Параметры когерентности ЭЭГ как отражение нейропластичности мозга при психической патологии (обзор литературы)

Цель обзора: обосновать, что когерентность ЭЭГ является отражением процессов нейропластичности головного мозга при психической патологии.

Метод исследования: систематический обзор литературы.

Содержание обзора: приведены сведения о нейропластичности как одном из патофизиологических механизмов функционального разобщения мозговых структур которое ведет к дезорганизации функций головного мозга и рассматривается в качестве одного из ведущих аспектов патогенеза таких тяжелых психических заболеваний как шизофрения и аффективные расстройства. Описаны также особенности характеристик электрической активности головного мозга — когерентности ЭЭГ, непосредственно отражающей степень связи между разными областями коры, у больных шизофренией, депрессией и другими психическими расстройствами. Приведенные данные показывают, что параметры когерентности ЭЭГ тонко отражают изменения функционального состояния головного мозга, в том числе, специфические нарушения организации внутрикорковых нейрональных связей, у больных с разными формами психической патологии по сравнению с нормой. Когерентность ЭЭГ, наряду с другими параметрами ЭЭГ, может использоваться для патофизиологических и дифференциально-диагностических уточнений, а также для прогноза эффективности терапии.

Вывод. Специфические отличия параметров когерентности ЭЭГ пациентов от нормы и их частичная нормализация в динамике терапии позволяют рассматривать параметры когерентности ЭЭГ как отражение деструктивных и репаративных процессов нейропластичности, играющих важную роль в патогенезе многих тяжелых социально значимых психических расстройств, включая шизофрению и депрессию.

1. Weinberger D.R., Berman K.F., Suddath R., Torrey E.F. Evidence of dysfunction of a prefrontal-limbic network in schizophrenia: a magnetic resonance imaging and regional cerebral blood flow study of discordant monozygotic twins. Am. J. Psychiatry. 1992;149(7):890-897. doi: 10.1176/ajp.l49.7.890

2. Andreasen N.C., Paradiso S., O'Leary D.S. «Cognitive dysmetria» as an integrative theory of schizophrenia: a dysfunction in cortical-subcortical-cerebellar circuitry? Schizophr. BulL 1998;24:203-218. doi: 10.1093/oxfordjournals.schbul.a033321

3. Begre S., Koenig T. Cerebral disconnectivity: an early event in schizophrenia. Neuroscientist. 2008; 14(1): 19-45. doi: 10.1177/1073858406298391

4. Jacobs B.L., van Praag H., Gage F.H. Depression and the birth and death of brain cells. Am. Sci. 2000;88:340-345.

5. Manji H.K., Duman R.S. Impairments of neuroplasticity and cellular resilience in severe mood disorder: implications for the development of novel therapeutics. PsychopharmacoL Bull. 2001;35:35-49. PMID: 12397885

6. Olie J.-P., Macher J.-P., Costa e Silva J.A, eds. Neuroplasticity: a new approach to the pathophysiology of depression. London: Science Press Ltd.; 2004.

7. Noda Y., Nakamura M., Saeki T., Inoue M., Iwanari H., Kasai K. Potentiation of quantitative electroencephalograms following prefrontal repetitive transcranial magnetic stimulation in patients with major depression. Neuroscience Research. 2013;77(1-2):70- 77. doi: 10.1016/j.neures.2013.06.002

8. Muller N., Schwarz M.J. Schizophrenia as an inflamma-tion-mediated dysbalance of glutamatergic neurotransmission. Neurotox. Res. 2006;10:131-148. PMID: 17062375

9. Maes M., Yirmyia R., Noraberg J., Brene S., Hibbeln J., Perini G., Kubera M., Bob P., Lerer B., Maj M. The inflammatory & neurodegenerative (I&ND) hypothesis of depression: leads for future research and new drug developments in depression. Metab. Brain Dis. 2009;24:27-53. doi: 10.1007/s11011-008-9118-1009

10. Muller N., Myint A.-M., Schwarz M.J. Inflammatory biomarkers in depression. Neurotox. Res. 2006;14:54-67. doi: 10.1007/s12640-010-9210-2

11. Тиганов A.C., Копейко Г.И., Брусов O.C., Клюшник Т.П. Новое в исследовании патогенеза и терапии эндогенной депрессии. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С.Корсакова. 2012;112(11):65—72.

