Human PhysiologyHuman PhysiologyФизиология человека0131-16463034-6150The Russian Academy of Sciences66405110.31857/S0131164624040028BTPAMGArticlesСтатьиResearch ArticleThe Comparison of Two Multitasking Approaches to Cognitive Training in Patients after Coronary Bypass Surgery: Theta Activity Changes and sLORETA Analysis DataСравнение двух многозадачных подходов к когнитивному тренингу у пациентов после коронарного шунтирования по данным изменений тета-активности и sLORETA-анализаKupriyanovaD. S.КуприяноваД. С.
Russian Federation
kuprds@bk.ruTarasovaI. V.ТарасоваИ. В.
Russian Federation
kuprds@bk.ruKuharevaI. N.КухареваИ. Н.
Russian Federation
kuprds@bk.ruSyrovaI. D.СыроваИ. Д.
Russian Federation
kuprds@bk.ruSosninaA. S.СоснинаА. С.
Russian Federation
kuprds@bk.ruTrubnikovaO. A.ТрубниковаО. А.
Russian Federation
kuprds@bk.ruBarbarashO. L.БарбарашО. Л.
Russian Federation
kuprds@bk.ruResearch Institute of Complex Issues of Cardiovascular DiseasesФГБНУ НИИ комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний31102024504223125022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0131-1646/article/view/664051

The study investigated the changes in theta activity and localization of its sources by standardized low resolution brain electromagnetic tomography (sLORETA) in patients who have underwent two variants of multitasking cognitive training (CT) in the early postoperative period of coronary artery bypass grafting (CABG). Two groups were formed in a pseudo-random way, which differed according to the type of motor problem used: CT I (n = 27) – a postural balance task and CT II (n = 27) – a simple visual-motor reaction. Cognitive tasks were the same for both groups (counting backwards, verbal fluency, and unusual uses for common objects). Daily sessions of CT were held from the 3rd to 4th day after CABG, with a duration of 5 minutes on the 1st day of training and up to 20 minutes on the 6th to 7th day of training. The current density of theta rhythm sources was lower before CABG than after surgery in the CT II group only. The most significant differences are in the Brodmann area 31, the parietal occipital lobes and precuneus, which may indicate damage associated with cardiac surgery. This effect was not observed in the CT I group. The results of our study demonstrated the informativeness of sLORETA indicators to determine an effective cognitive recovery option after CABG. The reduction of the severity of damaging effects of CABG during training using cognitive tasks and postural balance task was shown. Further research is needed to determine the optimal mode and duration of cognitive training to maximize the functional reserves of such patients.

В данной работе изучались изменения θ-активности и локализация ее источников методом standardized low resolution brain electromagnetic tomography (sLORETA) у пациентов, которые прошли два варианта многозадачного когнитивного тренинга (КТ) в раннем послеоперационном периоде коронарного шунтирования (КШ). Псевдослучайным образом были сформированы две группы, которые отличались по типу используемой моторной задачи: КТ I (n = 27) — стабилотренинг и КТ II (n = 27) — простая зрительно-моторная реакция. Когнитивные задачи были одинаковыми у обеих групп (обратный счет, вербальная беглость и придумывание способов необычного использования обычного предмета). Ежедневные сессии КТ проводились, начиная с 3–4-го дня после КШ, с продолжительностью от 5 мин в 1-й день тренинга и до 20 мин к 6–7 дню тренинга. Установлена меньшая плотность источников тока θ-ритма до операции по сравнению с послеоперационными данными только у группы, прошедшей КТ II. Наиболее сильные различия отмечены в поле Бродмана 31, теменно-затылочных долях головного мозга и предклинье, что может свидетельствовать об их повреждении, ассоциированным с кардиохирургическим вмешательством. При этом в группе, прошедшей КТ I, такого эффекта не наблюдалось. Результаты исследования демонстрируют информативность показателей sLORETA для определения эффективного варианта когнитивного восстановления после КШ. Показано снижение выраженности повреждающих эффектов КШ при выполнении тренинга с использованием когнитивных задач и постурального тренинга. Необходимы дальнейшие исследования для определения оптимальных режима и продолжительности когнитивного тренинга для максимальной активации функциональных резервов таких пациентов.

