Связь спектральных характеристик ЭЭГ со степенью выраженности аутистических проявлений

Введение

Расстройства аутистического спектра входят в число наиболее распространенных нарушений развития — до 1 случая на 59 человек [1]. В классификации МКБ-10 [2] они представлены несколькими нозологическими единицами, такими как детский аутизм (F84.0), атипичный аутизм (F84.1) и синдром Аспергера (F84.5), однако в следующей редакции классификации [3] предполагается реализовать тенденцию последних десятилетий: объединять различные подтипы аутизма в одну диагностическую категорию — расстройство аутистического спектра (6A02).

Аутизм характеризуется значительной гетерогенностью проявлений, однако у всех людей с таким диагнозом в той или иной степени присутствуют нарушения в области социального взаимодействия, общения, наблюдаются стереотипные и повторяющиеся формы поведения, которые проявляются в раннем возрасте [4]. У 10–30% людей причина аутизма имеет известную генетическую природу [5], однако патогенетические механизмы как в случаях с установленной мутацией, так и при идиопатическом аутизме требуют дальнейшего исследования.

Биологический тест на аутизм отсутствует, диагностика осуществляется по поведенческим проявлениям и информации от родителей. Для снижения субъективности оценки поведения и интерпретации данных о развитии ребенка были разработаны стандартизированные методы выявления и диагностики аутизма. Они доступны как врачам-психиатрам, так и другим специалистам медицинского и психолого-педагогического профиля. «Золотым стандартом» диагностики аутизма считаются «Интервью для диагностики аутизма — переработанное» (ADI-R) [6] и «План диагностического обследования при аутизме» (ADOS-2) [7], представляющие собой подробное интервью с родителями и протокол непосредственного наблюдения за поведением ребенка, подростка или взрослого. ADOS-2 включает в себя 10–15 заданий, при которых обследуемый может проявить или не проявить социальные инициативы и реакции, оцениваемые интервьюером по определенным критериям. Оценки в областях «Речь и общение», «Социальное взаимодействие», «Игра и креативность», «Стереотипные и повторяющиеся формы поведения» и «Другие формы поведения» переносятся в алгоритм и сравниваются с предельными значениями для диагностических групп «аутизм» и «спектр аутизма». Для детей ясельного возраста вместо диагностических групп определяется уровень беспокойства с точки зрения развития нарушения в спектре аутизма [8]. Помимо диагностической группы по результатам ADOS-2 выявляется степень выраженности аутистических проявлений по десятибалльной шкале. Эта методика позволяет определить, насколько сильно выражены проявления у данного конкретного испытуемого по сравнению с другими людьми с аутизмом того же возраста и уровня владения экспрессивной речью. В отличие от «сырого» балла ADOS-2 сравнительный балл является калиброванным и таким образом служит более устойчивым показателем индивидуальных особенностей испытуемых [9]. В зависимости от значения сравнительного балла степень выраженности аутистических проявлений определяется как «высокая», «умеренная», «низкая» и «минимальная (отсутствие симптомов)».

Параллельно с работой по улучшению диагностических инструментов, основанных на анализе поведенческих проявлений, продолжается поиск биомаркеров аутизма. Одним из многообещающих методов в этом плане является электроэнцефалограмма (ЭЭГ) покоя [10, 11]. Она позволяет регистрировать биопотенциалы, суммирующие активность групп нейронов, с поверхности головы испытуемого с высоким временным разрешением. От испытуемого требуется готовность к сотрудничеству в виде закрывания глаз на несколько минут. Запись подвергается визуальному анализу, в результате которого выявляется информация о наличии патологических форм активности, в том числе эпилептиформных, что имеет особую важность в связи с высокой коморбидностью аутизма и эпилепсии [12].

Спектральный анализ ЭЭГ позволяет выявить области с преобладанием той или иной формы активности, которая отражает баланс процессов возбуждения и торможения [13]. Основной спектральной характеристикой ЭЭГ служит спектральная мощность, фиксируемая в индивидуальных (одногерцевые узкие полосы частот) или стандартных диапазонах частот: дельта (до 4 Гц), тета (4–7 Гц), альфа (7–13 Гц), бета (13–30 Гц) — часто подразделяется на поддиапазоны бета-1 (13–20 Гц) и бета-2 (20–30 Гц) — и гамма (выше 30 Гц). На групповом уровне этот цифровой параметр может сравниваться между группами, а также подвергаться корреляционному анализу с другими параметрами, в том числе результатами обследования на предмет особенностей поведения.