12. Клюшник Т.П., Зозуля С.А., Андросова Л.В., Сарманова З.В., Отман И.Н., Дупин А.М., Пантелеева Г.П., Олейник И.В., Абрамова Л.И., Столяров С.А., Шипилова Е.С., Борисова О.А. Иммунологический мониторинг эндогенных приступообразных психозов. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2014;114(2):31-35.

13. Nunez P.L, Silberstein R.B., Shi Z., Carpenter M.R., Srinivasan R„ Tucker D.M., Doran S.M., Cadusch P.J., Wijesinghe R.S. EEG coherence. Clin. Neurophysiol. 1999; 110(3):469- 486. PMID: 10363771

14. Beauregard M., Paquette V., Levesqu, J. Dysfunction in the neural circuitry of emotional self-regulation in major depressive disorder. Neuroreport. 2006;17(8):843-846. doi: 10.1097/01.wnr.0000220132.32091.9f

15. Мельникова T.C., Лапин И.А., Саркисян В.В. Обзор использования когерентного анализа ЭЭГ в психиатрии. Социальная и клиническая психиатрия. 2009;19(1):90-94.

16. Варламов А.А., Стрелец В.Б. Анализ когерентности ЭЭГ при депрессивных расстройствах: современное состояние проблемы и перспективы клинического применения. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2013;63(6):613-624. doi: 10.7868/S004446771306018X

17. Andreasen N.C. Brain imaging: application in psychiatry. Science. 1988;239:1381-1388. doi:org/10.1126/science.3279509

18. Уранова H.A., Востриков B.M., Вихрева O.B. и др. Роль олигодендроглии в патогенезе шизофрении. Психиатрия. 2007;(4):49-54.

19. Уранова Н.А., Коломеец Н.С., Вихрева О.В., Зимина И.С., Рахманова В.И., Орловская Д.Д. Ультраструктурные изменения миелиновых волокон в головном мозге при непрерывно-текущей и приступообразной параноид¬ной шизофрении. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2017; 117(2):104-109. doi: 10.17116/jnevro201711721104-109

20. Уранова Н.А., Вихрева О.В., Рахманова В.И., Орловская Д.Д. Ультраструктурная патология олигодендроцитов в белом веществе при непрерывнотекущей параноидной шизофрении: роль микроглии. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2017;117(9):76-81. doi: 10.17116/jnevro20171179176-81

21. Изнак А.Ф. Нейрональная пластичность как один из аспектов патогенеза и терапии аффективных расстройств. Психиатрия и психофармакотерапия им. П.Б. Ганнушкина. 2005;7(1):24-27.

22. Crow TJ. Nuclear schizophrenic symptoms as a window on the relationship between thought and speech. British J. Psychiatry. 1998;173:303-309. doi:org/10.1192/bjp.l73.4.303

23. Andreasen N.C. Schizophrenia: the fundamental questions. Brain Res. Rev. 2000;31(2-3):106-112. PMID: 10719138

24. Изнак А.Ф., Изнак E.B., Калын Я.Б., Сафарова Т.П., Шешенин В.С., Гаврилова С.И. Динамика ЭЭГ-показателей у пациентов пожилого возраста в условиях мультимодальной антидепрессивной терапии. Психиатрия. 2015;(2):5-9.

25. Мельникова Т.С., Цукарзи Э.Э., Ковалев А.В., Мосолов С.Н. Динамика когерентных характеристик ЭЭГ при транскраниальной магнитной стимуляции у больных с терапевтически резистентной депрессией. Социальная и клиническая психиатрия. 2016;26(3):38-45.

26. Iznak A.F., Iznak E.V., Damyanovich E.V., Oleichik I.Vv Bologov P.V., Kazachinskaya I.L, Medvedeva T.I. Transcranial magnetic stimulation in combined treatment of pharmacoresistant depression: dynamics of clinical psychological and EEG parameters. Human Physiology. 2015;41(5):503- 509. doi:org/10.1134/s0362119715050059

27. Tatebayashi Y. The dentate gyrus neurogenesis: a common therapeutic target for Alzheimer disease and senile depression? Seishin Shinkeigaku Zasshi. 2003;105:398-404. PMID: 12806901

28. Ливанов M.H. Пространственная организация процессов головного мозга. М.: Наука; 1972.

