Анализ распределения плотности источников тока (sLORETA) у пациентов после когнитивной реабилитации с применением двойной задачи в раннем послеоперационном периоде коронарного шунтирования

Основные положения. Впервые метод стандартизованной электромагнитной томографии низкого разрешения (sLORETA, standardized low resolution brain electromagnetic tomography) применен для оценки нейрофизиологических коррелятов успешности курса когнитивной реабилитации с использованием двойной задачи для восстановления функций мозга при ишемии, связанной с кардиохирургическим вмешательством.

При успешно проведенной когнитивной реабилитации выявлены более низкие послеоперационные показатели мозговой активности покоя в низкочастотном тета-диапазоне, локализованные в структурах правого полушария, что может отражать эффект трансфера – важного компонента успешной когнитивной реабилитации.

Цель. Визуализация и контроль ишемических изменений мозгового вещества важны для диагностики цереброваскулярных заболеваний. Целью работы явилась оценка возможностей и применимости метода стандартизованной электромагнитной томографии низкого разрешения (sLORETA) для анализа электрической активности головного мозга у пациентов, прошедших курс когнитивной реабилитации с использованием двойной задачи для восстановления функций мозга при ишемии, связанной с кардиохирургическим вмешательством.

Материалы и методы. В исследовании включены 16 пациентов мужского пола (45–75 лет), которые поступили для планового коронарного шунтирования (КШ) в НИИ КПССЗ (Кемерово, Россия). Клинические и нейрофизиологические обследования проведены за 2–3 дня до и через неделю после вмешательства. Всем больным начиная с 3–4 суток послеоперационного периода и до выписки из стационара выполнен курс когнитивной реабилитации и оценена его успешность. Монополярную электроэнцефалограмму (ЭЭГ) в 62 стандартных отведениях регистрировали с помощью усилителя Neuvo SynAmps2 в состоянии покоя в положении сидя с закрытыми глазами в условиях свето- и шумоизолированной комнаты. Подготовка данных для количественного анализа фоновой ЭЭГ-активности методом sLORETA проведена с помощью программного обеспечения EEGLab и MATLAB. С использованием алгоритмов sLORETA рассчитаны динамический кросс-спектр и плотность источников тока в анализируемом частотном диапазоне (4–6 Гц). Статистический анализ показателей плотности источников тока проведен в пакете sLORETA с помощью метода статистического непараметрического картирования, рассчитан контраст плотности источников тока в до- и послеоперационном периоде.

Результаты. Для 44% (n = 7) пациентов курс когнитивной реабилитации был успешен.  При рассмотрении показателей ЭЭГ-активности, полученных с помощью sLORETA, обнаружены различия между группами с успешной и неуспешной когнитивной реабилитацией. Высокая плотность источников тока тета-1-ритма в группе с неуспешной когнитивной реабилитацией по сравнению с группой с успешно завершенным тренингом была наиболее выражена (t>–8,42; p<0,004) в таких структурах правого полушария, как поле Бродмана 22, темпоральная доля и верхняя темпоральная извилина.

Заключение. Метод sLORETA позволил продемонстрировать положительное влияние курса когнитивного тренинга на изменения пространственных паттернов мозговой активности у пациентов, перенесших КШ в условиях искусственного кровообращения. При успешно проведенной когнитивной реабилитации выявлены более низкие послеоперационные показатели осцилляторной мозговой активности покоя в низкочастотном тета-диапазоне, локализованные в правых темпоральных отделах коры. Эти результаты могут отражать эффект трансфера – важного компонента успешной когнитивной реабилитации.

1. Тарасова И.В., Вольф Н.В., Куприянова Д.С., Трубникова О.А., Барбараш О.Л. Изменения вызванной синхронизации/десинхронизации электрической активности коры мозга у кардиохирургических пациентов с послеоперационной когнитивной дисфункцией. Сибирский научный медицинский журнал. 2021;41(2):12-20. doi: 10.18699/SSMJ20210202

2. Zhu H., Qiu J., Sun X., Yang X., Zhang B., Tan Y. Intelligent algorithm-based quantitative electroencephalography in evaluating cerebral small vessel disease complicated by cognitive impairment. Comput Math Methods Med. 2022; 2022: 9398551. doi: 10.1155/2022/9398551.

3. Pascual-Marqui R.D. Standardized low-resolution brain electromagnetic tomography (sLORETA): technical details. Methods Find Exp Clin Pharmacol. 2002; 24 (Suppl D):5-12.

