Расстройства аутистического спектра (РАС) представляют собой группу комплексных нарушений психического развития, проявляющих большую гетерогенность в отношении симптоматики и признаков. Нарушения характеризуются трудностями в социальном взаимодействии, освоении речи, а также наличием ограниченного повторяющегося поведения. РАС проявляется в повышенной нервозности, смущении, избегании зрительного контакта [1]. Показатели распространенности аутизма в мире варьируют в зависимости от диагностических критериев, страны, региона [2]. В среднем, по данным Всемирной организации здравоохранения, один ребенок из 160 детей в мире страдает РАС.

Следует отметить, что дефицит социальных навыков — один из основных признаков данного расстройства, сопровождающего человека на протяжении всей жизни. Многочисленные результаты свидетельствуют о том, что трудности при социальном взаимодействии у детей с аутизмом связаны с дисфункцией областей мозга, являющихся частью системы зеркальных нейронов (СЗН) [3]. Первоначально зеркальные нейроны считали вовлеченными в восприятие и понимание действий, однако они играют важную роль и в когнитивных процессах более высокого порядка, таких как имитация, эмпатия, освоение языка и речи. Функционирование данной системы лежит также в основе понимания чужого сознания (theory of mind), т. е. способности человека делать вывод о намерениях, желаниях и эмоциях, которые служат причиной действий другого индивидуума [4]. Установлено, что нарушение данной способности у детей с РАС приводит к трудностям при социальном взаимодействии [5].

При исследовании СЗН человека с помощью метода ЭЭГ используют такие параметры, как реактивность сенсомоторных μ- и β-ритмов [6]. Установлено, что амплитуда сенсомоторных ритмов (СМР) снижается при выполнении, наблюдении, имитации, представлении и слуховом восприятии движений [7].

Известно, что у детей с РАС подавление μ-ритма можно наблюдать во время самостоятельных движений, но оно отсутствует или слабо выражено при наблюдении за аналогичными действиями другого человека [8, 9]. У взрослых волонтеров с высокими показателями по шкале «Коэффициент аутизма» (Autism-Spectrum Quotient (AQ) scale) также обнаружена более слабая десинхронизация μ-ритма при наблюдении действий, в сранении с людьми с низким уровнем по данной шкале [10]. В другом исследовании у взрослых с высокими показателями по шкале «Коэффициент аутизма» не выявлена десинхронизация ни в μ-, ни в β-диапазонах при наблюдении действий [11]. Таким образом, низкая активация СЗН, на которую указывает слабая десинхронизация сенсомоторных ритмов, может быть основной причиной наблюдаемого дефицита эмпатии и имитационного поведения у людей с РАС [8], что подтверждает исследование, продемонстрировавшее связь между поражением основных областей СЗН левого полушария и нарушением имитации [12]. Однако в ряде исследований не было найдено значимых различий в реактивности μ-ритма у детей и взрослых с РАС по сравнению со здоровыми сверстниками [13]. Результаты недавно проведенного исследования продемонстировали, что, хотя подавление μ-ритма у детей с РАС отличалось от такового у детей контрольной группы при наблюдении определенных типов действий, в среднем различия не были значимыми. Тем не менее авторы отмечают, что у детей с аутизмом было замедлено время реакции при распознавании действий [14]. Таким образом, имеющиеся в настоящее время экспериментальные данные об особенностях реактивности μ-ритма у детей с РАС неоднозначны, а исследования, касающиеся сенсомоторного β-ритма у детей с данным нарушением, единичны. Кроме того, реактивность СМР у детей с РАС исследуют преимущественно при выполнении и наблюдении движений. В связи с этим интерес представляет исследование данных ритмов не только при выполнении и наблюдении действий, но и в других ситуациях, например, таких, как имитация и слуховое узнавание действий.

Модуляцию μ-ритма используют в качестве тренируемого параметра при проведении тренингов биологической обратной связи по характеристикам ЭЭГ (ЭЭГ-БОС) у детей с РАС [15]. После прохождения БОС-терапии у детей с аутизмом обнаруживали более выраженную десинхронизацию μ-ритма при выполнении и наблюдении действий. Было отмечно также значительное положительное влияние БОС на социальное поведение у таких детей: им удавалось лучше распознавать эмоции и действия других людей [16, 17].