EEGsLORETAlow-resolution tomographycerebral ischemiacognitive impairmentcognitive rehabilitationmultitasking approachcoronary artery bypass surgeryЭЭГsLORETAтомография низкого разрешенияишемия мозгакогнитивные нарушениякогнитивная реабилитациямногозадачный подходкоронарное шунтированиеМинистерство науки и образования РФMinistry of Science and Education of the Russian Federation122012000364-5Indja B., Woldendorp K., Vallely M.P., Grieve S.M. Silent brain infarcts following cardiac procedures: A systematic review and meta-analysis // J. Am. Heart Assoc. 2019. V. 8. № 9. P. e010920.Bogolepova A.N. [Postoperative cognitive dysfunction] // Zh. Nevrol. Psikhiatr. Im. S.S. Korsakova. 2022. V. 122. № 8. P. 7.Боголепова А.Н. Послеоперационная когнитивная дисфункция // Ж. неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2022. T. 122. № 8. С. 7.Osipova O.A., Shevtsov R.Y., Plaksina K.G., Mezentsev Y.A. [Influence of the duration of coronary bypass operation on formation of postoperative cognitive dysfunction in elderly patients] // Current Problems of Health Care and Medical Statistics. 2023. № 1. P. 252.Осипова О.А., Шевцов Р.Ю., Плаксина К.Г., Мезенцев Ю.А. Влияние продолжительности операции коронарного шунтирования на формирование послеоперационной когнитивной дисфункции у пациентов пожилого возраста // Современные проблемы здравоохранения и медицинской статистики. 2023. № 1. С. 252.Evered L., Atkins K., Silbert B., Scott D.A. Acute peri-operative neurocognitive disorders: a narrative review // Anaesthesia. 2022. V. 77. P. 34.Liu J., Huang K., Zhu B. et al. Neuropsychological tests in post-operative cognitive dysfunction: Methods and applications // Front. Psychol. 2021. V. 12. P. 684307.Tasbihgou S.R., Absalom A.R. Postoperative neurocognitive disorders // Korean J. Anesthesiol. 2021. V. 74. № 1. P. 15.Trubnikova O.A., Tarasova I.V., Moskin E.G. et al. Beneficial effects of a short course of physical prehabilitation on neurophysiological functioning and neurovascular biomarkers in patients undergoing coronary artery bypass grafting // Front. Aging Neurosci. 2021. V. 13. P. 699259.Urits I., Orhurhu V., Jones M. et al. Current perspectives on postoperative cognitive dysfunction in the ageing population // Turk. J. Anaesthesiol. Reanim. 2019. V. 47. № 6. P. 439.Rots M.L., Fassaert L.M.M., Kappelle L.J. et al. Intra-operative hypotension is a risk factor for post-operative silent brain ischaemia in patients with pre-operative hypertension undergoing carotid endarterectomy // Eur. J. Vasc. Endovasc. Surg. 2020. V. 59. № 4. P. 526.Neimark M.I., Shmelev V.V., Rakhmonov A.A., Titova Z.A. Etiology and pathogenesis of postoperative cognitive dysfunction (Review) // Gen. Reanimatol. 2023. V. 19. № 1. P. 60.Неймарк М.И., Шмелев В.В., Рахмонов А.А., Титова З.А. Этиология и патогенез послеоперационной когнитивной дисфункции (обзор) // Общая реаниматология. 2023. T. 19. № 1. С. 60.Tarasova I.V., Trubnikova O.A., Kupriyanova D.S. et al. Cognitive functions and patterns of brain activity in patients after simultaneous coronary and carotid artery revascularization // Front. Hum. Neurosci. 2023. V. 17. P. 996359.Garrone B., Durando L., Prenderville J. et al. Paracetamol (acetaminophen) rescues cognitive decline, neuroinflammation and cytoskeletal alterations in a model of post-operative cognitive decline (POCD) in middle-aged rats // Sci. Rep. 2021. V. 11. № 1. P. 10139.Balan A.V. [The phenomenon of postoperative cognitive dysfunction (POCD) in modern anesthesiological practice in elderly patients (literature review): proceedings of the conference] / Science and education: future development: materials of the VIII International Scientific and Practical Conference. Cheboksary: SCC “Interactive plus”, 2018. P. 33.Балан А.В. Феномен послеоперационной когнитивной дисфункции (ПОКД) в современной анестезиологической практике у пациентов пожилого возраста (обзор литературы): сборник трудов конференции / Научное и образовательное пространство: перспективы развития: материалы VIII Междунар. науч.-практ. конф. Чебоксары: Центр научного сотрудничества "Интерактив плюс", 2018. С. 33.Butz M., El Shazly J., Sammer G. et al. Decreasing postoperative cognitive deficits after heart surgery: protocol for a randomized controlled trial on cognitive training // Trials. 