Исследования спектральных характеристик ЭЭГ покоя при аутизме немногочисленны, и полученные результаты иногда противоречат друг другу [14]. Так, например, среди описанных особенностей ЭЭГ при аутизме есть данные как о повышении уровня тета-активности [15, 16], так и о снижении его по сравнению со значениями у типично развивающихся сверстников [17]. Наиболее часто документируемым изменением является повышенный уровень активности в «быстрых» диапазонах — бета и гамма [15, 18, 19]. Его связывают со смещением баланса возбуждения и торможения в центральной нервной системе в сторону возбуждения, опосредованного изменениями в ГАМК-ергической системе [20].

Целью исследования явилось выявление корреляционной связи между сравнительным баллом ADOS-2, отражающим степень выраженности аутистических проявлений в когнитивной и аффективной сферах, и спектральными характеристиками ЭЭГ для оценки возможности их использования в качестве динамического биомаркера аутизма.

Материалы и методы

В исследование вошли 18 детей с установленным диагнозом «детский аутизм» (шифр МКБ-10 F84.0), из них 12 мальчиков и 6 девочек. Средний возраст участников составил 5,3±1,5 года. Исследование проведено в соответствии с Хельсинкской декларацией (2013) и одобрено Этическим комитетом Приволжского исследовательского медицинского университета. От родителей пациентов получено информированное согласие.

15 пациентов демонстрировали речь в виде отдельных слов или отсутствие вербальной коммуникации. Они были обследованы с использованием модуля 1 ADOS-2. У 3 детей была сформирована фразовая речь, в связи с чем при обследовании с ними проводили задания модуля 2. Степень выраженности аутистических проявлений оценивали при помощи сравнительного балла ADOS-2, который рассчитывали на основании «сырого» балла с учетом возраста и уровня владения экспрессивной речью.

Запись ЭЭГ осуществляли при помощи электроэнцефалографа-анализатора ЭЭГА-21/26 «Энце­фа­лан-131-03» («Медиком МТД», Россия). Запись велась от 19 электродов (Fp1, Fp2, F7, F3, Fz, F4, F8, T3, C3, Cz, C4, T4, T5, P3, Pz, P4, T6, O1, O2), расположенных по стандартной схеме «10–20». Частота дискретизации — 250 Гц. Параметры фильтрации исходного сигнала: частота среза фильтра верхних частот — 0,5 Гц, фильтра нижних частот — 70 Гц, режекторный фильтр на частоте сети — 50 Гц. Значения импеданса не превышали 10 кОм. Безартефактные участки записи подвергались быстрому преобразованию Фурье, результаты которого представлялись в виде значений спектральной мощности. Для минимизации индивидуальных отличий в пределах группы в дальнейший анализ включались относительные значения спектральной мощности в стандартных диапазонах частот — дельта, тета, альфа и бета, а также в узких диапазонах с шагом 1 Гц. Корреляционный анализ проводили при помощи критерия Спирмена между значениями спектральной мощности и сравнительными баллами. Достоверными считались значения коэффициента корреляции более 0,413 (p<0,05). Результаты представлялись в виде таблиц значений коэффициента корреляции по отведениям ЭЭГ и узким или стандартным диапазонам, а также в виде таблиц значений р. Статистическую обработку и картирование осуществляли при помощи пакета «Нейро-КМ».

Результаты и обсуждение

По данным обследования по методике ADOS-2 16 детей были отнесены к диагностической категории «аутизм», двое — к категории «спектр аутизма». Сравнительный балл варьировал в диапазоне от 4 до 10, степень аутистических проявлений оценивали как умеренную или высокую. Клинические характеристики детей, полученные с помощью ADOS-2, представлены в табл. 1.

