ИЗМЕНЕНИЯ НЕЙРОФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ И МАРКЕРОВ НЕЙРОВАСКУЛЯРНОЙ ЕДИНИЦЫ У КАРДИОХИРУРГИЧЕСКИХ ПАЦИЕНТОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ МНОГОЗАДАЧНОГО ТРЕНИНГА В ТРЕХМЕРНОЙ СРЕДЕ

Основные положения

Впервые продемонстрировано, что изменения нейрофизиологических показателей и маркеров нейроваскулярной единицы у кардиохирургических пациентов под влиянием многозадачного тренинга в трехмерной среде характеризуются оптимизацией деятельности доменов внимания и кратковременной памяти, отсутствием значимой динамики низкочастотной тета-активности и более выраженной активацией синтеза BDNF в сравнении с лицами без тренинга.

Резюме

Цель исследования. Изучить изменения комплексного показателя когнитивного статуса в доменах нейродинамики, внимания и кратковременной памяти, индексов электроэнцефалограммы (ЭЭГ) и маркеров нейроваскулярной единицы (НВЕ) у кардиохирургических пациентов под влиянием многозадачного тренинга в трехмерной среде.

Материалы и методы. В проспективном рандомизированном исследовании приняли участие 100 пациентов, которых методом конвертов разделили на две группы: 47 пациентов прошли курс многозадачного тренинга в трехмерной среде, 53 пациента составили группу контроля (без тренинга). Всем пациентам помимо стандартного клинического обследования проведено расширенное исследование когнитивного статуса, ЭЭГ-показателей и маркеров НВЕ в периферической крови.

Результаты. У пациентов, прошедших курс тренинга, на 11–12-е сут после коронарного шунтирования (КШ) определено улучшение комплексных показателей внимания и кратковременной памяти по сравнению с предоперационными значениями. Вместе с тем у пациентов группы контроля наблюдалось отсутствие значимой динамики по комплексным показателям когнитивных доменов. Анализ показателей суммарной мощности биопотенциалов ЭЭГ показал, что у пациентов, прошедших курс тренинга, показатели тета1-ритма статистически значимо не отличались от предоперационных значений. В группе без тренинга увеличение тета-активности (тета1 и тета2) было статистически значимым, как и бета-активности (бета1 и бета2). У пациентов с BP-тренингом на 16,7% чаще наблюдалось увеличение концентраций BDNF в периферической крови на 11–12-е сут после КШ, чем в группе без тренинга.

Заключение. Проведение многозадачных тренингов с использованием трехмерной среды в раннем послеоперационном периоде КШ способствовало снижению частоты ПОКД по окончании госпитального этапа благодаря оптимизации деятельности доменов внимания и кратковременной памяти. Положительное влияние тренинга состояло в отсутствии значимой динамики низкочастотной тета-активности и в более выраженной активации синтеза BDNF в сравнении с пациентами без тренинга, что может свидетельствовать о реорганизации мозговой активности и НВЕ, однако этот эффект требует подтверждения в дальнейших исследованиях.

1. Hill N.L., McDermott C., Mogle J., Munoz E., DePasquale N., Wion R., Whitaker E. Subjective cognitive impairment and quality of life: a systematic review. Int Psychogeriatr. 2017;29(12):1965-1977. doi: 10.1017/S1041610217001636.

2. Chang Wong E., Chang Chui H. Vascular cognitive impairment and dementia. Continuum (Minneap Minn). 2022;28(3):750-780. doi: 10.1212/CON.0000000000001124.

3. Nagai M., Hoshide S., Nishikawa M., Masahisa S., Kario K. Visit-to-visit blood pressure variability in the elderly: associations with cognitive impairment and carotid artery remodeling. Atherosclerosis. 2014;233(1):19-26. doi: 10.1016/j.atherosclerosis.2013.11.071.

4. Аргунова Ю.А., Трубникова О.А., Каган Е.С., Барбараш О.Л. Связь предоперационной приверженности к терапии с риском развития ранней послеоперационной когнитивной дисфункции у пациентов, подвергшихся коронарному шунтированию. Кардиологический вестник. 2017;12(2): 54-59.

5. Greaves D., Psaltis P.J., Davis D.H.J., Ross T.J., Ghezzi E.S., Lampit A., Smith A.E., Keage H.A.D. Risk factors for delirium and cognitive decline following coronary artery bypass grafting surgery: a systematic review and meta-analysis. J Am Heart Assoc. 2020;9(22):e017275. doi: 10.1161/JAHA.120.017275.

6. Тарасова И.В., Соснина А.С., Куприянова Д.С., Кухарева И.Н., Сырова И.Д., Трубникова О.А., Барбараш О.Л. Нарушения когнитивных функций у пациентов кардиохирургического профиля с синдромом старческой астении и преастении. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2023;123(11):57 63. doi:10.17116/jnevro202312311157

7. Tarasova I., Trubnikova O., Kukhareva I., Syrova I., Sosnina A., Kupriyanova D., Barbarash O. A Comparison of Two Multi-Tasking Approaches to Cognitive Training in Cardiac Surgery Patients. Biomedicines. 2023;11(10):2823. doi: 10.3390/biomedicines11102823.

