Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

ISSN 0869-6632 (Print)
ISSN 2542-1905 (Online)

Для цитирования:

Ситникова Е. Ю. Таламо-кортикальная дизритмия и принципы её диагностики // Известия вузов. ПНД. 2020. Т. 28, вып. 3. С. 282-298. DOI: 10.18500/0869-6632-2020-28-3-282-298

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
Иконка PDF 9sitnokiva.pdf
(загрузок: 269)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Нелинейная динамика и нейронаука
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
530.182
DOI: 
10.18500/0869-6632-2020-28-3-282-298

Таламо-кортикальная дизритмия и принципы её диагностики

Авторы: 
Ситникова Евгения Юрьевна, Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН
Аннотация: 

Цель. В головном мозге млекопитающих и человека есть несколько обширных нейронных сетей, способных генерировать спонтанную ритмическую активность. Среди них выделяется таламо-кортикальная сеть, объединяющая нейроны таламуса (область промежуточного мозга) и коры больших полушарий головного мозга и имеющая сложную иерархическую организацию. Таламо-кортикальная сеть генерирует так называемое семейство альфа-ритмов с частотой около 8...14 Гц. Многие неврологические и психические заболевания сопровождаются сходными нарушениями таламо-кортикальных ритмов, то есть таламо-кортикальной дизритимией. В частности, это абсанс-эпилепсия – неконвульсивная форма эпилепсии, обусловленная дисфункцией таламо-кортикальной системы. Клинически абсансэпилепсия проявляется в виде коротких периодов резкого снижения уровня сознания (absence – состояния «отсутствия»), во время которых на энцефалограмме появляются высокоамплитудные разряды «пик–волна». Настоящая статья описывает строение таламо-кортикальной системы и принципы диагностики таламо-кортикальной дизритмии. Методы. В качестве модели дизритмии были использованы крысы линии WAG/Rij, имеющие генетическую склонность к абсанс-эпилепсии. В условиях хронического эксперимента были получены записи электрической активности с поверхности коры больших полушарий с использованием вживленных электродов (электрокортикограмма, ЭКоГ). Проведен частотно-временной анализ ритмической активности на ЭКоГ путём непрерывного вейвлетного преобразования и быстрого преобразования Фурье. Результаты. Выделены следующие признаки таламо-кортикальной дизритмии. (1) Смещение спектральной мощности ЭКоГ из медленноволнового в быстроволновый частотный диапазон в состоянии медленноволнового сна. (2) Появление коротких эпизодов ритмической активности в диапазоне 3...12 Гц с максимумом амплитуды в диапазонах дельта (3...4 Гц) и тета частот (5...9 Гц). (3) Наличие так называемых «проэпилептических» 5...9 Гц колебаний. Заключение. Проявления таламо-кортикальной дизритмии были наиболее четко выражены в состоянии медленноволнового сна. Дизритмический механизм затронул короткие эпизоды медленноволновых колебаний с частотой 3...4 Гц и 5...9 Гц в сочетании с нарушениями частотно-временной структуры ЭКоГ. 

