a predictor for the recovery from unresponsive wakefulness syndrome // J. Neurol. 2016. V. 263. № 5. P. 937.
  44. 44. Tadel F., Baillet S., Mosher J.C. et al. Brainstorm: a user-friendly application for MEG/EEG analysis // Comput. Intell. Neurosci. 2011. V. 2011. P. 879716.
  45. 45. Wang G.J., Xie C., Stanley H.E. Correlation structure and evolution of world stock markets: Evidence from Pearson and partial correlation-based networks // Comput. Econ. 2018. V. 51. P. 607.
  46. 46. Granger C.W. Investigating causal relations by econometric models and cross-spectral methods // Econometrica. 1969. V. 37. № 3. P. 424.
  47. 47. Kamiński M., Ding M., Truccolo W.A., Bressler S.L. Evaluating causal relations in neural systems: Granger causality, directed transfer function and statistical assessment of significance // Biol. Cybern. 2001. V. 85. P. 145.
  48. 48. Hesse W., Möller E., Arnold M., Schack B. The use of time-variant EEG Granger causality for inspecting directed interdependencies of neural assemblies // J. Neurosci. Methods. 2003. V. 124. № 1. P. 27.
  49. 49. Русинов В.С., Гриндель О.М., Болдырева Г.Н., Вакар Е.М. Биопотенциалы мозга человека. М.: Медицина, 1987. С. 254.
  50. 50. Реброва О.Ю. Статистический анализ медицинских данных. Применение пакета прикладных программ STATISTICA. М.: МедиаСфера, 2002. С. 305.
  51. 51. Bor D., Sath A.K. Consciousness and the prefrontal parietal network: insights from attention, working memory, and chunking // Front. Psychol. 2012. V. 3. P. 63.
  52. 52. Thibaut A., Bruno M.A., Chatelle C. et al. Metabolic activity in external and internal awareness networks in severely brain-damaged patients // J. Rehabil. Med. 2012. V. 44. № 6. P. 487.
  53. 53. Lopez C., Halje P., Blanke O. Body ownership and embodiment: Vestibular and multisensory mechanisms // Clin. Neurophysiol. 2008. V. 38. № 3. P. 149.
  54. 54. Velichkovsky B.M., Krotkova O.A., Kotov A.A. et al. Consciousness in a multilevel architecture: Evidence from the right side of the brain // Conscious. Cogn. 2018. V. 64. P. 227.
  55. 55. Окнина Л.Б., Машеров Е.Л., Зайцев О.С., Александрова Е.В. Переключение между нейронными сетями необходимо для восстановления сознания после тяжелой травмы мозга // Физиология человека. 2022. Т. 48. № 1. С. 57.
  56. 56. Kraus K.S., Canlon B. Neuronal connectivity and interactions between the auditory and limbic systems. Effects of noise and tinnitus // Hear. Res. 2012. V. 288. № 1-2. P. 34.
  57. 57. Liégeois-Chauvel C., Bénar C., Krieg J. et al. How functional coupling between the auditory cortex and the amygdala induces musical emotion: a single case study // Cortex. 2014. V. 60. P. 82.
  58. 58. Chen Y.C., Xia W., Chen H. et al. Tinnitus distress is linked to enhanced resting‐state functional connectivity from the limbic system to the auditory cortex // Hum. Brain Mapp. 2017. V. 38. № 5. P. 2384.
  59. 59. Bruno M.A., Majerus S., Boly M. et al. Functional neuroanatomy underlying the clinical subcategorization of minimally conscious state patients // J. Neurol. 2012. V. 259. № 6. P. 1087.
  60. 60. Demertzi A., Tagliazucchi E., Dehaene S. et al. Human consciousness is supported by dynamic complex patterns of brain signal coordination // Sci. Adv. 2019. V. 5. № 2. P. eaat7603.
  61. 61. Leon-Carrion J., Leon-Dominguez U., Pollonini L. et al. Synchronization between the anterior and posterior cortex determines consciousness level in patients with traumatic brain injury (TBI) // Brain Res. 2012. V. 1476. P. 22.
  62. 62. Malagurski B. Neural signatures of consciousness abolition and recovery from coma. Doctoral dissertation, Université Paul Sabatier-Toulouse III. 2018. P. 184.
  63. 63. Захарова Н.Е., Данилов Г.В., Потапов А.А. и др. Прогностическое значение МРТ-классификации уровней и локализации травматического повреждения мозга в зависимости от сроков обследования пациентов // Ж. Вопр. нейрохир. им. Н.Н. Бурденко. 2019. T. 83. № 4. C. 45.
  64. 64. Chennu S., Finoia P., Kamau E. et al. Spectral Signatures of Reorganised Brain Networks in Disorders of Consciousness // PLoS Comput. Biol. 2014. V. 10. № 10. P. e1003887.
QR
Перевести

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Высшая аттестационная комиссия

При Министерстве образования и науки Российской Федерации

Scopus

Научная электронная библиотека