Регуляция сердечного ритма и изменения на электроэнцефалограмме у детей с расстройством аутистического спектра

М.А. Матусова,
Консультативно-диагностическая поликлиника «Охматдет», г. Киев,
И.А. Марценковский,
Украинский научно-исследовательский институт социальной, судебной психиатрии и наркологии МЗ Украины, г. Киев

Впоследнее десятилетие опубликованы результаты многочисленных исследований в области расстройств аутистического спектра (РАС). У детей описаны полиморфизм клинических проявлений, нарушения формирования базовых навыков, таких как речь, установление зрительного контакта, взаимоотношений с другими людьми, использование невербальных методов общения, формирование эмоциональной взаимности. При РАС дети могут испытывать трудности с формированием прагматической части речи, например, при понимании пословиц и фразеологизмов, использовании метафор.

Нарушения социальной взаимности являются наиболее патогномоничными для РАС нарушениями, отражающими его природу [1]. Расстройства поведения в социальной сфере могут приводить к формированию социального дефицита, нарушениям коммуникации, трудностям формирования социально-адаптивного поведения [7, 19, 30].

В исследованиях социальной перцепции при РАС было обнаружено, что дети с данными расстройствами демонстрируют худшие показатели как в социальном ориентировании (понимании социального контекста ситуации), так и в групповых формах социального взаимодействия [8, 24], а также испытывают трудности со зрительно-моторной координацией [27, 31]. Дети с РАС в меньшей степени концентрируют внимание на людях, чем на объектах, не обнаруживают селективной избирательности при восприятии близких людей, не демонстрируют формирования привязанности к родителям, проявляя социально-детерминированные нарушения в сфере внимания [45, 46]. Распознавание лиц считается одним из наиболее важных проявлений социально-детерминированного внимания. Доказано, что люди с РАС распознают знакомых людей иначе, уделяя меньше внимания области лица [20, 25, 26, 34].

Известно, что социально-детерминированное восприятие (ответ на социальные стимулы и восприятие лиц) может быть связано с определенными паттернами мозговой активности. Височные области головного мозга содержат нейронные сети, которые отвечают преимущественно за восприятие лиц, взгляд и сканирующие движения глаз при рассматривании объекта [11]. Обработка и идентификация лиц часто ассоциируется с активностью в веретенообразной извилине [14]. Другие исследования подтвердили, что установка зрительного контакта и последующее отслеживание объекта связано с активностью в верхней височной борозде, верхней височной извилине и миндалевидном теле [21, 41, 49].

В исследованиях с использованием МРТ выявили, что области мозга, обычно связанные с восприятием объекта (нижневисочная извилина), активируются во время распознавания лиц и при пристальном рассматривании [43]. С использованием метода вызванных потенциалов получены данные о том, что подростки и взрослые с РАС демонстрируют аномально медленную N170 реакцию на лица, отсутствие замедления ответа на перевернутое изображение, большую амплитуду при ответе на объекты [29, 48].

Спектральная ЭЭГ позволяет оценить изменения частоты и силы непрерывно записываемой ЭЭГ, дает возможность регистрировать ответы на динамические стимулы. В исследованиях с применением спектральной ЭЭГ и МРТ обнаружили, что в группах сравнения при контакте со знакомыми лицами, по сравнению с незнакомыми, значимо возрастала активность веретенообразной извилины [36]. Это подтверждает предположение о том, что пациенты с РАС распознают знакомые и незнакомые лица по-разному: демонстрация знакомых лиц приводит к нейротипическому ответу у детей с РАС и взрослых [6, 36, 50].

Большинство экспертов едины во мнении, что социальные дефициты, распространенные при РАС, являются результатом нарушения связей лобной коры головного мозга с медиально-височной системой [5].

Нейробиологические механизмы нарушений социального поведения принято объяснять в рамках поливагусной концепции, основанной на представлениях об идентифицируемых нейронных цепях, которые сформировались в процессе эволюции для контроля реагирования человека на изменения окружающей среды. Через взаимодействие с внутренними и внешними органами чувств наша нервная система активирует наиболее адаптивную схему для конкретной ситуации в зависимости от чувства безопасности или тревоги.