Ключевые слова: 
таламо-кортикальная сеть
электрокортикография
ритмическая активность головного мозга
животная модель
частотно-временной анализ
Список источников: 
  1. Ливанов М.Н. Пространственно-временная организация потенциалов и системная деятельность головного мозга: Избранные труды. Москва: Наука, 1989. 400 с.
  2. Иваницкий А.М., Лебедев А.И. Разгадывая тайны ритмов мозга // Журн. высш. нервн. деят. 2007. Т. 57, № 5. С. 636–640.
  3. Некоркин В.И. Нелинейные колебания и волны в нейродинамике // Успехи физических наук. 2008. Т. 178, № 3. С. 313–323.
  4. Lopes da Silva F. Neural mechanisms underlying brain waves: From neural membranes to networks // Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 1991. Vol. 79, no. 2. P. 81–93.
  5. Niedermeyer E., Lopes da Silva F. Electroencephalography: Basic Principles, Clinical Applications, and Related Fields. 5th ed. Philadelphia, London: Lippincot Williams & Wilkins, 2005.
  6. Зенков Л.Р. Клиническая энцефалография (с элементами эпилептологии). Руководство для врачей. Москва: МЕДпресс-информ, 2017. 360 c.
  7. Le Van Quyen M., Bragin A. Analysis of dynamic brain oscillations: Methodological advances // Trends Neurosci. 2007. Vol. 30, no. 7. P. 365–373.
  8. Bronzino J.D. Quantitative analysis of the EEG: General concepts and animal studies // IEEE Trans. Biomed. Eng. 1984. Vol. 31. P. 850–856.
  9. Blanco S., Quiroga R.Q., Rosso O.A., Kochen S. Time-frequency analysis of electroencephalogram series // Phys. Rev. E. Stat. Phys. Plasmas Fluids Relat Interdiscip Topics. 1995. Vol. 51, no. 3. P. 2624–2631.
  10. Blanco S., D’Attellis C.E., Isaacson S.I., Rosso O.A., Sirne R.O. Time-frequency analysis of electroencephalogram series. II. Gabor and wavelet transforms // Phys. Rev. E. Stat. Phys. Plasmas Fluids Relat Interdiscip Topics. 1996. Vol. 54, no. 6. P. 6661–6672.
  11. Blanco S., Figliola A., Quian Quiroga R., Rosso O.A., Serrano E. Time-frequency analysis of electroencephalogram series (III): Wavelet packets and information cost function // Phys. Rev. E. 1998. Vol. 57, no. 1. P. 932–940.
  12. Durka P.J. From wavelets to adaptive approximations: Time-frequency parametrization of EEG // Biomed Eng Online. 2003. Vol. 2. 1. doi:10.1186/1475-925x-2-1
  13. Aldroubi A., Unser M. Wavelets in Medicine and Biology. CRC Press, Boca Raton RL, USA, 1996. 616 p.
  14. Павлов А.Н., Храмов А.Е., Короновский А.А., Ситникова Е.Ю., Макаров В.А., Овчинников А.А. Вейвлет-анализ в нейродинамике // Успехи физических наук. 2012. Т. 182, № 9. С. 905–939.
  15. Hramov A.E., Koronovskii A.A., Makarov V.A., Pavlov A.N., Sitnikova E. Wavelets in Neuroscience. London, Springer Series in Synergetics, Springer, Heidelberg, New York, 2015. 318 p.
  16. Короновский А.А., van Luitelaar G., Овчинников А.А., Ситникова Е.Ю., Храмов А.Е. Диагностика и анализ осцилляторной нейросетевой активности головного мозга с использованием непрерывного вейвлетного преобразования // Известия вузов. ПНД. 2011. Т. 19, № 1. С. 86–108.
  17. Buzsaki G. Large-scale recording of neuronal ensembles // Nature Neurosci. 2004. Vol. 7, no. 5. ´ P. 446–451.
  18. Destexhe A., Sejnowski T.J. Thalamocortical assemblies. Oxford University Press, Oxford, 2001.
  19. Александров М.В., Чухловин А., Павловская М., Костенко И., Архипова Н. Альфа-тета континуум: Нейрофизиологические механизмы генерации // Медицинский алфавит. 2017. Т. 1, вып. 14. С. 46–50.
  20. Базанова О.М. Современная интерпретация альфа-активности электроэнцефалограммы // Успехи физиологических наук. 2009. Т. 40, вып. 3. С. 32–53.
  21. Ситникова Е.Ю. Нарушения нейросетевой ритмической активности: таламокортикальная дизритмия // Труды VI всероссийской конференции «Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях – 2019». Нижний Новгород, ИПФ РАН, 2019. С. 163–165.