---

Таблица 1. Результаты обследования детей с помощью ADOS-2

---

Корреляция аутистических проявлений спектральных параметров ЭЭГ выявила следующую особенность. Сравнительный балл ADOS-2 положительно коррелирует со значением спектральной мощности по отведениям F3, Fz, F8, T4, P3 в полосе частот бета-1 (R=0,425; 0,421; 0,442; 0,420; 0,445 соответственно; все p<0,05), Pz в полосе частот бета-2 (R=0,436; p<0,05), а также погранично — в зоне Pz в полосе частот бета-1 (R=0,412; p=0,05). Результаты ЭЭГ-картирования представлены на рис. 1 и 2.

---

Рис. 1. Корреляция относительной спектральной мощности (% от всего диапазона) и сравнительного балла ADOS-2 по отведениям Fp1, Fp2, F7, F3, Fz, F4, F8, T3, C3, Cz, C4, T4, T5, P3, Pz, P4, T6, O1, O2 Значения коэффициента корреляции Спирмена значимо отличны от нуля: R>0,413; R<–0,413 (р<0,05)

---

Рис. 2. Корреляция относительной спек­т­ральной мощности (% от всего диапазона) и сравнительного балла ADOS-2 Корреляция Спирмена: уровень значи­мости р со знаком «+» — для положительных значений коэффициента корреляции R>0; со знаком «–» — для отрицательных значений коэффициента корреляции R<0 по отведениям Fp1, Fp2, F7, F3, Fz, F4, F8, T3, C3, Cz, C4, T4, T5, P3, Pz, P4, T6, O1, O2

---

В узких одногерцевых полосах частот достоверные значения коэффициента корреляции Спирмена выявлены в полосах частот 2–3 Гц (F8), 5–6 Гц (F8, Fp2), 6–7 Гц (F8), 12–13 Гц (F8, Pz, P4, T6), 14–15 Гц (F3, Fz, F8, T4), 15–16 Гц (Fz, F8, T4), 17–18 Гц (F3, Fz, Fp1), 18–19 Гц (F7, P3, P4, O2), 19–20 Гц (F7, Fz, F8, P3, Pz), 23–24 Гц (P3, Pz), 27–28 Гц (Pz), 28–29 Гц (P3, Pz), 29–30 Гц (Fz, P3, Pz). Все корреляции были положительными, значения коэффициента корреляции приведены в табл. 2.

---

Таблица 2. Значения коэффициента корреляции Спирмена между относительной спектральной мощностью ЭЭГ и сравнительным баллом ADOS-2 при уровне значимости р<0,05

---

При исследовании как стандартных диапазонов, так и одногерцевых узких полос частот спектра основные корреляции были выявлены в бета-диапазоне ЭЭГ. Объективная интерпретация корреляций сравнительного балла ADOS-2 cо спектральной мощностью в дельта- и тета-диапазонах затруднена, так как они немногочисленны и затрагивают только крайние лобные и височные зоны, которые наиболее уязвимы для двигательных артефактов.

Связь степени аутистических проявлений с наиболее стабильным изменением ЭЭГ с точки зрения спектральных характеристик [19, 20] косвенно свидетельствует о конкурентной валидности обоих инструментов диагностики. Данные нейрофизиологического и поведенческого методов говорят о том, что чем выше уровень бета-активности на ЭЭГ, тем сильнее выражены аутистические проявления. Это является указанием на градуированную вовлеченность дисбаланса возбуждения и торможения в патогенез аутизма и потенциально делает обоснованным использование спектральной мощности ЭЭГ в бета-диапазоне в качестве динамического показателя в ситуации, когда изменения на поведенческом уровне установить трудно.

Заключение

В настоящем исследовании впервые показана связь степени выраженности аутистических проявлений в виде сравнительного балла ADOS-2 со спектральными характеристиками ЭЭГ. Относительная спектральная мощность в бета-диапазоне положительно коррелирует со сравнительным баллом, что соответствует представлениям о повышенном возбуж­дении в центральной нервной системе при аутизме.

Финансирование исследования. Работа выполнена в рамках госзадания «Выявление предикторов реабилитационного прогноза при двигательных и когнитивных нарушениях у детей с ограниченными возможностями (ДЦП, задержка стато-моторного и психо-речевого развития и др.)».

Конфликт интересов. А.Б. Сорокин получил компенсацию за перевод и редактирование ADOS-2, а также за чтение лекции на курсах повышения квалификации.