Однако при исследовании параметров ЭЭГ и применении БОС-терапии у детей с РАС не учитывали индивидуальные диапазоны реактивности μ-ритма. Известно, что степень десинхронизации μ-ритма может быть неверно оценена из-за частичного наложения на него затылочного α-ритма, находящегося в близком частотном диапазоне [13]. В связи с этим рекомендуется определение индивидуальной полосы μ-ритма, обнаруживаемой при совершении ребенком самостоятельных движений.

В связи с вышеизложенным целью настоящей работы был анализ паттернов реактивности μ-ритма в индивидуально определенном частотном диапазоне и β-ритма ЭЭГ у детей с РАС и нормально развивающихся детей при осуществлении самостоятельных движений с помощью компьютерной мыши, наблюдении, имитации и слуховом восприятии аналогичных движений, выполняемых другим человеком.

ПАЦИЕНТЫ И МЕТОДЫ

Характеристика выборки

Исследование проводили на базе Центра коллективного пользования научным оборудованием «Экспериментальная физиология и биофизика» Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского.
В исследовании приняли участие 20 детей-правшей в возрасте 5–10 лет (средний возраст составил 7,4 ± 0,5 года), из них 10 детей с РАС (9 мальчиков и 1 девочка) и 10 нормально развивающихся детей, соответствующих испытуемым по возрасту и полу (контрольная группа). Группу детей с РАС составили дети с диагнозом «детский аутизм» (F84.0 по МКБ-10) или «расстройства аутистического спектра с нарушением интеллектуального развития и с нарушениями функционального языка» (6A02.3 по МКБ- 11). Критерии включения детей в контрольную группу: достаточный уровень когнитивного развития (IQ от 90 до 120 баллов по тесту Векслера в вариантах WPPSI и WISC); отсутствие хронических заболеваний нервной системы. Критерии включения для детей обеих групп: наличие нормального (или скорректированного до нормального) уровня зрения и слуха; предпочтение правой руки в работе с компьютерной мышью.

Регистрация ЭЭГ

Регистрацию ЭЭГ осуществляли с помощью 19-канального электроэнцефалографа «Нейрон-Спектр-3» («Нейрософт»; Россия). ЭЭГ-потенциалы отводили монополярно по системе 10–20. Областью интересов в данном исследовании были фронтальные, центральные и париетальные регионы неокортекса (локусы F3, F4, Fz, С3, С4, Cz, P3, P4, Pz). Референтным электродом служили объединенные контакты, закрепленные на мочках ушей. Частоты среза фильтров высоких и низких частот составляли соответственно 1,5 и 35 Гц, частота оцифровки ЭЭГ-сигналов — 250 Гц.

Запись ЭЭГ производили во время выполнения испытуемыми серии заданий длительностью по 30 с каждое. Все дети, принимавшие участие в исследовании, понимали инструкцию и правильно выполняли задания. Последовательность заданий была следующая:
1) фиксация взгляда на видеоизображении компьютерной мыши, расположенной на столе перед экспериментатором (ФОН 1);
2) выполнение самостоятельных движений компьютерной мышью с произвольной скоростью (ДВ.1);
3) фиксация взгляда на видеоизображении компьютерной мыши, расположенной на столе перед экспериментатором (ФОН 2);
4) наблюдение за движениями руки экспериментатора с компьютерной мышью (НАБЛ);
5) фиксация взгляда на видеоизображении компьютерной мыши, расположенной на столе перед экспериментатором (ФОН 3);
6) выполнение самостоятельных движений компьютерной мышью с произвольной скоростью (ДВ.2);
7) имитация детьми движений, выполняемых экспериментатором с компьютерной мышью (ИМИТ);
8) испытуемый сидит неподвижно с закрытыми глазами (ГЗ);
9) испытуемый слышит (без предварительной инструкции) характерные звуки трения о поверхность стола во время движений мышью, которые совершает экспериментатор (СЛУХ).

Для обработки данных использовали компьютерную программу WinEEG («Мицар»; Россия). Артефакты удаляли с помощью встроенного в приложение метода независимых компонент с дополнительным визуальным контролем качества записи. Отрезки ЭЭГ подвергали быстрому преобразованию Фурье с эпохами анализа по 4 с и перекрытием эпох 50%.

Для каждого этапа рассчитывали среднее значение амплитуды ЭЭГ в диапазоне μ- и β-ритмов (15–25 Гц). Диапазон μ-ритма для каждого испытуемого определяли индивидуально в отведении С3 при совершении самостоятельных движений правой рукой. Полный частотный диапазон μ-ритма (6–13 Гц) разбивали на отрезки по 1 Гц. Два прилегающих друг к другу отрезка с максимальной десинхронизацией относительно фона далее рассматривали в качестве индивидуального частотного диапазона [18]. Диапазон β-ритма был нами выбран в пределах 15–25 Гц в связи с тем, что в данном частотном диапазоне происходит подавление амплитуды в сенсомоторных областях при выполнении действий [19]. С целью нормализации распределения значения амплитуд логарифмировали.

