Динамика уровня серотонина в сеансах прослушивания акустического образа собственной ЭЭГ

Динамика уровня серотонина при БАК

СинВ настоящей работе определен уровень моноаминов в сыворотке крови испытуемых в условиях прослушивания акустического образа собственной ЭЭГ предъявляемого синхронно с эндогенной биоэлектрической активностью мозга.

При разработке средств восстановления нарушенных функций ЦНС предпочтение в последнее время отдается немедикаментозным способам, основанным на адекватных и «физиологичных» воздействиях. Среди известных техник можно выделить методы биологической обратной связи [13] и различные варианты сенсорной стимуляции, применяемые, например, в условиях аудиовизуальных воздействий [15, 16, 18] или так называемой музыкотерапии [14]. Данные методы, несмотря на перспективность нефармакологического подхода, имеют ряд ограничений, существенно снижающих эффективность их применения. Например, эффективность нейробиоуправления существенно зависит от сохранности когнитивной и эмоционально-волевой сфер, а для успешного использования музыкотерапии необходим учет девиации реакций структур мозга у разных индивидуумов на конкретные музыкальные произведения.

В Физиологическом отделе им. И.П. Павлова ФГБУ НИИ ЭМ (Санкт-Петербург) разработан метод биоакустической коррекции (БАК) функционального состояния ЦНС. В основе метода БАК используется концепция непроизвольной саморегуляции. Содержание этой концепции заключается не в компенсации нарушенных физиологических функций, а в активации естественных процессов регулирования, которые в норме осуществляются непроизвольно, но оказались подавлены в результате неблагоприятного сочетания факторов внешней среды и индивидуально-личностных особенностей. Активация процессов саморегуляции осуществляется акустической стимуляцией согласованной с текущей биоэлектрической активностью мозга. Предъявление музыкоподобных звуков, параметры которых согласованы с показателями ритмической структуры ЭЭГ и синхронны с событиями биоэлектрической активности мозга, создает уникальные условия адаптивной стимуляции. Такой вариант сенсорной стимуляции, который совмещает в себе элементы биологической обратной связи, аудиовизуального воздействия и музыкотерапии, позволяет активировать естественные процессы саморегуляции, что способствует эффективному восстановлению функционального состояния ЦНС.

Показано, что применение метода БАК у детей с синдромом дефицита внимания и гиперактивностью уменьшает количество клинических признаков заболевания: невнимательности, импульсивности и гиперактивности [9]. Применение БАК на группе больных неврозом с астеническим синдромом способствует нормализации психоэмоционального состояния, что выражается в снижении показателей реактивной и личностной тревожности, улучшении самочувствия, активности и настроения, увеличении уровня альфа-ритма, снижении выраженности бета-активности, снижении уровня асимметрии распределения периодов колебаний ЭЭГ [3]. У больных с органическими поражениями головного мозга изучена динамика восстановления когнитивных функций после проведения комплексной медицинской реабилитации с применением метода БАК. Показано, что применение метода БАК способствует восстановлению когнитивных функций, снижению тревожности и нормализации параметров ЭЭГ [5]. У подростков с дебютом вялотекущей шизофрении изучалась возможность функциональной коррекции аффективных расстройств на основе непроизвольной саморегуляции психоэмоционального состояния методом БАК, проводимого в комплексной терапии. Выявлено, что применение данного метода приводит к выраженному и устойчивому снижению уровня депрессии и тревоги. У больных значительно улучшается самочувствие и настроение, уменьшается чувство беспомощности, страх за себя и чувство одиночества, нормализуется сон [11].

Предполагаемый механизм восстановления функционального состояния ЦНС в условиях биоакустической коррекции заключается в активации регуляторных структур мозга, прежде всего, лимбических и стволовых образований. Активация этих структур в условиях БАК может быть обусловлена скоррелированностью предъявления «звуков мозга» с событиями текущей биоэлектрической активности.

Ранее нами было показано, что в сеансе прослушивания акустического образа ЭЭГ наблюдается рост тета-активности [6]. Генерирование тета-ритма связывают с реципрокным взаимодействием ГАМК- и холинергических нейронов септум и гиппокампа [2, 7]. В литературе также отмечается, что в продуцировании тета-волн принимают участие многие структуры лимбической системы, что дает основание именовать тета-активность «лимбическими тета-осциляциями» [12]. Таким образом, увеличение тета-активности в сеансах БАК свидетельствует об активации «висцерального мозга», что может выражаться, например, в изменении биохимического состава крови.

