SEX DIFFERENCES OF THE HUMAN BRAIN HEMODYNAMIC SUPPLY DURING THE PERFORMANCE OF THE SIMULATED COGNITIVE ACTIVITY

Full Text

В настоящее время одной из актуальных задач современной физиологии поведения является исследо-вание закономерностей изменения кровоснабжения головного мозга человека при решении когнитивных задач, в том числе в зависимости от его половой при-надлежности [1, 2, 3, 4]. Одним из методов, используемых для оценки моз-говой гемодинамики, является реонцефалография. Рео-энцефалография (РЭГ) – широко известный, непрерыв-ный, неинвазивный и недорогой метод исследования со-судистой системы головного мозга, в основе которого лежит мониторинг электрического импеданса тканей [5]. Получаемые при PЭГ-исследованиях данные отражают изменения пульсовых колебаний крове-наполнения мозговых сосудов, дают достоверную информацию об относительной величине кровена-полнения отдельных областей и полушарий голов-ного мозга [2, 6]. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Выявление половых особенностей мозговой гемодинамики у лиц, реализующих моделируемую когнитивную деятельность. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ В исследовании добровольно приняли участие 54 испытуемых обоего пола (испытуемые женского пола (Ж) = 22, мужского пола (М) = 32) в возрасте 18–23 лет. Особенности гемодинамики головного мозга изучали в первой половине дня в положении испытуемого сидя [6] с использованием компьютер-ного многофункционального реографа «Рео-Спектр» (ООО «Нейрософт», Россия) в исходном состоянии относительного покоя и во время моделирования целенаправленной когнитивной деятельности. Регистрацию реоэнцефалограммы осуществляли в фронто-мастоидальных отведениях справа (Fmd) и слева (Fms), и в окципито-мастоидальных отведе-ниях справа (Omd) и слева (Oms). Целенаправленную когнитивную деятельность моделировали с использова-нием программы для проведения психофизиологиче-ских исследований «Физиотест» (Россия) [3] с помощью теста «Таблицы Шульте» в двухцветной модификации Шульте – Горбова [4, 7, 8]. При анализе полученных данных определяли следующие показатели РЭГ:

• время распространения реографической волны (Q_x, с);
• время восходящей части волны (α, с);
• время быстрого кровенаполнения (α1, с);
• время медленного кровенаполнения (α2, с);
• реографический индекс (РИ, у.е.);
• коэффициент асимметрии реографического ин-декса (КаРИ, %);
• максимальная скорость быстрого наполнения (Vмакс, Ом/с);
• средняя скорость медленного наполнения (Vср, Ом/с);
• дикротический индекс (ДИК, %);
• диастолический индекс (ДИА, %);
• отношение амплитуды максимального систоличес-кого значения венозной компоненты к макси-мальной амплитуде волны (Авен/Аарт, %);
• показатель венозного оттока (ПВО, %).

Анализ показателей когнитивной деятельности проводили, используя следующие параметры:

• общее время выполнения (ОВ); среднее время выбора числа (СВ); коэффициент полезного действия (КПД) (рассчитывается по формуле): – ;

• мощность выполнения (МВ) (рассчитывается по формуле): .

Накопление и первичную обработку исходных данных осуществляли с помощью табличного процес-сора Microsoft Office Excel 2016. Статистический анализ проводили с использова-нием программы STATISTICA 10 (StatSoft Inc.). Количественные показатели оценивали на пред-мет соответствия нормальному распределению с помо-щью критерия Шапиро – Уилка. При сравнении средних величин в нормально распределенных совокупностях количественных дан-ных рассчитывали t-критерий Стьюдента. Проверку различий между двумя сравниваемыми парными выборками проводили с применением W-критерия Уилкоксона. Для сравнения независи-мых совокупностей в случаях отсутствия признаков нормального распределения данных использовали U-критерий Манна – Уитни. С целью изучения связи между показателями провели корреляционный анализ с использованием метода ранговой корреляции Спирмена [8, 9]. Данные в таблицах представлены в виде сред-него арифметического и его стандартного отклонения (M ± SD) – при нормальном распределении или в виде медианы, верхнего и нижнего квартилей (Me, LQ, UQ) – при распределении, отличном от нормально-го. Критическим уровнем значимости считали P < 0,05. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Исходную выборку испытуемых разделили на две группы по половому признаку. При проведении ана-лиза параметров результативности когнитивной дея-тельности мы не выявили достоверных межгрупповых различий (рис. 1). В результате анализа реоэнцефалографических показателей у мужчин во время когнитивной дея-тельности по сравнению с исходным состоянием обнаружено: уменьшение показателей α2 и α в Os отве-дении; снижение показателей Vмакс и Vср в Od отведе-нии (табл. 1). В группе женщин во время решения когнитив-ной задачи по сравнению с исходным фоном наблюдается:

• увеличение показателей α2, α, и Q_x в Fs от-ведении;
• уменьшение показателей Q_x и РИ в Fd отведении;
• уменьшение ДИА и уменьшение отношения Авен/Аарт в Os отведении;
• уменьшение показателей Q_x, РИ, Vмакс, Vср и ДИК в Od отведении (табл. 2).