При восприятии опасности активируется модель адаптивного поведения, которая предполагает механизмы борьбы или бегства, опосредуемые через миндалины мозга и связанные с ними дорсолатеральные и латеральные околоводопроводные области серого вещества. Напротив, при ощущении безопасности активируется поведение, которое регулируется в организме через миелинизированные волокна блуждающего нерва, замедляющие ритм сердечных сокращений. Предложенная схема объясняет участие вегетативной нервной системы в реагировании на стресс гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы. В процессе эволюции ствол мозга и ядра, регулирующие эту систему, интегрировались с ядрами, которые регулируют деятельность мышц лица и головы. Таким образом, висцеральное состояние, соответствующее чувству спокойствия, связано с мышцами, которые обеспечивают фокусировку взгляда, поворот головы, прислушивание к человеческому голосу, распознавание выражения лица.

При РАС неадекватная сенсорная оценка (переоценка) риска в процессе восприятия незнакомого лица приводит к временному ингибированию миндалевидного тела и чрезмерной активации простых систем борьбы и бегства, которые могут перекрывать возможность для проявления более адаптивного социального поведения. С другой стороны, люди без РАС реагируют на незнакомые лица без сопутствующей оценки угрозы. Таким образом, у лиц без РАС восприятие незнакомого лица приводит к временной активации, которая ингибирует активацию стратегий борьбы и бегства и позволяет контролировать поведение при социальном взаимодействии.

Парасимпатикотонические воздействия на ритм дыхания в процессе социального взаимодействия участвуют в модуляции влияния миелиновых волокон блуждающего нерва на сердце, что реализуется с помощью дыхательной синусовой аритмии. Установлено, что у детей дыхательная синусовая аритмия связана с социальной компетентностью [10] и эмпатией [12]. Ослабление влияния блуждающего нерва на частоту сердечных сокращений облегчает возможность активации симпатической нервной системы и увеличивает метаболические потребности при ответе на социальный импульс [41]. Большее подавление блуждающего нерва в ответ на психосоциальный стрессор предположительно связано с формированием позитивного (социально адаптивного) поведения [40].

В ряде исследований продемонстрировано подавление блуждающего нерва в процессе познавательной деятельности или эмоционального реагирования и влияние подавления на наблюдаемое социальное поведение в определенной социальной ситуации [8, 16, 44].

С учетом вышеизложенного очевидно, что подавление синусовой аритмии не может рассматриваться в качестве адаптивного ответа на социальное взаимодействие. Можно также предположить, что дети с аутизмом должны демонстрировать меньший уровень нейронной активации височной доли и регуляции сердечного ритма в ответ на «угрожающий» стимул в виде незнакомого человека.

Целью исследования было изучение электроэнцефалографической и электрокардиографической волновой активности и ее вариативности при просмотре детьми с РАС видео с участием знакомых и незнакомых людей.

Материалы и методы исследования

В исследовании были рандомизированы 25 детей в возрасте от 5 до 14 лет с РАС, без умственной отсталости (IQ > 70). Контрольную группу составили 25 детей в возрасте от 5 до 14 лет без первазивных нарушений развития. Диагноз РАС был установлен на основании диагностических критериев МКБ-10, подтвержденных с использованием стандартных диагностических процедур – структурированного диагностического интервью аутизма (ADI-R), полуструктурированного оценивания аутистического поведения (ADOS) [28].

Основную группу составили 16 мальчиков и 3 девочки (средний возраст 8,36 лет; SD = 1,54), контрольную – 15 мальчиков и 3 девочки (средний возраст 8,25 лет; SD = 1,62).

Большинство детей основной группы принимали лекарственные препараты: 2 ребенка – антидепрессанты, 12 детей – несколько психотропных препаратов, 6 детей основной и 1 ребенок контрольной группы – противовоспалительные и антигистаминные препараты.