В этой связи, в настоящей работе определен уровень моноаминов в сыворотке крови испытуемых в условиях прослушивания акустического образа собственной ЭЭГ предъявляемого синхронно с эндогенной биоэлектрической активностью мозга и «звуков мозга», предъявляемых в заранее осуществленной записи для выявления механизмов активации процессов саморегуляции в условиях биоакустической коррекции.

Методы

Обследовано 20 практически здоровых испытуемых, 10 мужчин и 10 женщин в возрасте от 20 до 35 лет. Первая группа испытуемых («Биоакустика»), 11 человек, прослушивала акустический образ собственной ЭЭГ в реальном времени. Вторая группа («Контроль»), 9 человек, прослушивала запись акустического образа ЭЭГ, сделанную заранее на одном из испытуемых. Регистрация и преобразование ЭЭГ в звуки музыкального диапазона проводились с помощью компьютерного комплекса «Синхро-С» (производство ООО «СинКор», Санкт-Петербург, Россия). Биоэлектрическую активность головного мозга регистрировали в точках Fp1, Fp2, O1, O2 (по системе 10-20) относительно объединенного ушного электрода с частотой дискретизации 250 Гц при закрытых глазах. Все каналы регистрации ЭЭГ преобразовывались в акустический образ одновременно и независимо. Полученные звуки предъявлялись в соответствии со стороной регистрации ЭЭГ. Длительность сеанса составляла 20 минут. Преобразование ЭЭГ в акустический образ осуществлялось на основе операции согласования значений периодов колебаний ЭЭГ с множеством звуковых сэмплов, где каждому периоду колебания ЭЭГ в диапазоне от 1 до 30 Гц соответствовал звуковой сэмпл с определенной частотой основного тона [4]. Отношения частот основных тонов звуковых сэмплов соответствовали темперированному музыкальному строю, что придавало акустическому образу ЭЭГ выраженный музыкальный характер. Оценка динамики функционального состояния ЦНС в сеансах прослушивания акустического образа ЭЭГ проводилась по параметрам биоэлектрической активности мозга. На основе периодометрического анализа вычислялось среднее значение доли периодов колебаний ЭЭГ альфа-, бета-, тета- и дельта-диапазонов для каждой точки регистрации за 2 минуты в начале и в конце сеанса.

Перед сеансом прослушивания акустического образа ЭЭГ и сразу после него осуществляли забор венозной крови из локтевой вены. Плазму отделяли центрифугированием и хранили при температуре -700С до проведения анализа.

Моноамины экстрагировали из плазмы крови с использованием оксида алюминия. Для контроля качества экстракции в пробу добавляли 3,4-дигидроксифенилаланин (внутренний стандарт). Система ВЭЖХ состояла из  насоса Shimadzu LC-10AP VP, электрохимического детектора с проточной ячейкой Decade – Antec Leyden. Стеклоуглеродный электрод работал в режиме + 840 мВ. Образец вводили вручную (объем петли инжектора – 20 мкл). Разделение моноаминов проводили на колонке Supelco LC18, 5мкм, размеры колонки 250 ×4,5 мм при температуре колонки 45°C. Состав подвижной фазы: 8,3 мМ динатрия фосфат, 2,4 мМ ЭДТА, 29,7 мМ лимонная кислота, 15% ацетонитрила и 0,1 мМ октансульфонат натрия, рН=3,5. Хроматограмма регистрировалась и анализировалась с использованием программного обеспечения LabSolutions. Концентрацию катехоламинов относили к объему образца и рассчитывали как нг/мл.

Статистический анализ проводился с использованием программного пакета «STATISTICA». Проверка нормальности распределений полученных массивов осуществлялась по критерию Колмогорова-Смирнова. Оценка достоверности вычислялась по t-критерию Стьюдента.

Результаты

В группе прослушивания акустического образа собственной ЭЭГ выявлено увеличение уровня серотонина с 9,9±8,9 до 24,3±10,9 нг/ мл, (p<0,01). В контрольной группе изменений концентрации серотонина не наблюдалось. Значимой динамики уровней адреналина, норадреналина и дофамина ни в одной из групп не выявлено (Табл.1).

Таблица 1.

Таблица 1. Уровни норадреналина, адреналина, дофамина и серотонина до и после сеансов прослушивания акустического образа ЭЭГ в группе «Биоакустика» и «Контроль», ** — p<0,01.