Индексы реактивности (ИР) сенсомоторных ритмов рассчитывали по общепринятой схеме [20], в соответствии с формулой ИР = ln (B/A), где B — амплитуда сенсомоторного ритма в основной ситуации, A — амплитуда сенсомоторного ритма в исходной ситуации сравнения. В ситуациях выполнения самостоятельных движений (ДВ.1) и наблюдения движений (НАБЛ) расчет ИР сенсомоторных ритмов производили относительно ситуации фиксации взгляда на изображении неподвижной компьютерной мыши (ФОН 1 и ФОН 2 соответственно). В ситуации имитации движений (ИМИТ) ИР рассчитывали относительно предшествующей ситуации выполнения самостоятельных движений (ДВ.2), а в ситуации СЛУХ — относительно ситуации спокойного бодрствования с закрытыми глазами (ГЗ). Положительные значения индекса реактивности соответствовали синхронизации сенсомоторного ритма, а отрицательные — десинхронизации.

Статистическая обработка данных

Статистический анализ полученных данных проводили с применением программы STATISTICA 12.0 (StatSoft Inc.; США). Различия в частоте индивидуально определенного μ-ритма между группами оценивали с помощью U-критерия Манна–Уитни. Различия в амплитуде и индексах реактивности сенсомоторных ритмов оценивали с использованием дисперсионного анализа с повторными измерениями (repeated measures ANOVA). Оценивали влияние межсубъектного фактора — ГРУППА (два уровня: дети с РАС и контрольная группа) и внутрисубъектного фактора — ЛОКУС (девять отведений ЭЭГ) по схеме 2 × 9. Для расчета статистической значимости различий в анализируемых параметрах сенсомоторных ритмов в привязке к каждому из девяти отведений ЭЭГ использовали метод априорных контрастов (оценка F-распределения). Для описания распределений, отличных от нормального (значения границ индивидуального диапазона μ-ритма), применяли медиану и интерквартильный размах. В случаях нормального распределения данных (логарифмированные значения амплитуд и индексов реактивности) использовали среднее и стандартную ошибку среднего. Статистически значимыми считали различия при р < 0,05, но в связи с небольшим объемом выборки учитывали и тенденции к наличию различий (р < 0,10).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Амплитудно-частотные показатели сенсомоторных ритмов

В группе нормально развивающихся детей значения медианы нижней границы индивидуального диапазона μ-ритма составили 9,3 Гц (8,5; 10). В группе детей с РАС значения медианы нижней границы индивидуального диапазона μ-ритма составили 8,6 Гц (7; 9,5). Несмотря на то что медианы нижней и верхней границ индивидуального μ-ритма у детей с РАС снижены, различия по данным показателям между группами, оцененные с помощью U-критерия Манна–Уитни, не достигали уровня статистической значимости (p = 0,57).

При дисперсионном анализе амплитуды сенсомоторных ритмов в ситуации выполнения самостоятельных движений не выявлено значимых влияний исследуемых факторов: μ-ритм — ГРУППА (F_{1, 18} = 0,15; p = 0,7) и ЛОКУС × ГРУППА (F_{8, 144} = 0,75; p = 0,7), β-ритм × ГРУППА (F_{1, 18} = 0,35; p = 0,6) и ЛОКУС × ГРУППА (F_{8, 144} = 0,72; p = 0,7). В данной экспериментальной ситуации выявлено значимое влияние лишь фактора ЛОКУС для μ-ритмов (F_{8, 144} = 6,11; p < 0,001) и β-ритмов (F_{8, 144} = 14,09; p < 0,001). Таким образом, амплитуда сенсомоторных ритмов при выполнении самостоятельных движений значимо не различалась у детей двух групп.

Особенности реактивности μ-ритма ЭЭГ

Результаты дисперсионного анализа различий в реактивности μ-ритма у детей с РАС и нормально  развивающихся детей представлены в табл. 1. В ситуации выполнения самостоятельных движений выявлена тенденция влияния взаимодействия факторов ЛОКУС × ГРУППА. При дальнейшем анализе методом априорных контрастов значимых различий найдено не было. Не выявлено значимых различий в ИР μ-ритма и в ситуации наблюдения движений.