29. Стрелец В.Б., Авин А.И., Зверев С.Н. Картирование биопотенциалов мозга у больных с депрессивным синдромом. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 1990;40(5):903-910.

30. Borisov S.V., Kaplan A.Ya., Gorbachevskaya N.L., Kozlova I.A. Analysis of EEG structural synchrony in adolescents with schizophrenic disorders. Human Physiology. 2005; 31(3):255-261. doi:0362-1197/05/3103-0255

31. Кулаичев А.П., Изнак А.Ф., Изнак E.B., Корнилов В.В., Сорокин С.А. Изменения корреляционной синхронности ЭЭГ при депрессивных расстройствах психогенного типа. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павло¬ва. 2014;64(2):181-186. doi: 10.7868/S0044467714020129

32. Иванов Л.Б. Прикладная компьютерная электроэнцефалография. 2-е изд. М.: МБН; 2004.

33. Жирмунская Е.А. Клиническая электроэнцефалография. М.: МЭЙБИ; 1991.

34. Митрофанов А.А. Компьютерная система анализа и топографического картирования электрической активности мозга с нейрометрическим банком ЭЭГ-данных (описание и применение). М.: 2005.

35. Von Stain A., Sarntein J. Different frequencies for different scale of cortical integration: fromlocal gamma tolong range alpha/theta synchronization. Int. J. Psychophysiol. 2000;(38):301-314. PMID: 11102669

36. Uhlhaas P.J., Haenschel C., Nikolic D., Singer W. The role of oscillations and synchrony in cortical networks and their putative relevance for the pathophysiology of schizophrenia. Schizophr. BulL 2008;34:927-943. doi: 10.1093/schbul/sbn062

37. Данилова H.H. Роль высокочастотных ритмов электрической активности мозга в обеспечении психических процессов. Психология. Журнал Высшей школы экономики. 2006;3(2):62-72.

38. Herrmann C.S., Demiralp Т. Human EEG gamma oscillations in neuropsychiatric disorders. Clin. Neurophysiology. 2005;116:2719-2733. doi: 10.1016/j.clinph.2005.07.007

39. Nagase Y., Okubo Y., Matsuura M. et al. EEG coherence in unmedicated schizophrenic patients: topographical study of predominantly never medicated cases. Biol. Psychiatry. 1992;32:1028-1034. doi: org/10.1016/0006-3223(92)90064-7

40. Mann K, Maier W, Franke P. et al. Intra- and interhemispheric electroencephalogram coherence in siblings discordant for schizophrenia and healthy volunteers. Biol. Psychiatry. 1997;42:655-663. doi: org/10.1016/S0006-3223(96)00497-0

41. Wada Y., Nanbu Y., Kikuchi M., Koshino Y., Hashimoto T. Aberrant functional organization in schizophrenia: analysis of EEG coherence during rest and photic stimulation in drugnaive patients. Neuropsychobiology. 1998;38:63-69. doi: 10.1159/000026518

42. Strelets V.B., Garakh Zh.V., Novototskii-Vlasov V.Yu., Mago- medov R.A. Relationship between EEG power and rhythm synchronization in health and cognitive pathology. Neuroscience and behavioral physiology. 2006;36(6):655- 662. doi: 10.1007/s11055-006-0070-4

43. Winterer G., Egan M.F., Roedler T., Hyde T., Coppola R., Weinberger D.R. An association between reduced interhemispheric EEG coherence in the temporallobe and genetic risk for schizophrenia. Schizophr. Res. 2001;49:129-143. PMID: 11343872

44. Yeragani V.K., Cashmere D., Miewald J. et al. Decreased co-herence in higher frequency ranges (beta and gamma) between central and frontal EEG in patients with schizophrenia: A preliminary report Psychiatry Res. 2006;141:53-60. doi: 10.1016//.psychres.2005.07.016

45. Свидерская H.E., Королькова T.A. Пространственная синхронизация электрических процессов мозга: проблемы и решения. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 1997;47(5):792-805.