  22. Sherman S.M., Guillery R.W. Exploring the Thalamus and its Role in Cortical Function. 2nd ed. Cambridge: MIT Press, 2006. 484 p.
  23. Pyrzowski J., Siemiсski M., Sarnowska A., Jedrzejczak J., Nyka W.M. Interval analysis of interictal EEG: Pathology of the alpha rhythm in focal epilepsy // Sci. Rep. 2015. Vol. 5. 16230. doi: 10.1038/srep16230
  24. Schulman J.J., Cancro R., Lowe S., Lu F., Walton K.D., Llinas R.R. ´ Imaging of thalamocortical dysrhythmia in neuropsychiatry // Front. Hum. Neurosci. 2011. Vol. 5. 69. doi: 10.3389/fnhum.2011.00069. eCollection 2011.
  25. Llinas R.R., Ribary U., Jeanmonod D., Kronberg E., Mitra P.P. ´ Thalamocortical dysrhythmia: A neurological and neuropsychiatric syndrome characterized by magnetoencephalography // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1999. Vol. 96, № 26. P. 15222–15227.
  26. Jeanmonod D., Magnin M., Morel A., Siegemund M., Cancro A., Lanz M., Llinas R., Ribary U., ´ Kronberg E., Schulman J., Zonenshayn M. Thalamocortical dysrhythmia II. Clinical and surgical aspects // Thalamus & Related Systems. 2001. Vol. 1, № 3. P. 245–254. doi:10.1017/S1472928801000267
  27. Llinas R., Ribary U., Jeanmonod D., Cancro R., Kronberg E., Schulman J., Zonenshayn M., ´ Magnin M., Morel A., Siegmund M. Thalamocortical dysrhythmia I. Functional and imaging aspects // Thal. Rel. Sys. 2001. Vol. 1. P. 237–244.
  28. Llinas R., Urbano F.J., Leznik E., Ramнrez R.R., van Marle H.J. ´ Rhythmic and dysrhythmic thalamocortical dynamics: GABA systems and the edge effect // Trends Neurosci. 2005. Vol. 28, № 6. P. 325–333.
  29. Lopes da Silva F.H. Electrical potentials. In: Encyclopedia of the Human Brain / Ed. V.S. Ramachandran. Elsevier Science, 2002. P. 147–167.
  30. Handbook of Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. Lopes da Silva F.H., Givens A.S., Remond A. (Eds). Amsterdam: Elsevier Science Publisher B.V., 1986.
  31. Lopes da Silva F., van Rotterdam A. Biophysical aspects of EEG and MEG generation // In: Electroencephalography. Basic Principles, Clinical Applications and Related Fields. E. Niedermeyer, F. Lopes da Silva (Eds). Baltimore, Munich: Urban & Schwarzenberg, 1982. P. 5–26 (next edition 1987: 29–41). 
  32. Vanneste S., Song J.J., De Ridder D. Thalamocortical dysrhythmia detected by machine learning // Nature Communications. 2018. Vol. 9. 1103. doi:10.1038/s41467-018-02820-0
  33. Zobeiri M., Budde T. van Luijtelaar G. Thalamocortical dysrhythmia: Cellular and network mechanisms. Neuronus IBRO Neuroscience Forum 2018, Krakow, Poland, April 2018. https:// www.researchgate.net/project/Thalamocortical-dysrhythmia-cellular-and-ne...
  34. Zobeiri M., Chaudhary R., Datunashvili M., Heuermann R.J., Luttjohann A., Narayanan V., ¨ Balfanz S., Meuth P., Chetkovich D.M., Pape H.C., Baumann A., van Luijtelaar G., Budde T. Modulation of thalamocortical oscillations by TRIP8b, an auxiliary subunit for HCN channels // Brain Structure and Function. 2018. Vol. 223, no. 3. P. 1537–1564.
  35. Zobeiri M., Chaudhary R., Blaich A., Rottmann M., Herrmann S., Meuth P., Bista P., Kanyshkova T., Luttjohann A., Narayanan V., Hundehege P., Meuth S.G., Romanelli M.N., Urbano F.J., ¨ Pape H.C., Budde T., Ludwig A. The Hyperpolarization-activated HCN4 channel is important for proper maintenance of oscillatory activity in the thalamocortical system // Cerebral Cortex. 2019. Vol. 29, no. 5. P. 2291–2304.
  36. Luthi A., McCormick D.A. ¨ H-current: Properties of a neuronal and network pacemaker // Neuron. 1998. Vol. 21, no. 1. P. 9–12.
  37. David F., ¸Car¸cak N., Furdan S., Onat F., Gould T., Mesz ´ aros ´ A., Di Giovanni G., Hern ´ andez V.M., ´ Chan C.S., Lorincz M.L., Crunelli V. ¨ Suppression of hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated channel function in ihalamocortical neurons prevents genetically determined and pharmacologically induced absence seizures // J. Neurosci. 2018. Vol. 38, no. 30. P. 6615–6627.