2019. V. 20. № 1. P. 733.Ishizawa Y. Does preoperative cognitive optimization improve postoperative outcomes in the elderly? // J. Clin. Med. 2022. V. 11. № 2. P. 445.Greaves D., Psaltis P.J., Lampit A. et al. Computerised cognitive training to improve cognition including delirium following coronary artery bypass grafting surgery: protocol for a blinded randomised controlled trial // BMJ Open. 2020. V. 10. № 2. P. e034551.Trubnikova O.A., Tarasova I.V., Kukhareva I.N. et al. Effectiveness of dual-task computerized cognitive training in the prevention of postoperative cognitive dysfunction in coronary bypass surgery // Cardiovasc. Ther. Prev. 2022. V. 21. № 8. P. 3320.Трубникова О.А., Тарасова И.В., Кухарева И.Н и др. Эффективность компьютеризированных когнитивных тренингов методом двойных задач в профилактике послеоперационных когнитивных дисфункций при коронарном шунтировании // Кардиоваск. тер. и проф. 2022. T. 21. № 8. С. 3320.Requena C., Rebok G.W. Evaluating successful aging in older people who participated in computerized or paper-and-pencil memory training: The Memoria Mejor program // Int. J. Environ. Res. Public Health. 2019. V. 16. № 2. P. 191.Mack M., Stojan R., Bock O., Voelcker-Rehage C. Cognitive-motor multitasking in older adults: a randomized controlled study on the effects of individual differences on training success // BMC Geriatr. 2022. V. 22. № 1. P. 581.Vecchio F., Miraglia F., Alù F. et al. Human brain networks in physiological and pathological aging: reproducibility of electroencephalogram graph theoretical analysis in cortical connectivity // Brain Connect. 2022. V. 12. № 1. P. 41.Moody O.A., Zhang E.R., Vincent K.F. et al. The neural circuits underlying general anesthesia and sleep // Anesth. Analg. 2021. V. 132. № 5. P. 1254.Vlisides P.E., Li D., Maywood M. et al. Electroencephalographic biomarkers, cerebral oximetry, and postoperative cognitive function in adult non-cardiac surgical patients: a prospective cohort study // Anesthesiology. 2023. V. 139. № 5. P. 568.Tarasova I.V., Volf N.V., Kupriyanova D.S. et al. [Changes in event-related synchronization/desynchronization of brain electric activity in cardiosurgical patients with postoperative cognitive dysfunction] // Sib. Sci. Med. J. 2021. V. 41. № 2. P. 12.Тарасова И.В., Вольф Н.В., Куприянова Д.С. и др. Изменения вызванной синхронизации/десинхронизации электрической активности коры мозга у кардиохирургических пациентов с послеоперационной когнитивной дисфункцией // Сиб. науч. мед. ж. 2021. T. 41. № 2. С. 12.Tarasova I.V., Kupriyanova D.S., Trubnikova O.A. et al. Current source density (sLORETA) in patients undergoing cognitive rehabilitation using dual task in the early postoperative period of coronary artery bypass grafting // Compl. Iss. Cardiovasc. Dis. 2022. V. 11. № 4S. P. 65.Тарасова И.В., Куприянова Д.С., Трубникова О.А. и др. Анализ распределения плотности источников тока (sLORETA) у пациентов после когнитивной реабилитации с применением двойной задачи в раннем послеоперационном периоде коронарного шунтирования // Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2022. T. 11. № 4S. С. 65.Pascual-Marqui R.D. Standardized low-resolution brain electromagnetic tomography (sLORETA): technical details // Methods Find. Exp. Clin. Pharmacol. 2002. V. 24. P. 5.Privodnova E.Y., Volf N.V. Figural creative task sculpts the baseline resting-state EEG in older adults: a pilot study // Human Physiology. 2021. V. 47. № 5. P. 28.Приводнова Е.Ю., Вольф Н.В. Решение образных креативных задач изменяет фоновую ЭЭГ покоя у пожилых людей (пилотное исследование) // Физиология человека. 2021. Т. 47. № 5. С. 28.Kupriyanova D.S., Tarasova I.V. The possibilities of using the sLORETA method for the diagnosis of brain damage in cardiac surgery patients in the perioperative period // Psychophysiology News. 2023. № 1. P. 54.Куприянова Д.С., Тарасова И.В. Возможности применения метода sLORETA для диагностики мозгового повреждения у кардиохирургических пациентов в периоперационном периоде // Вестник психофизиологии. 