46. Hoffman R.E., Buchsbaum M.S., Escobar M.D. et al. EEG coherence of prefrontal areas in normal and schizophrenic males during perceptual activation. J. Neuropsychiatry Clin. Neurosci. 1991;3:169-175. doi: org/10.1176/jnp.3.2.169

47. Merrin E.L, Floyd T.C., Fein G. EEG coherence in unmedicated schizophrenic patients. Biol. Psychiatry. 1989;25:60-66. doi: 10.1016/0006-3223(89)90147-9

48. Tauscher J., Fischer P., Neumeister A. et aL Low frontal electroencephalographic coherence in neuroleptic-free schizophrenic patients. BioL Psychiatry. 1998;44:438-447. doi: org/10.1016/S0006-3223(97)00428-9

49. Pachou E., Vourkas M., Simos P. et aL Working memory in schizophrenia: an EEG study using power spectrum and coherence analysis to estimate cortical activation and network behavior. Brain Topography. 2008;21(2): 128-137. doi: 10.1007/s10548-008-0062-5

50. Алфимова M.B., Мельникова T.C., Лапин И.А. Использование когерентного анализа ЭЭГ и его реактивности на психофизиологические тесты при первом эпизоде у больных шизофренией. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2010;110(3):97-102.

51. Мельникова Т.С., Сторожакова Я.А., Лапин И.А., Саркисян В.В., Митрофанов А.А. Когерентный анализ ЭЭГ при первом эпизоде и на отдаленном этапе течения параноидной шизофрении. Социальная и клиническая психиатрия. 2010;20(4):39-45.

52. Higashima М., Takeda Т., Kikuchi М. et al. Functional connectivity between hemispheres and schizophrenic symptoms: a longitudinal study of interhemispheric EEG coherence in patients with acute exacerbations of schizophrenia. Clin. EEG Neurosci. 2006;37:10-15. doi: org/10.1177/155005940603700104

53. Higashima M., Takeda T., Kikuchi M. et al. State-dependent changes in intrahemispheric EEG coherence for patients with acute exacerbation of schizophrenia. Psychiatry Res. 2007:149: 41-47. doi: org/10.1016/j.psychres.2005.05.020

54. Morrison-Stewart S.L., Williamson P.C., Corning W.C. et al. Coherence on electroencephalography and aberrant functional organization of the brain in schizophrenic patients during activation tasks. Br. J. Psychiatry. 1991;159:636-644. PMID: 1756339

55. Koenig T., Lehmann D., Saito N. et al. Decreased functional connectivity of EEG theta-frequency activity in first-episode, neuroleptic-naive patients with schizophrenia: preliminary results. Schizophr. Res. 2001;50:55-60. doi: org/10.1016/S0920-9964(00)00154-7

56. Лурия A.P. Основы нейропсихологии. M.: Изд-во МГУ; 2004.

57. Zheng L, Chai H., Yu S., Xu Y., Chen W., Wang W. EEG theta power and coherence to octave illusion in first-episode paranoid schizophrenia with auditory hallucinations. Psychopathology. 2015;48(l):36-46. doi: 10.1159/000366104.

58. Suffin S.C., Emory W.H., Gutierrez G., Arora G., Schiller M.J., Kling A. A QEEG database method for predicting pharmaco-therapeutic outcome in refractory major depressive disorders. J. Am. Physicians Surg. 2007;12:104-108.

59. Ahn J., Han D.H., Hong J.S., Min K.J., Lee Y.S., Hahm B.J., Kim S.M. Features of resting-state electroencephalogram theta coherence in somatic symptom disorder compared with major depressive disorder: a pilot study. Psychosom. Med. 2017;79(9):982-987. doi: 10.1097/PSY.0000000000000490

60. Olbrich S., Olbrich H., Adamaszek M., Jahn I., Hegerl U., Stengler K. Altered EEG lagged coherence during rest in obsessive-compulsive disorder. Clin. Neurophysiol. 2013; 124(12) 2421-2430. doi: 10.1016/j.clinph.2013.05.031

61. Park S.M., Lee J.Y., Kim Y.J„ Lee J.Y., Jung H.Y., Sohn B.K., Kim D.J., Choi J.S. Neural connectivity in Internet gaming disorder and alcohol use disorder: A resting-state EEG coherence study. Sci. Rep. 2017;7(1): 1333. doi: 10.1038/s41598-017-01419-7

62. Мельникова T.C., Рогачева T.A. Анализ электроэнцефалограмм у больных эпилепсией в период ремиссии припадков. Российский психиатрический журнал. 2015;(3):58-62.