  38. Zobeiri M., van Luijtelaar G., Budde T., Sysoev I.V. The brain network in a model of thalamocortical dysrhythmia // Brain Connect. 2019. Vol. 9, no. 3. P. 273–284.
  39. Coenen A.M., van Luijtelaar E.L. Genetic animal models for absence epilepsy: A review of the WAG/Rij strain of Rats // Behav. Genetics. 2003. Vol. 33. P. 635–655.
  40. van Luijtelaar G., Coenen A. Genetic Models of Absence Epilepsy: New Concepts and Insights // In: Encyclopedia of Basic Epilepsy Research. Editor Philip A. Schwartzkroin. Vol. 1. Oxford: Academic Press, 2009. P. 1–8.
  41. Вольнова А.Б., Ленков Д.Н. Абсансная эпилепсия: Механизмы гиперсинхронизации нейронных ансамблей // Медицинский академический журнал. 2012. Т. 12 № 1. С. 7–19.
  42. Panayiotopoulos C.P. Typical absence seizures and related epileptic syndromes: Assessment of current state and directions for future research // Epilepsia. 2008. Vol. 49. P. 2131–2139.
  43. van Luijtelaar G., Sitnikova E. Global and focal aspects of absence epilepsy: The contribution of genetic models // Neurosci. Biobehav. Rev. 2006. Vol. 30. P. 983–1003.
  44. Luttjohann A., Pape H.C. ¨ Regional specificity of cortico-thalamic coupling strength and directionality during waxing and waning of spike and wave discharges // Sci. Rep. 2019. Vol. 9. 2100. doi:10.1038/s41598-018-37985-7
  45. Luttjohann A., van Luijtelaar G. ¨ The dynamics of cortico-thalamo-cortical interactions at the transition from pre-ictal to ictal LFPs in absence epilepsy // Neurobiol. Dis. 2012. Vol. 47, no. 1. P. 49–60.
  46. Luttjohann A., Schoffelen J.M., van Luijtelaar G. ¨ Peri-ictal network dynamics of spike-wave discharges: phase and spectral characteristics // Exp. Neurol. 2013. Vol. 239. P. 235–247.
  47. Sysoeva M.V., Sitnikova E., Sysoev I.V., Bezruchko B.P., van Luijtelaar G. Application of adaptive nonlinear Granger causality: Disclosing network changes before and after absence seizure onset in a genetic rat model // J. Neurosci. Methods. 2014. Vol. 226. P. 33–41. doi:10.1016/j.jneumeth.2014.01.028
  48. Сысоева М.В., Ситникова Е.Ю., Сысоев И.В. Таламо-кортикальные механизмы инициации, поддержания и прекращения пик-волновых разрядов у крыс WAG/Rij // Журн. высш. нервн. деят. 2016. Т. 66, № 1. С. 103–112.
  49. Sysoeva M.V., Luttjohann A., van Luijtelaar G., Sysoev I.V. ¨ Dynamics of directional coupling underlying spike-wave discharges // Neuroscience. 2016. Vol. 314. P. 5–89.
  50. Ситникова Е.Ю., Смирнов К.С., Грубов В.В., Храмов А.Е. Принципы диагностики незрелой эпилептической (проэпилептической) активности на ЭЭГ у крыс с генетической предрасположенностью к абсанс-эпилепсии // Информационно-управляющие системы. 2019. Т. 1. С. 89–97.
  51. Sitnikova E., Hramov A.E., Grubov V., Koronovsky A.A. Rhythmic activity in EEG and sleep in rats with absence epilepsy // Brain Res Bull. 2016. Vol. 120. P. 106–116.
  52. van Luijtelaar G., Hramov A., Sitnikova E., Koronovskii A. Spike-wave discharges in WAG/Rij rats are preceded by delta and theta precursor activity in cortex and thalamus // Clin. Neurophysiol. 2011. Vol. 122. P. 687–695.
  53. Ситникова Е.Ю. Короновский А.А., Храмов А.Е. Анализ электрической активности головного мозга при абсанс-эпилепсии: Прикладные аспекты нелинейной динамики // Известия вузов. ПНД. 2011. Т. 19, № 6. С. 173–182.
  54. Ситникова Е.Ю. Короновский А.А., Храмов А.Е. Анализ ритмической активности головного мозга при абсанс-эпилепсии (работа с электроэнцефалограммами) // Труды II всероссийской конференции «Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях – 2011». Нижний Новгород, ИПФ РАН, 2011. С. 190–192. 
Поступила в редакцию: 
29.10.2019
Принята к публикации: 
16.02.2020
Опубликована: 
30.06.2020
  • 5086 просмотров