Уровень интеллекта у подростков измерялся при помощи краткого теста интеллекта Кауфмана (K–BIT) [22]. В группе детей с РАС композитная оценка среднего IQ составила 111,12 (SD = 18,41), в контрольной группе – 109,71 (SD = 19,36) (р > 0,005).

Характеристика групп сравнения представлена в таблице. Для оценки социальных навыков и социального реагирования использовали формы для родителей рейтинговой шкалы оценки социальных и речевых навыков (SSRS) и шкалы оценки социального реагирования (SRS).

Проведение видеостимуляции

После закрепления ЭЭГ-датчиков и наложения электродов ЭКГ подростков просили сидеть тихо в удобном кресле, стоящем перед 19-дюймовым проекционным экраном, на котором проводилась презентация видео.

ЭЭГ-исследование

Альфа-ритм рассматривался как показатель общей активности мозга. Предполагалось, что высокая амплитуда и энергетическая плотность альфа-ритма свидетельствуют об общей низкой активности мозга. Аналогичным образом, уменьшение мощности альфа-активности свидетельствует об увеличении активности мозга. Спектральная мощность альфа-активности была вычислена путем усреднения мощности трех электродов, расположенных над височно-теменными зонами коры мозга правого полушария (стандартные позиции Р2, Р4 и PO4 по системе 10-20).

Измерение и оценка частоты сердечных сокращений

Для оценки вариаций сердечного ритма использовали ЭКГ-мониторинг в трех стандартных отведениях. Определялись интервалы R-R (с удалением артефактов). Полученные данные сохранялись для работы в автономном режиме, определения ВСР или дыхательной синусовой аритмии. Для оценки показателей использовалась методика Поргес [9, 37, 39].

При обработке данных проводилась характеристика основной и контрольной групп двумерными корреляциями, отражающими отношения между переменными в полной выборке и отдельно для групп сравнения.

Результаты исследования

Полученные результаты продемонстрировали различия между группами сравнения в отношении проявлений физиологической активности при регуляции сердечного ритма и волновой активности на ЭЭГ. У детей с аутизмом отмечались более низкие показатели регуляции сердечного ритма в условиях исследования. Слабая регуляция частоты сердечных сокращений, по-видимому, отражает слабое воздействие блуждающего нерва на низшие системы борьбы, избегания и иммобилизации. Таким образом, можно предположить, что дети с аутизмом в процессе исследования находились в хронически «мобилизированном», по сравнению с обычно развивающимися детьми, состоянии.

Дети с аутизмом продемонстрировали специфическую реакцию в виде дыхательной синусовой аритмии на видео с участием незнакомого человека. Во время данного просмотра у них снижался уровень регуляции сердечного ритма. В группе детей без симптомов РАС снижение уровня регуляции сердечного ритма не наблюдалось. Таким образом, незнакомые люди могут восприниматься детьми с РАС как вызывающие угрозу психосоциальные стимулы.

По-видимому, дети с аутизмом могут реагировать на малознакомого человека с осторожностью, мобилизируясь для борьбы или побега. Усиление регуляции сердечного ритма не поддерживает у детей с РАС готовность к социальному взаимодействию (по сравнению с детьми без РАС), что было отмечено при использовании в качестве стимулов видео с участием незнакомых людей. Данная стратегия мобилизации ослабляет способность детей с аутизмом вовлекаться в социальное взаимодействие с незнакомыми людьми. Напротив, дети без аутизма не демонстрировали тревожного ожидания и мобилизации при просмотре видео с участием незнакомых людей и сохраняли базовый уровень регуляции сердечного ритма.

Дети без РАС при просмотре видео с участием родителей показывали физиологическую готовность нервной системы вступать в социальное взаимодействие. Полученные результаты подтверждают известный в клинической психофизиологии феномен, заключающийся в том, что регулирование частоты сердечных сокращений у детей без РАС в раннем возрасте положительно связано с частотой взглядов в глаза незнакомым людям.