8. Maggio M.G., Latella D., Maresca G., Sciarrone F., Manuli A., Naro A., De Luca R, Calabrò RS. Virtual reality and cognitive rehabilitation in people with stroke: An overview. J Neurosci Nurs. 2019; 51: 101-105. doi: 10.1097/JNN.0000000000000423.

9. Rutkowski S., Kiper P., Cacciante L., Mazurek J., Turolla A. Use of virtual reality-based training in different fields of rehabilitation: A systematic review and meta-analysis. J Rehabil Med. 2020; 52: 1-16. doi: 10.2340/16501977-2755.

10. Amato I., Nanev A., Piantella S., Wilson K.E., Bicknell R., Heckenberg R., Horan B., Maruff P., Wright B. Assessing the utility of a virtual-reality neuropsychological test battery, ‘CONVIRT’, in detecting alcohol-induced cognitive impairment. Behav Res Methods. 2021; 53: 1115-1123. doi: 10.3758/s13428-020-01485-2.

11. Venkatesan M., Mohan H., Ryan J.R., Schürch C.M., Nolan G.P., Frakes D.H.,

12. Coskun A.F. Virtual and augmented reality for biomedical applications. Cell Rep Med. 2021; 2: 100348. doi:10.1016/j.xcrm.2021.100348

13. Разумникова О.М., Трубникова О.А. Технологии виртуальной реальности для восстановления когнитивных функций и качества жизни: применение для кардиологических пациентов с ишемией мозга. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2023;12(4):133-148. doi:10.17802/2306-1278-2023-12-4-133-148

14. Saeedi S., Ghazisaeedi M., Rezayi S. Applying game-based approaches for physical rehabilitation of poststroke patients: A systematic review. J Healthc Eng. 2021; 2021: 9928509. doi: 10.1155/2021/9928509.

15. Wenk N., Penalver-Andres J., Buetler K.A., Nef T., Müri R.M., Marchal-Crespo L. Effect of immersive visualization technologies on cognitive load, motivation, usability, and embodiment. Virtual Real. 2023; 27: 307-331. doi: 10.1007/s10055-021-00565-8.

16. Kamari M., Siqueira V., Bakare J., Sebastião E. Virtual Reality Technology for Physical and Cognitive Function Rehabilitation in People With Multiple Sclerosis. Rehabil Res Pract. 2024;2024:2020263. doi: 10.1155/2024/2020263.

17. Liao Y.Y., Chen I.H., Lin Y.J., Chen Y., Hsu W.C. Effects of virtual reality-based physical and cognitive training on executive function and dual-task gait performance in older adults with mild cognitive impairment: A randomized control trial. Front Aging Neurosci. 2019; 11: 162. doi: 10.3389/fnagi.2019.00162.

18. Calabrò R.S., Naro A., Russo M., Leo A., De Luca R., Balletta T., Buda A., La Rosa G., Bramanti A., Bramanti P. The role of virtual reality in improving motor performance as revealed by EEG: a randomized clinical trial. J Neuroeng Rehabil. 2017;14(1):53. doi: 10.1186/s12984-017-0268-4.

19. Khoo S.Y., Lai W.H., On S.H., On Y.Y., Adam B.M., Law W.C., Ng B.H.S., Fong A.Y.Y., Anselm S.T. Resting-state electroencephalography (EEG) microstates of healthy individuals following mild sleep deprivation. Sci. Rep. 2024;14:16820. doi:10.1038/s41598-024-67902-0.

20. Lu H.Y., Ma Z.Z., Zhang J.P., Wu J.J., Zheng M.X., Hua X.Y., Xu J.G. Altered resting-state electroencephalogram microstate characteristics in stroke patients. J Integr Neurosci. 2024;23(9):176. doi: 10.31083/j.jin2309176.

21. Onatsu J., Vanninen R., JÄkÄlÄ P., Mustonen P., Pulkki K., Korhonen M., Hedman M., HÖglund K., Blennow K., Zetterberg H., Herukka S.K., Taina M. Tau, S100B and NSE as Blood Biomarkers in Acute Cerebrovascular Events. In Vivo. 2020;34(5):2577-2586. doi: 10.21873/invivo.12075.

22. 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.

23. Nicastri C.M., McFeeley B.M., Simon S.S., Ledreux A., Håkansson K., Granholm A.C., Mohammed A.H., Daffner K.R. BDNF mediates improvement in cognitive performance after computerized cognitive training in healthy older adults. Alzheimers Dement (N Y). 2022;8(1):e12337. doi: 10.1002/trc2.12337.