В ситуации имитации движений экспериментатора обнаружено влияние фактора ГРУППА на уровне тенденции. При анализе методом априорных контрастов различия в индексах реактивности μ-ритма ЭЭГ у двух групп детей достигали уровня статистической значимости в центральном локусе левого полушария (С3: p = 0,03; среднее значение и стандартная ошибка среднего для контрольной группы: –0,08 ± 0,06; для группы РАС: 0,18 ± 0,1) (рис. 1). Представленные диаграммы демонстрируют, что при подражании движениям экспериментатора у детей с РАС можно наблюдать синхронизацию μ-ритма во всех отведениях, в отличие от нормально развивающихся сверстников, демонстрирующих исключительно десинхронизацию μ-ритма.

Значимое влияние фактора ГРУППА обнаружено при слуховом восприятии детьми знакомых движений с компьютерной мышью. Различия в ИР μ-ритма ЭЭГ у двух групп детей достигали уровня статистической значимости во фронтальных локусах и центральном срединном отведении (локусы F3 (p = 0,02; контрольная группа: –0,06 ± 0,06; РАС: 0,19 ± 0,08) и Fz (p = 0,02; контрольная группа: –0,1 ± 0,06; РАС: 0,16 ± 0,08), F4 (p = 0,04; контрольная группа: –0,11 ± 0,04; РАС: 0,16 ± 0,11), Cz (p = 0,009; контрольная группа: –0,02 ± 0,05; РАС: 0,23 ± 0,06)) (рис. 2). У детей с РАС в данной экспериментальной ситуации зарегистрирован рост амплитуды μ-ритма во всех отведениях, а у детей контрольной группы — преимущественно снижение амплитуды.

Особенности реактивности β-ритма ЭЭГ

Результаты дисперсионного анализа различий в реактивности β-ритма у детей двух групп представлены в табл. 2. При выполнении самостоятельных движений влияние взаимодействия факторов ЛОКУС × ГРУППА находилось на уровне тенденции. В данной экспериментальной ситуации ИР сенсомоторного β-ритма у детей с РАС и нормально развивающихся детей значимо не различались.

При наблюдении движений компьютерной мышью, совершаемых экспериментатором, обнаружено значимое влияние взаимодействия факторов ГРУППА × ЛОКУС. В данной экспериментальной ситуации различия в реактивности β-ритма у двух групп детей достигали уровня статистической значимости в теменном локусе правого полушария (Р4: p = 0,03; контрольная группа: 0,03 ± 0,03; РАС: –0,16 ± 0,08) (рис. 3). У детей с РАС была выявлена десинхронизация β-ритма, а у нормально развивающихся детей — преимущественно синхронизация, за исключением фронтальных областей, в которых зарегистрировано снижение амплитуды исследуемого ритма.
В ситуации имитации движений экспериментатора не выявлено значимых различий в ИР β-ритма у детей исследуемых групп.

При слуховом восприятии звуков, сопровождающих движения компьютерной мышью, обнаружено влияние фактора ГРУППА на уровне тенденции. Уровня статистической значимости различия в индексах реактивности β-ритма ЭЭГ у двух групп детей достигали в срединном фронтальном отведении и во фронтальном локусе правого полушария (локусы Fz (p = 0,01; контрольная группа: –0,05 ± 0,03; РАС: 0,08 ± 0,04), F4 (p = 0,02; контрольная группа: –0,09 ± 0,03; РАС: 0,08 ± 0,06) (рис. 4). В ситуации слухового восприятия у детей с РАС обнаружена синхронизация β-ритма во всех отведениях, а у нормально развивающихся детей — десинхронизация исследуемого ритма.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Результаты настоящего исследования свидетельствуют о том, что частота μ-ритма в индивидуально определенном диапазоне значимо не отличается у детей с РАС по сравнению с детьми контрольной группы. Ранее на выборке здоровых испытуемых 4–15 лет нами было показано, что индивидуально определенная частота μ-ритма не зависела от возраста детей [21]. Однако, как в предыдущем, так и в настоящем исследовании, нами выявлена широкая вариативность нижней и верхней границ индивидуального частотного диапазона μ-ритма. В связи с этим мы рекомендуем при исследовании особенностей реактивности μ-ритма у детей предварительно определять его индивидуальный частотный диапазон.