Важно отметить, что когда детям с РАС показывали видео с участием знакомых людей, их уровень регуляции сердечного ритма в некоторых случаях возвращался к исходному или незначительно превышающему его уровню. Можно предположить, что контакт со знакомым человеком у детей с РАС сопровождался более адаптивной регуляцией сердечного ритма.

Результаты проведенного корреляционного анализа показали, что более высокие уровни регуляции сердечного ритма связаны с повышением социальной компетентности и меньшей выраженностью проблемного поведения. Можно предположить, что регулирование частоты сердечных сокращений может оказать влияние на физиологическую готовность к социальной активности. Также можно сделать вывод, что индивидуальные различия связаны с социально-поведенческой адаптивностью детей.

Результаты, полученные при ЭЭГ-обследовании, интерпретировать сложнее. У детей с РАС не обнаружено значимых отличий от здоровых детей с точки зрения вызванных реакций на знакомых и незнакомых людей. Группы сравнения продемонстрировали увеличение активности в правой височно-теменной области коры мозга при просмотре видео с участием родителей по сравнению с таковым с участием незнакомых людей. Просматривая видео с участием родителей, дети с РАС демонстрировали повышение активности, подобное детям без аутизма. В начале исследования у детей с РАС отмечалась более сильная нейрофизиологическая активность в правой височно-теменной области коры мозга, чем в группе контроля.

Полученные результаты позволяют предположить, что височные структуры мозга у детей с РАС функционируют нейротипично. Различия в реакции на незнакомых людей в группах сравнения не обнаружены. В обеих группах отмечалось снижение активности в правой височно-теменной области коры мозга при просмотре видео с участием незнакомых людей. Возможно, дети с РАС способны использовать компоненты «социального мозга» даже при взаимодействии с малознакомыми людьми. Именно это, предположительно, позволяет здоровым детям демонстрировать социальную гибкость.

При корреляционном анализе в группе детей с РАС обнаружено, что более высокие уровни правой височно-теменной деятельности связаны с более низким уровнем социальной мотивации. Учитывая структуру подавлений стимулов на сердечную деятельность, незнакомые люди вызывают у детей с РАС тревогу.

Эти данные хорошо согласуются с таковыми, полученными другими авторами [33]. Установлено, что именно физиологическое беспокойство влияет на нервную деятельность и препятствует обработке афферентных сигналов в правой височно-теменной области мозга, коррелируя с социальной активностью у лиц без первазивных нарушений развития. Несколько исследований [3, 15, 23, 32] выявили высокую частоту коморбидных тревожно-фобических нарушений психики у детей с синдромом Аспергера. Не было установлено, влияет ли уровень физиологической тревоги на деятельность правой височно-теменной области в этой популяции. Тем не менее, следует отметить, что если это так, то выявленные результаты изменения ЭЭГ у детей с РАС в ситуации реагирования на незнакомых людей отражают не адаптивное нейронное функционирование (социальное взаимодействие), а повышение уровня тревожности субъектов исследования.

Выводы

Для детей с РАС характерна менее выраженная, чем для здоровых, ВСР. При просмотре видео с участием незнакомых людей ее уровень значительно снижается по сравнению с контрольной группой детей без первазивных нарушений развития. В группах сравнения при просмотре видео с участием незнакомых людей отмечалось снижение активности височно-теменных отделов головного мозга. Повышение ВСР характерно для детей с более высоким уровнем социальной компетентности и более низким уровнем проблемного поведения. Таким образом, социальные трудности у детей с аутизмом могут характеризоваться определенной активацией симпатического отдела вегетативной нервной системы при встрече с незнакомыми людьми.

