Рис. 6. Частотно-временная структура лимбического разряда. Вверху - запись разряда. Внизу - график изменения частоты разряда во временит. По осям - время в секундах, частота в Гц.
Частотно временной анализ лимбических разрядов позволяет исследовать сложную динамику изменения ритмики на разных фазах развития длительного лимбического припадка, и эти исследования будут продолжены.
Более подробный анализ сложной частотно-временной динамики разрядов лимбической эпилепсии необходим в связи с возможными вариантами этой тяжелой формы мозговой патологии и с известными трудностями подбора для нее соответствующей медикаментозной терапии.
Заключение
эпилепсия мозг разряд кора
В представленной работе были рассмотрены примеры использования метода модифицированного вейвлет преобразования для анализа частотно-временной организации разрядов коры при различных видах эпилепсии. Метод был разработан в ИРЭ им. В.А Котельникова РАН и применен для анализа экспериментальных данных, полученных на животных в Институте ВНД и НФ РАН и Университете г. Наймеген (Нидерланды). Были проанализированы также ЭЭГ пациентов, полученные из лаборатории клинической электроэнцефалографии Научного центра неврологии РАМН.
Проведенная работа показала, что с помощью модифицированного вейвлет преобразования можно прояснить целый ряд вопросов, возникающих при исследовании механизмов судорожной активности. В работах, рассматривающих механизмы эпилептических разрядов основное внимание обычно уделяется процессам, связанным с возникновением приступов. Значительно реже исследуются механизмы длительного поддержания ритмической эпилептической активности и причины окончания разрядов. Полученные нами данные позволили сделать вывод, что существуют различные способы длительного поддержания таламо-кортикальных разрядов абсансной эпилепсии - за счет устойчивой работы таламического пейсмекера или из-за высокой активности участка кора (“hot spot”, [13]), откуда запускаются разряды пик-волна. Последний механизм работает также в случае прерывистого статуса абсансной эпилепсии. Данные частотно-временного анализа о структуре абсансных разрядов, спонтанно возникающих в фоновых записях, свидетельствуют о том, что механизмы окончания самых коротких, средних и очень длинных разрядов различаются. Известно, что внезапное возникновение эпилептического статуса иногда может быть опасным для жизни пациента [17, 20]. Поэтому данные, полученные с помощью модифмцированного преобразования вейвлет о разных типах статуса при абсансной эпилепсии, могут быть важными для стратегии срочного медикаментозного прерывания возникшей эпилептической активности.
Проведенная работа показала, что с помощью разработанного в ИРЭ им. В.А. Колельникова РАН метода для анализа частотно-временной структуры эпилептической ритмической активности мозга можно прояснить целый ряд вопросов, возникающих при исследовании механизмов эпилепсии. Были получены результаты, позволивших сделать ряд важных выводов об особенностях длительного поддержания и о причинах окончания ритмической эпилептической активности разного типа.
Выводы
1. Разряды абсансной эпилепсии разной длительности значительно различаются по динамике ритмической пароксизмальной активности, а это может свидетельствовать о существовании нескольких механизмов поддержания патологической активности в таламо-кортикальной цепи.
2. Стремительное снижение частоты очень коротких разрядов связано, по-видимому, с быстрым увеличением длительности тормозного постсинаптического потенциала пик-волновых комплексов в одном из звеньев таламо-кортикальной цепи.
3. Такого резкого снижения частоты в конце более длинных разрядов обычно не происходит. В этом случае резкое окончание разряда обеспечивается некоторыми другими механизмами.
4. Абсансный статус может сопровождаться значительными колебаниями частоты в течение длительного разряда. С помощью модифицированного вейвлет преобразования записей коры и таламуса было показано, что в этом случае чрезвычайно длительная ритмическая патологическая активность поддерживается за счет высокого уровня возбуждения участка коры (hotspot), повторно запускающего пейсмекер в ретикулярном ядре таламуса.
5. Обнаружено, что существует и другой тип абсансного статуса, который поддерживается устойчивой работой таламического пейсмекера, раз запущенного из коры. Такой абсансный статус характеризуется устойчивой частотой ритма в течение разряда и появлением трансформации ритма в коре в самом конце разряд, что приводит к быстрому окончанию эпилептической активности.
6. Различия частотно-временной структуры разряда, которые отражают различия механизмов поддержания и окончания эпилептической активности, следует учитывать при выборе адекватного фармакологического препарата для быстрого прекращения абсансного статуса.
7. С помощью модифицированного вейвлет преобразования показано, что частотно-временная структура неконвульсивных разрядов у старых животных линии Wistar существенно отличается от абсансных разрядов. Т.е. в данном случае мы имеем другой тип неконвульсивной эпилепсии.