При выполнении самостоятельных движений значения амплитуды сенсомоторных μ- и β-ритмов у детей с РАС не отличаются от таковых у детей, развивающихся нормально. Анализ реактивности СМР при выполнении движений относительно ситуации двигательного покоя также не показал значимых различий у детей исследуемых групп. Полученные данные подтверждают результаты других авторов, выявивших нормальную реакцию десинхронизации μ-ритма у детей с РАС при совершении самостоятельных движений [8]. Таким образом, можно говорить о том, что у детей с данным нарушением соматосенсорные области коры, обеспечивающие выполнение собственных движений, функционируют нормально.

При сравнении реактивности СМР у детей с РАС и контрольной группы выявлены различия в ситуациях наблюдения, имитации и слухового восприятия движений. В ситуации имитации движений у детей с аутизмом происходила синхронизация μ-ритма, в отличие от нормально развивающихся сверстников, у которых зарегистрирована десинхронизация. Ранее было установлено, что у людей с аутизмом нарушены имитационные способности [22]. Найдена также связь между поражением областей СЗН левого полушария и нарушением способности человека имитировать действия [12]. Таким образом, отсутствие десинхронизации μ-ритма у детей с РАС при подражании движениям другого человека может быть связано с нарушением СЗН. Восприятие на слух при закрытых глазах знакомых движений компьютерной мышью также не сопровождалось десинхронизацией сенсомоторных μ- и β-ритмов у детей с РАС. Как известно, СЗН активируется (что сопровождается снижением амплитуды СМР) при восприятии на слух звуков, сопровождающих знакомые действия [23]. Полученные результаты еще раз подтверждают, что у детей с РАС нарушено функционирование СЗН.

В ситуации наблюдения движений у детей с РАС происходила бо̀льшая десинхронизация β-ритма в теменных отведениях ЭЭГ, чем у детей контрольной группы. В исследованиях было показано, что у людей с аутизмом не происходит десинхронизация именно при наблюдении действий [8, 9]. Однако в указанных работах рассматривали μ-ритм. Обнаруженное в настоящем исследовании бо̀льшее снижение амплитуды β-ритма в при наблюдении движений может быть обусловлено нарушением функционирования антизеркальной системы мозга. Установлено, что антизеркальные нейроны, обнаруженные при микроэлектродном исследовании мозга больных эпилепсией, активируются при выполнении движений и тормозятся при наблюдении за движениями других людей [24]. Известно, что торможение нейронов коры отражается в ЭЭГ в виде синхронизации β-ритма [25]. В исследовании с участием взрослых волонтеров обнаружена синхронизация β-ритма при наблюдении эмоционально нейтральных движений в группе людей с низким уровнем по шкале «Коэффициент аутизма», что авторы связывают с подавлением автоматического копирования действий [10]. Выдвинуто предположение, что антизеркальная система мозга играет важную роль в разграничении своих и чужих действий, а также в предотвращении непроизвольного подражания [26]. Данные функции мозга у детей с РАС нарушены, что отражалось в нашем иследовании в десинхронизации β-ритма при наблюдении действий. Также можно предположить, что дети с РАС затрачивали больше когнитивных ресурсов для обработки поступающей информации, что сопровождалось бо̀льшим снижением амплитуды в β-диапазоне.

Результаты настоящего исследования свидетельствуют о том, что у детей с РАС не возникает десинхронизация СМР при имитации и слуховом узнавании действий, а также отсутствует большее снижение амплитуды β-ритма при наблюдении движений. Выявленные особенности могут свидетельствовать о нарушении функционирования нервной системы, в частности СЗН и антизеркальной системы мозга. Результаты иследования могут быть использованы для повышения эффективности тренингов ЭЭГ-БОС с детьми, имеющими РАС.

ВЫВОДЫ

В результате исследования выявлены особенности реактивности СМР у детей с РАС. При имитации и слуховом узнавании движений у детей с РАС по сравнению с детьми контрольной группы выявлена синхронизация μ- и β-ритмов ЭЭГ, что может свидетельствовать о нарушении функционирования СЗН, обеспечивающей процессы подражания и нормального социального взаимодействия. При наблюдении движений у детей с РАС зарегистрировано бо̀льшее снижение амплитуды сенсомоторного β-ритма, что может быть связано с нарушением активности антизеркальной системы мозга. Полученные результаты указывают на необходимость исследования реактивности как сенсомоторного μ-ритма, так и β-ритма у детей с РАС. Выявленные закономерности могут быть использованы в коррекционной работе с детьми, имеющими РАС, например с применением тренингов БОС по характеристикам сенсомоторных ритмов ЭЭГ.