По результатам сравнения групп по показате-лям РЭГ во время когнитивной деятельности вы-явили следующие различия: в группе женщин пока-затели α, α1 и α2 в Fs отведении; РИ в Fs, Fd и Os отведениях; Vмакс в Fs, Fd и Os отведениях; Vср в Fs отведении; ДИК в Fs отведении; ПВО в Fs, Fd и Os отведениях достоверно выше, чем в группе мужчин (рис. 2). Провели корреляционный анализ с использова-нием метода ранговой корреляции Спирмена с целью выявления связей между реоэнцефалографическими показателями и показателями результативности дея-тельности при выполнении теста Шульте – Горбова. В группе женщин во время когнитивной деятель-ности выявили следующие взаимосвязи (рис. 3): α1Os – ОВ (r = –0,456), α1Os – СВ (r = –0,470), α1Os – МВ (r = –0,473), Авен/АартOd – ОВ (r = –0,516), Авен/АартOd – СВ (r = –0,527), Авен/АартOd – МВ (r = –0,542). В группе мужчин во время когнитивной деятель-ности выявили следующие взаимосвязи: Q_x Od – ОВ (r = 0,418), Q_x Od – СВ (r = 0,380), Q_x Od – МВ (r = 0,412), α2Od – ОВ (r = –0,357), α2Od – МВ (r = –0,366), VсрOd – КПД (r = –0,386). Полученные данные свидетельствуют о том, что гемодинамическое обеспечение деятельности голов-ного мозга у испытуемых различного пола во время решения когнитивных задач отличается существен-ным образом. Отличия отражаются и в локализации гемодинамических изменений по показателям РЭГ и в характеристиках корреляционных плеяд, отража-ющих характер взаимосвязей между показателями целенаправленного поведения и показателями РЭГ при решении простых когнитивных задач [2]. В част-ности, установлено, что при выполнении теста Шульте – Горбова у испытуемых мужского пола гемодинамические изменения наблюдаются в заты-лочной области в основном справа, тогда как у пред-ставителей женского пола в затылочной области и слева, и справа. Выявленные гемодинамические из-менения в затылочной области отражают, по-видимому, преимущественную активацию центральных структур зрительной сенсорной системы, локализованных в за-тылочных долях головного мозга, что связано с тем, что при выполнении теста Шульте – Горбова необхо-дима идентификация зрительных образов в виде цифр разного цвета и выстраивание их в виде заданной последовательности. Однако у испытуемых мужского пола эта относительно простая когнитивная задача в наших методических условиях решается путем перераспределения кровотока в затылочной области правого полушария, тогда как у испытуемых женского пола – путем перераспределения кровотока в заты-лочной области левого и правого полушарий. Кроме того, следует отметить, что в обеих группах сравнения при проведении теста Шульте – Горбова наблюдается снижение скоростных показателей крове-наполнения в затылочной области справа. Предположи-тельно, данное явление может быть связано с необхо-димостью усиления транскапиллярного обмена для эффективного метаболического обеспечения структур головного мозга, вовлеченных при данных условиях. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Таким образом, представленные в статье данные свидетельствуют о том, что у представителей женского и мужского пола при решении когнитивных задач c предъявлением визуальных стимулов гемодинами-ческое обеспечение головного мозга существенно различается по ряду показателей [10]. В то время как у представителей мужского пола перераспределение кровотока при решении когнитивной задачи осу-ществляется в затылочной доле правого полушария, то у представителей женского пола при решении аналогичной когнитивной задачи со схожей результа-тивностью перераспределение кровотока происходит в затылочных долях обоих полушарий головного мозга.

About the authors

Pavel A. Kulagin

Ryazan State Medical University named after Academician I.P. Pavlov

Author for correspondence.
Email: zu.pavel@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5284-0875

Postgraduate student of the Department of Normal Physiology with a course in Psycho-physiology, Ryazan State Medical University named after Academician I.P. Pavlov, Ryazan, Russia

Russian Federation, Ryazan

Mikhail M. Lapkin

Ryazan State Medical University named after Academician I.P. Pavlov

Email: lapkin_rm@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1826-8307

Doctor of Medical Sciences, Professor, Head of the Department of Normal Physiology with a course of Psychophysiology, Ryazan State Medical University named after Academician I.P. Pavlov, Ryazan, Russia

Russian Federation, Ryazan

Elena A. Trutneva

Ryazan State Medical University named after Academician I.P. Pavlov

Email: e_lena68@mail.ru

Candidate of Medical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Normal Physiology with a course in Psychophysiology, Ryazan State Medical University named after Academician I.P. Pavlov, Ryazan, Russia

Russian Federation, Ryazan

Roman A. Zorin

Ryazan State Medical University named after Academician I.P. Pavlov

Email: zorin.ra30091980@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4310-8786

Doctor of Medical Sciences, Associate Professor of the Department of Neurology and Neuro-surgery, Ryazan State Medical University named after Academician I.P. Pavlov, Ryazan, Russia

Russian Federation, Ryazan

References

Supplementary files