24. Gao L., Xie J., Zhang H., Zheng H., Zheng W., Pang C., Cai Y., Deng B. Neuron-specific enolase in hypertension patients with acute ischemic stroke and its value forecasting long-term functional outcomes. BMC Geriatr. 2023;23(1):294. doi: 10.1186/s12877-023-03986-z.

25. Трубникова О.А., Тарасова И.В., Кухарева И.Н., Сырова И.Д., Соснина А.С., Куприянова Д.С., Нагирняк О.А., Барбараш О.Л. Динамика нейрофизиологических показателей при когнитивной реабилитации с помощью различных вариантов двойной задачи у кардиохирургических пациентов: пилотное исследование. Кардиология и сердечно-сосудистая хирургия. 2021;14(3):171 178. doi: 10.17116/kardio202114031171

26. Трубникова О.А., Каган Е.С., Куприянова Т.В., Малева О.В., Аргунова Ю.А., Кухарева И.Н. Нейропсихологический статус пациентов со стабильной ишемической болезнью сердца и факторы, на него влияющие. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2017;(1):112-121. doi:10.17802/2306-1278-2017-1-112-121

27. Juliano J.M., Schweighofer N., Liew S.L. Increased cognitive load in immersive virtual reality during visuomotor adaptation is associated with decreased long-term retention and context transfer. J Neuroeng Rehabil. 2022;19(1):106. doi: 10.1186/s12984-022-01084-6.

28. Sandri Heidner G., O'Connell C., Domire Z.J., Rider P., Mizelle C., Murray N.P. Concussed Neural Signature is Substantially Different than Fatigue Neural Signature in Non-concussed Controls. J Mot Behav. 2023;55(3):302-312. doi: 10.1080/00222895.2023.2194852.

29. Jeong S., Kim J., Lee J. The Differential Effects of Multisensory Attentional Cues on Task Performance in VR Depending on the Level of Cognitive Load and Cognitive Capacity. IEEE Trans Vis Comput Graph. 2024;30(5):2703-2712. doi: 10.1109/TVCG.2024.3372126.

30. Babiloni C., Barry R.J., Başar E., Blinowska K.J., Cichocki A., Drinkenburg W.H.I.M., Klimesch W., Knight R.T., Lopes da Silva F., Nunez P., Oostenveld R., Jeong J., Pascual-Marqui R., Valdes-Sosa P., Hallett M. International Federation of Clinical Neurophysiology (IFCN) - EEG research workgroup: Recommendations on frequency and topographic analysis of resting state EEG rhythms. Part 1: Applications in clinical research studies. Clin Neurophysiol. 2020;131(1):285-307. doi: 10.1016/j.clinph.2019.06.234.

31. Soltani Zangbar H., Ghadiri T., Seyedi Vafaee M., Ebrahimi Kalan A., Fallahi S., Ghorbani M., Shahabi P. Theta Oscillations Through Hippocampal/Prefrontal Pathway: Importance in Cognitive Performances. Brain Connect. 2020;10(4):157-169. doi: 10.1089/brain.2019.0733.

32. Тарасова И.В., Куприянова Д.С., Трубникова О.А., Соснина А.С., Сырова И.Д., Кухарева И.Н., Малева О.В., Иванов С.В., Барбараш О.Л. Влияние предоперационного когнитивного расстройства на изменения электрической активности головного мозга у пациентов, перенесших одномоментное вмешательство на каротидных и коронарных артериях. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2023;12(2):24-34. doi:10.17802/2306-1278-2023-12-2-24-34

33. Illman M., Laaksonen K., Jousmäki V., Forss N., Piitulainen H. Reproducibility of Rolandic beta rhythm modulation in MEG and EEG. J Neurophysiol. 2022;127(2):559-570. doi: 10.1152/jn.00267.2021.

34. Schutte I., Kenemans J.L., Schutter D.J.L.G. Resting-state theta/beta EEG ratio is associated with reward- and punishment-related reversal learning. Cogn Affect Behav Neurosci. 2017;17(4):754-763. doi: 10.3758/s13415-017-0510-3.

35. Marco-Pallarés J., Münte T.F., Rodríguez-Fornells A. The role of high-frequency oscillatory activity in reward processing and learning. Neurosci Biobehav Rev. 2015; 49:1-7. doi: 10.1016/j.neubiorev.2014.11.014.

36. Cassidy J.M., Wodeyar A., Wu J., Kaur K., Masuda A.K., Srinivasan R., Cramer S.C. Low-Frequency Oscillations Are a Biomarker of Injury and Recovery After Stroke. Stroke. 2020;51(5):1442-1450. doi: 10.1161/STROKEAHA.120.028932.

37. Тарасова И.В., Разумникова О.А., Трубникова О.А., Мезенцев Ю.А., Куприянова Д.С., Барбараш О.Л. Нейрофизиологические корреляты послеоперационных когнитивных расстройств. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2021;121(2):18 23. doi:10.17116/jnevro202112102118