Литература

1. Asperger H. Die Autistischen Psychopathen. // Kindesalter: Archiv Fur Psychiatrie und Nevenkrankheiten. – 1944. – № 117. – P. 76–136.
2. Bentin S., Allison T., Puce A., Perez E., & McCarthy G. Electrophysiological studies of face perception in humans. // Journal of Cognitive Neuroscience. – 1996. – №8. – P. 551–565.
3. Burnette C., Mundy P., Meyer J., Sutton S., Vaughan A., & Charak D. Weak central coherence and its relations to theory of mind and anxiety in autism. // Journal of Autism and Developmental Disorders.- 2005. – №35. – P. 63–73.
4. Critchley H., Daly E., Bullmore E., Williams S., Van Amelsvoort T., Robertson D., et al. The functional neuroanatomy of social behavior: Changes in cerebral blood flow when people with autistic disorder process facial expressions. // Brain. – 2000. №123. – P. 2203–2212.
5. Dawson G. Brief report: Neuropsychology of autism: A report on the state of the science. // Journal of Autism and Developmental Disorders. – 1996. №26. – P. 179–184.
6. Dawson G., Carver L., Meltzoff A., Panagiotides H., McPartland J., & Webb S. Neural correlates of face and object recognition in young children with autism spectrum disorder, developmental delay, and typical development. // Child Development. – 2002. №73. – P. 700–717.
7. Dawson G., & Lewy A. Arousal, attention, and the social-emotional impairments of individuals with autism. In G. Dawson (Ed.), Autism: Nature, diagnosis, and treatment. // New York: Guilford, 1989. – P. 49–74.
8. Dawson G., Meltzoff A., Osterling J., Rinaldi J., & Brown E. Children with autism fail to orient to naturally occurring social stimuli. // Journal of Autism and Developmental Disabilities. – 1998. – №28. – P. 479–485.
9. Denver J., Reed S., & Porges S. Methodological issues in the quantification of respiratory sinus arrhythmia. // Biological Psychology. – 2007. – №74. – P. 286–294.
10. Doussard-Roosevelt J., Porges S., Scanlon J., Alemi B., & Scanlon K. Vagal regulation of heart rate in the prediction of developmental outcome for very low birth weight preterm infants. // Child Development. – 1997. – №68. – P. 173–186.
11. Emery N. The eyes have it: The neuroethology, function, and evolution of social gaze. // Neuroscience and Biobehavioral Reviews. – 2000. – №24. – P. 581–604.
12. Fabes R., Eisenberg N., Karbon N., Troyer D., & Switzer G. The relations of children’s emotion regulation to their vicarious emotional responses and comforting behaviors. // Child Development. – 1994. – №65. – P. 1678–1693.
13. Fox N. Psychophysiological correlates of emotional reactivity during the first year of life. // Developmental Psychology. – 1989. – №25. – P. 364–372.
14. George N., Driver J., & Dolan R. Seen gaze direction modulates fusiform activity and its coupling with other brain areas during face processing. // Neuroimage. – 2001. – №13. – P. 1102–1112.
15. Ghaziuddin M., Weidmer M., & Ghaziuddin N. Comorbidity of Asperger syndrome: A preliminary report. // Journal of Intellectual Disability. – 1998. – №42. – P. 279–283.
16. Graziano P., Keane S., & Calkins S. Cardiac vagal regulation and early peer status. // Child Development. – 2007. – №78. – P. 264–278.
17. Hall G., Szechtman H., & Nahmias C. Enhanced salience and emotion recognition in autism: A PET study. // American Journal of Psychiatry. – 2003. – №160. – P. 1439–1441.
18. Heilman K., Bal E., Bazhenova O., & Porges S. W. Respiratory sinus arrhythmia and tympanic membrane compliance predict spontaneous eye gaze behaviors in young children: A pilot study. // Developmental Psychobiology. – 2007. – №49. – P. 531–542.
19. Hobson P. Autism and the development of mind. Hillsdale. //NJ: Erlbaum, 1993. p. 336
20. Hobson P., Ouston J., & Lee A. What’s in a face? The case of autism. // British Journal of Psychology. – 1988. – №79. – P. 441–453.

Полный список литературы, включающий 50 пунктов, находится в редакции