По усредненным показателям биоэлектрической активности мозга за первые 2 минуты процедуры прослушивания акустического образа ЭЭГ группа «Биоакустика» практически не отличалась от контрольной. В обеих группах наблюдалось доминирование альфа-ритма со средним значением доли периодов колебаний ЭЭГ альфа-диапазона около 60%. В ходе процедуры прослушивания акустического образа ЭЭГ в группе «Биоакустика» выявлено увеличение доли периодов колебаний тета-диапазона левого затылочного отведения с 10,8 ± 4,3 до 20,3± 10,8 % (p<0,01), табл. 2. В группе «Контроль» подобных изменений ритмической структуры ЭЭГ не обнаружено. В диапазонах альфа-, бета- и дельта-ритмов лобных и затылочных отведений в группе «Биоакустика» и «Контроль» значимой динамики не выявлено.

Таблица 2

Таблица 2. Уровень тета-активности лобных и затылочных отведений в начале и в конце сеансов группы «Биоакустика» и «Контроль», ** — p<0,01.

Обсуждение

В ходе выполненного исследования обнаружено, что прослушивание акустического образа собственной ЭЭГ в реальном времени приводит к увеличению экскреции серотонина. При этом изменений уровня катехоламинов в плазме крови не наблюдалось. Известно, что серотонин крови синтезируется преимущественно энтерохромаффинными клетками кишечника [8]. Следовательно, увеличение серотонина крови отражает рост ваготонии. Таким образом, изменение баланса моноаминов в сторону серотонина в сыворотке крови в сеансах БАК указывает на то, что предъявление акустических стимулов скоррелированных с собственной биоэлектрической активностью мозга активирует преимущественно парасимпатические центры нервной системы. Эти данные согласуются с наблюдаемым снижением симпатикотонии у больных, перенесших инфаркт миокарда в комплексном лечении с применением биоакустической коррекции [10].

Повышение уровня серотонина в сеансах БАК сопровождается ростом индекса тета-активности левого затылочного отведения. Простейшая интерпретация данного феномена может быть представлена как глубокая релаксация испытуемых, включающая элементы медленноволнового сна. Можно было бы предположить, что испытуемые заведомо находятся в условиях релаксации, однако, в контроле подобных эффектов не наблюдается.

Учитывая то, что достоверные изменения ритмического состава ЭЭГ происходят в тета-диапазоне, можно предположить, что основными структурами мозга, которые вовлекаются в активацию в условиях БАК, являются структуры лимбической системы. Тем более, что в литературе отмечаются факты активации ядер гипоталамуса, гиппокампа, миндалины и других лимбических образований при прослушивании музыки [14, 17]. Значительный прирост тета-активности к концу сеанса биоакустической коррекции указывает на активацию гиппокампальной области, как одного из основных источников тета-ритма, а также гипоталамических образований, участвующих в организации цикла сон-бодрствование и активность которых как у больных, так и здоровых людей, может проявляться в преобладании колебаний тета-диапазона ЭЭГ [1]. Активация структур лимбической системы, в свою очередь, распространяется на стволовые образования, затрагивая ядра вагуса и сдвигая баланс вегетативной нервной системы в сторону парасимпатикотонии, о чем свидетельствует увеличение уровня серотонина в крови.

Таким образом, акустическая стимуляция определенным образом организованными стимулами способна активировать структуры мозга, участвующие в процессах саморегуляции. Частный случай такой частотно-временной организации звуков, который мы называем музыкой, может быть очень эффективным средством функциональной терапии. Возможно, акустическая стимуляция звуками, частотно-временная структура которых сформирована по закону собственной эндогенной активности мозга, и предъявление которой осуществляется синхронно с этой активностью, способствует активации процессов саморегуляции в еще большей мере.

Заключение

Предъявление звуков, синхронизированных и согласованных с текущей биоэлектрической активностью мозга, приводит к увеличению экскреции серотонина в крови. Повышение уровня серотонина в сеансах биоакустической коррекции сопровождается ростом тета-активности в ЭЭГ.

Авторы: К.В. Константинов. к.б.н., с.н.с Физиологического отдела им. И.П.Павлова ФГБУ НИИ экспериментальной медицины СЗО РАМН, Санкт-Петербург, Россия, М.Н. Карпенко к.б.н., н.с, Физиологического отдела им. И.П.Павлова ФГБУ НИИ экспериментальной медицины СЗО РАМН, М.К. Леонова — лаб. иссл., Физиологического отдела им. И.П.Павлова ФГБУ НИИ экспериментальной медицины СЗО РАМН. 

Меню