8. Использование модифицированного преобразования вейвлет может быть полезным также для анализа частотно-временной структуры разрядов и механизмов других видов эпилепсии (лимбической эпилепсии, травматической и др.). Возможно, что в некоторых случаях (например, при значительных изменениях частоты и амплитуды в течение длительной эпилептической активности), будет необходимо разработать также другие варианты этого метода.
Работа поддержана Программой № 43 фундаментальных исследований Президиума РАН по стратегическим направлениям развития науки "Фундаментальные проблемы математического моделирования ".
Литература
эпилепсия мозг разряд кора
1. Adeli H., Zhau Z., Dadmehr N. Analysis of EEG records in an epileptic patients using wavelet transform. // J. Neurosci. Methods. 2003; 123: 69-87.
2. Blanko S., Quian-Quiroga R., Rosso O., Serrano E. Time-frequency analysis of electroencephalogram series. III. Wavelet packets and information cost function. // Phys.Rev. E.1998; 57: 932-940.
3. Siff S., Aldroubi A., Unser M. Fast wavelet transformation in EEG. // EEG Clin. Neurophysiol. 1994; 91: 442-445.
4. Короновский А.А., Макаров В.А., Павлов А.Н. и др.. Вейвлеты в нейродинамике и в нейрофизиологии. // Москва. «Физматлит», 2013, 269
5. Ситникова Е.Ю., Короновский А.А. Храмов А.Е. Анализ электрической активности головного мозга при эпилепсии: прикладные аспекты нелинейной динамики. // Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2011; 19: 173-180.
6. Bosnyakova D., Obukhov Yu. Extraction of dominant features in biomedical signals. // Pattern Recogn. Image Anal. 2005; 15; 513-515.
7. Габова А.В., Боснякова Д.Ю., Босняков М.С. и др. Частотно-временная структура разрядов пик-волна генерализованной absence-эпилепсии. // Доклады РАН, 2004; 396: 557-560.
8. Bosnyakova D., Gabova A., Kuznetsova G. et al. Time-frequency analysis of spike-wave discharges using the modified wavelet transform. // J. Neurosci. Methods, 2006; 165: 80-85.
9. Bosnyakova D., Gabova A., Zharikova A. et al. Some peculiarities of time-frequency dynamics of spike-wave discharges in human and rats. // Clin. Neurophysiol, 2007; 118; 1736-1743.
10. Габова А.В., Кузнецова Г.Д., Гнездицкий В.В. и др. Анализ частотно-временных характеристик типичных и атипичных разрядов неконвульсивной эпилепсии . // Анналы клинической и экспериментальной неврологии. 2009: 3, № 4: 37-42.
11. Габова А.В. Кузнецова Г.Д., Самотаева И.С. и др. Одновременное существование двух типов разрядов неконвульсивной эпилепсии у пациентов и у генетической модели абсансной эпилепсии у животных (крысы линии (WAG/Rij).// Биомедицинский журнал medline.ru. 2012; 13: 291-308. http://www/medline.ru/public/art/tom13/art25.html
12. Соколов М.Е. Кузнецова Г.Д., Нуйдель И.В., Яхно В.Г. Симулятор динамических процессов преобразования сигналов в таламо-кортикальных сетях. // Прикладная нелинейная динамика Изв. высших учебн. заведений. 2011; 6: 177-185.
13. Meern H., Pijn J., van Luijnelaar G. et al. Cortical focus drives widespread cortico-thalamic networks during spontaneous absence seizures in rats. // J.Neurosci. 2002; 22: 1480-1405. .
14. Drinkenburg W., Coener A., Vosstn J., van Luijtelaar E. Sleep deprivation and spike-wave discharges in epileptic rats. // Sleep. 1995; 18: 252-256.
15. Van Luijntlaar G., Coenen A., Genetic animal models of absence epilepsy: a review of the WAG/Rij strain of rats. // Behav/Genet. 2003; 33: 635-655.
16. Коломийцев И.Г., Левшина И.П., Новикова М.Р. Последствия черепно-мозговой травмы у крыс разного возраста. Гистологические исследования. // 2014, (в печати).
17. Зенков Л.Р. Клиническая эпилептология.// Москва , МИА, 2010, 405 с.
18. Сараджашвили П.М., Геладзе Т.Ш. Актуальные вопросы клинической эпилептологии. // В кн.: «Актуальные вопросы неврологии и психиатрии». Тбидиси 1996, 54-60.
19. Van Rijn C.T., Gaetani S. , Gabova A. et al. Absence prone, genetically epileptic WAG/Rij rats show a reduced expressionof type-1 canabinoid (CB1)
receptors in thalamic nuclei and respond to the CB1 receptor agonist, WIN 55,212-2 , with a reduced incidence of spike-wave discharges. // Epilepsia, 2010; 51: 1511-1521.