2023. № 1. С. 54.Urazgildeeva G.R., Ponomareva N.V., Kolesnikova E.P. et al. [New possibilities of using high-resolution cognitive evoked potentials in assessing the progression of Huntington's disease] // Bulletin of the National Society for the Study of Parkinson's Disease and Movement Disorders. 2022. № 2. Р. 205.Уразгильдеева Г.Р., Пономарева Н.В., Колесникова Е.П. и др. Новые возможности использования когнитивных вызванных потенциалов высокого разрешения в оценке прогрессирования болезни Гентингтона // Бюллетень Национального общества по изучению болезни Паркинсона и расстройств движений. 2022. № 2. С. 205.Nardone R., Sebastianelli L., Versace V. et al. Usefulness of EEG Techniques in Distinguishing Frontotemporal Dementia from Alzheimer's Disease and Other Dementias // Dis. Markers. 2018. V. 2018. P. 6581490.Leviashvili S., Ezra Y., Droby A. et al. EEG-Based Mapping of Resting-State Functional Brain Networks in Patients with Parkinson's Disease // Biomimetics (Basel). 2022. V. 7. № 4. P. 231.Klados M.A., Styliadis C., Frantzidis C.A. et al. Beta-Band Functional Connectivity is Reorganized in Mild Cognitive Impairment after Combined Computerized Physical and Cognitive Training // Front. Neurosci. 2016. V. 10. P. 55.Syrova I.D., Tarasova I.V., Trubnikova O.A. et al. A multitask approach to prevention of the cognitive decline after coronary artery bypass grafting: a prospective randomized controlled study // J. Xiangya Med. 2023. V. 8. P. 2.Daulatzai M.A. Cerebral hypoperfusion and glucose hypometabolism: Key pathophysiological modulators promote neurodegeneration, cognitive impairment, and Alzheimer's disease // J. Neurosci Res. 2017. V. 95. № 4. P. 943.Torres-Simón L., Doval S., Nebreda A. et al. Understanding brain function in vascular cognitive impairment and dementia with EEG and MEG: A systematic review // Neuroimage Clin. 2022. V. 35. P. 103040.Mostile G., Giuliano L., Monastero R. et al. Electrocortical networks in Parkinson's disease patients with mild cognitive impairment. The PaCoS study // Parkinsonism Relat. Disord. 2019. V. 64. P. 156.Pierik R., Uyttenboogaart M., Erasmus M.E. et al. Distribution of perioperative stroke in cardiac surgery // Eur. J. Neurol. 2019. V. 26. № 1. P. 184.Amano Y., Sano H., Fujimoto A. et al. Cortical and internal watershed infarcts might be key signs for predicting neurological deterioration in patients with internal carotid artery occlusion with mild symptoms // Cerebrovasc. Dis. Extra. 2020. V. 10. № 2. P. 76.Knyazev G.G. EEG correlates of self-referential processing // Front. Hum. Neurosci. 2013. V. 7. P. 264.Stankova E.P., Shepovalnikov A.N. Functional connectivity of cortical fields at rest as a mechanism of brain preparation to purposeful activity // Human Physiology. 2018. V. 44. № 6. P. 5.Станкова Е.П., Шеповальников А.Н. Функциональное объединение корковых полей в покое как механизм преднастройки мозга к целенаправленной деятельности // Физиология человека. 2018. Т. 44. № 6. С. 5.González-López M., Gonzalez-Moreira E., Areces-González A. et al. Who's driving? The default mode network in healthy elderly individuals at risk of cognitive decline // Front. Neurol. 2022. V. 13. P. 1009574.Hodgetts C.J., Shine J.P., Williams H. et al. Increased posterior default mode network activity and structural connectivity in young adult APOE-ε4 carriers: a multimodal imaging investigation // Neurobiol. Aging. 2019. V. 73. P. 82.Wang J., Liu J., Wang Z. et al. Dysfunctional interactions between the default mode network and the dorsal attention network in subtypes of amnestic mild cognitive impairment // Aging (Albany NY). 2019. V. 11. № 20. P. 9147.Zhu Y., Zhou M., Jia X. et al. Inflammation Disrupts the Brain Network of Executive Function after Cardiac Surgery // Ann. Surg. 2023. V. 277. № 3. P. e689.Smith P.J., Browndyke J.N., Monge Z.A. et al. Neurologic Outcomes Research Group (NORG). Longitudinal Changes in Regional Cerebral Perfusion and Cognition After Cardiac Operation // Ann. Thorac. Surg. 2019. V. 107. № 1. P. 112.Utevsky A.V., Smith D.V., Huettel S.A. Precuneus is a functional core of the default-mode network // J. Neurosci. 2014. V. 34. № 3. P. 932.