4. Wolff A., Di Giovanni D.A., Gómez-Pilar J., Nakao T., Huang Z., Longtin A., Northoff G. The temporal signature of self: Temporal measures of resting-state EEG predict self-consciousness. Hum Brain Mapp. 2019;40(3):789-803. doi: 10.1002/hbm.24412.

5. Приводнова Е.Ю., Вольф Н.В. Топографические особенности тета-активности у молодых и пожилых испытуемых на начальном этапе решения креативной задачи: sLORETA-анализ. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2018; 68(3): 304-312. doi: 10.7868/S0044467718030048.

6. Pascual-Marqui R.D., Michel C.M., Lehmann D. Low resolution electromagnetic tomography: a new method for localizing electrical activity in the brain. Int J Psychophysiol. 1994;18(1):49-65. doi: 10.1016/0167-8760(84)90014-x.

7. Babiloni C., Del Percio C., Pascarelli M.T., Lizio R., Noce G., Lopez S., Rizzo M., Ferri R., Soricelli A., Nobili F., Arnaldi D., Famà F., Orzi F., Buttinelli C., Giubilei F., Salvetti M., Cipollini V., Franciotti R., Onofrj M., Stirpe P., Fuhr P., Gschwandtner U., Ransmayr G., Aarsland D., Parnetti L, Farotti L., Marizzoni M., D'Antonio F., De Lena C., Güntekin B., Hanoğlu L., Yener G., Emek-Savaş D.D., Triggiani A.I., Taylor J.P., McKeith I., Stocchi F., Vacca L., Hampel H., Frisoni G.B., De Pandis M.F., Bonanni L. Abnormalities of functional cortical source connectivity of resting-state electroencephalographic alpha rhythms are similar in patients with mild cognitive impairment due to Alzheimer's and Lewy body diseases. Neurobiol Aging. 2019;77:112-127. doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2019.01.013.

8. Babiloni C., Del Percio C., Lizio R., Noce G., Lopez S., Soricelli A., Ferri R., Pascarelli M.T., Catania V., Nobili F., Arnaldi D., Famà F., Orzi F., Buttinelli C., Giubilei F., Bonanni L., Franciotti R., Onofrj M., Stirpe P., Fuhr P., Gschwandtner U., Ransmayr G., Fraioli L., Parnetti L., Farotti L., Pievani M., D'Antonio F., De Lena C., Güntekin B., Hanoğlu L., Yener G., Emek-Savaş D.D., Triggiani A.I., Taylor J.P., McKeith I., Stocchi F., Vacca L., Frisoni G.B., De Pandis M.F. Levodopa may affect cortical excitability in Parkinson's disease patients with cognitive deficits as revealed by reduced activity of cortical sources of resting state electroencephalographic rhythms. Neurobiol Aging. 2019;73:9-20. doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2018.08.010.

9. Ponomareva N., Andreeva T., Protasova M., Konovalov R., Krotenkova M., Malina D., Mitrofanov A., Fokin V., Illarioshkin S., Rogaev E. Genetic association between Alzheimer's disease risk variant of the PICALM Gene and EEG functional connectivity in non-demented adults. Front Neurosci. 2020;14:324. doi: 10.3389/fnins.2020.00324.

10. Тарасова И.В., Трубникова О.А., Барбараш О.Л., Барбараш Л.С. Изменения электроэнцефалограммы у пациентов с ранней и стойкой послеоперационной когнитивной дисфункцией при коронарном шунтировании с искусственным кровообращением. Неврологический журнал. 2017; 22(3): 136-141. doi: 10.18821/1560-9545-2017-22-3-136-141.

11. Тарасова И.В., Акбиров Р.М., Тарасов Р.С., Трубникова О.А., Барбараш О.Л. Изменения показателей электрической активности мозга у пациентов, перенесших одномоментное коронарное шунтирование и каротидную эндартерэктомию. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2019;119(7):41-47. doi:10.17116/jnevro201911907141.

12. Trubnikova O.A., Tarasova I.V., Moskin E.G., Kupriyanova D.S., Argunova Y.A., Pomeshkina S.A., Gruzdeva O.V., Barbarash O.L. 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; 13: 699259. doi: 10.3389/fnagi.2021.699259.

13. Petrigna L., Thomas E., Gentile A., Paoli A., Pajaujiene S., Palma A., Bianco A. The evaluation of dual-task conditions on static postural control in the older adults: a systematic review and meta-analysis protocol. Syst Rev. 2019 Jul 27;8(1):188. doi: 10.1186/s13643-019-1107-4.

14. Трубникова О.А., Тарасова И.В., Барбараш О.Л. Нейрофизиологические механизмы и перспективы использования двойных задач в восстановлении когнитивных функций у кардиохирургических пациентов. Фундаментальная и клиническая медицина. 2020;5(2):101-111. doi:10.23946/2500-0764-2020-5-1-101-111

15. Moreira J.M.A., Grilo E.N. Quality of life after coronary artery bypass graft surgery - results of cardiac rehabilitation programme. J Exerc Rehabil. 2019;15(5):715-722. doi: 10.12965/jer.1938444.222.

16. Relander K., Hietanen M., Rantanen K., Rämö J., Vento A., Saastamoinen K.P., Roine R.O., Soinne L. Postoperative cognitive change after cardiac surgery predicts long-term cognitive outcome. Brain Behav. 2020;10(9):e01750. doi: 10.1002/brb3.1750.

17. Тарасова И.В., Трубникова О.А., Кухарева И.Н., Соснина А.С., Куприянова Д.С., Шестернин В.Г., Нагирняк О.А., Барбараш О.Л. Эффекты когнитивной реабилитации с применением двойной задачи у пациентов в раннем послеоперационном периоде прямой реваскуляризации миокарда. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2021;10(3):15-25. doi: 10.17802/2306-1278-2021-10-3-15-25

18. Yamamoto A.K., Sanjuán A., Pope R., Parker Jones O., Hope T.M.H., Prejawa S., Oberhuber M., Mancini L., Ekert J.O., Garjardo-Vidal A., Creasey M., Yousry T.A., Green D.W., Price C.J. The Effect of right temporal lobe gliomas on left and right hemisphere neural processing during speech perception and production tasks. Front Hum Neurosci. 2022; 16:803163. doi: 10.3389/fnhum.2022.803163.

19. Manini B., Vinogradova V., Woll B., Cameron D., Eimer M., Cardin V. Sensory experience modulates the reorganization of auditory regions for executive processing. Brain. 2022:awac205. doi: 10.1093/brain/awac205.

20. Troyer M., McRae K., Kutas M. Wrong or right? Brain potentials reveal hemispheric asymmetries to semantic relations during word-by-word sentence reading as a function of (fictional) knowledge. Neuropsychologia. 2022;170:108215. doi: 10.1016/j.neuropsychologia.2022.108215.

21. Yin C.H., Yang F.G. The Effects of working memory capacity in metaphor and metonymy comprehension in Mandarin-English bilinguals' minds: An fMRI Study. Brain Sci. 2022;12(5):633. doi: 10.3390/brainsci12050633.

22. Davis J.E., Wagner D.R., Garvin N., Moilanen D., Thorington J., Schall C. Cognitive and psychomotor responses to high-altitude exposure in sea level and high-altitude residents of Ecuador. J Physiol Anthropol. 2015;34(1):2. doi: 10.1186/s40101-014-0039-x.

23. Пономарева Н.В., Медведев Р.Б., Боравова А.И., Канавец Е.В, Клопов В.И., Фокин В.Ф., Лагода О.В., Танашян М.М. Билатеральная асимметрия кровотока по магистральным артериям головы при когнитивной нагрузке у больных хронической ишемией мозга. Асимметрия. 2022;16(1): 5-11. doi: 10.25692/ASY.2022.16.1.001

24. Zhang Y.Q., Zhang W.J., Liu J.H., Ji W.Z. Effects of chronic hypoxic environment on cognitive function and neuroimaging measures in a high-altitude population. Front Aging Neurosci. 2022;14:788322. doi: 10.3389/fnagi.2022.788322.

25. Ballesteros S., Mayas J., Prieto A., Ruiz-Marquez E., Toril P., Reales J.M. Effects of video game training on measures of selective attention and working memory in older adults: results from a randomized controlled trial. Front Aging Neurosci. 2017;9:354. doi:10.3389/fnagi.2017.00354.

26. Heinzel S., Rimpel J., Stelzel C., Rapp M.A. Transfer effects to a multimodal dual-task after working memory training and associated neural correlates in older adults - a pilot study. Front Hum Neurosci. 2017;11:85. doi:10.3389/fnhum.2017.00085.