Л.П. Сафонова1, А.Н. Дмитриев2, В.С. Ширяева3, Д.Ю. Кулешов4

1–4 МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, Россия)

Постановка проблемы. Повышение эффективности диагностики и оперативного контроля терапии деменции и сопутствующих нейродегенеративных заболеваний и сосудистых патологий является актуальной проблемой. Тяжесть нарушений тканей головного мозга на клеточно-тканевом уровне и функциональных нарушений, ухудшение нервной проводимости и кровообращения определяют степень выраженности когнитивной дисфункции. Метод вызванных потенциалов позволяет контролировать состояние нервной проводимости и косвенно оценивать такие когнитивные функции, как внимание, память, счёт, логика. Метод спектрофотометрии в красной и ближней инфракрасной областях спектра с возможностью количественной оценки поглощающих и рассеивающих свойств тканей головного мозга позволяет оценивать структурные изменения тканей, нарушения кровоснабжения и потребления кислорода, наличие и выраженность сосудистых патологий.

Цель работы – разработка экспериментального стенда для синхронной регистрации и анализа сигналов электроэнцефалограммы и спектрофотометрии при выполнении когнитивных тестов с фотостимуляцией.

Результаты. Методика тестирования основана на мысленном выделении и подсчёте целевого стимула из потока случайных стимулов. Сигналы электроэнцефалограммы регистрировались в теменной области. Для анализа вызванных стимуляцией когнитивных длинно-латентных потенциалов использовался метод когерентного усреднения. По спектрофотометрическим сигналам, регистрируемым в области префронтальной коры, проводилась оценка нейроваскулярного взаимодействия, локальных изменений церебральной гемодинамики и потребления кислорода при стимуляции, а также оценка медленных колебаний и механизмов регуляции кровотока.

Практическая значимость. Результаты пробного эксперимента подтверждают эффективность предложенного подхода, позволяют скорректировать технические решения и методику тестирования для проведения дальнейших исследований на контрольных испытуемых и группах пациентов с деменцией.

Сафонова Л.П., Дмитриев А.Н., Ширяева В.С., Кулешов Д.Ю. Контроль когнитивных функций методами спектрофотометрии
и вызванных потенциалов // Биомедицинская радиоэлектроника. 2022. T. 25. № 6. С. 5-17. DOI: https://doi.org/10.18127/ j15604136-202206-01

1. Yeung M.K., Chan A.S. A systematic review of the application of functional near-Infrared spectroscopy to the study of cerebral hemodynamics in healthy aging // Neuropsychology. 2021. V. 31. P. 139–166. https://doi.org/10.1007/s11065-020-09455-3
2. Добрынина Л.А. Нейроваскулярное взаимодействие и церебральная перфузия при старении, церебральной микроангиопатии и болезни Альцгеймера // Анналы клинической и экспериментальной неврологии. 2018. № 12. С. 87–94. DOI:10.25692/ACEN.2018.5.11
3. Agbangla N.F., Audiffren M., Albinet C.T. Use of near-infrared spectroscopy in the investigation of brain activation during cognitive aging: A systematic review of an emerging area of research // Ageing Research Reviews. 2017. V. 38. P. 52–66. http://dx.doi.org/10.1016/j.arr.2017.07.003
4. Mijajlović M.D., Pavlović A., Brainin M., Heiss W.-D., Quinn T.J., Ihle-Hansen H.B., Hermann D.M., Assayag E.B., Richard E., Thiel A., Kliper E., Shin Y.-I., Kim Y.-H., Choi S.H., Jung S., Lee Y.-B., Sinanović O., Levine D.A., Schlesinger I., Mead G., Milošević V., Leys D., Hagberg G., Ursin M.H., Teuschl Y., Prokopenko S., Mozheyko E., Bezdenezhnykh A., Matz K., Aleksić V., Muresanu D.F., Korczyn A.D., Bornstein N.M. Post-stroke dementia – a comprehensive review // BMC Med. V. 15. № 11. P. 1–12. https://doi.org/10.1186/s12916-017-0779-7
5. Kisler K., Nelson A.R., Montagne A., Zlokovic B.V. Cerebral blood flow regulation and neurovascular dysfunction in Alzheimer's disease // Nat. Rev. Neurosci. 2017. V. 18. № 7. P. 419–434. doi:10.1038/nrn.2017.48
6. Greenberg S.M., Bacskai B.J., Hernandez-Guillamon M., Pruzin J., Sperling R., van Veluw S.J. Cerebral amyloid angiopathy and Alzheimer disease – one peptide, two pathways // Nature Reviews Neurology. 2020. V. 16. №. 1. P. 30–42.
7. Li R., Rui G., Chen W., Li S., Schulz P.E., Zhang Y. Early detection of Alzheimer’s disease using non-invasive near-infrared spectroscopy // Frontiers in aging neuroscience. 2018. V.10. P. 366-1-11. DOI=10.3389/fnagi.2018.00366
8. Yu X., Ji C., Shao A. Neurovascular unit dysfunction and neurodegenerative disorders // Frontiers in neuroscience. 2020. V. 14.
   P. 334-1- 8. https://doi.org/10.3389/fnins.2020.00334
9. Cicalesea P.A., Lia R., Ahmadia M.B., Wangb C., Francisa J.T., Selvarajc S., Schulzc P.E., Zhanga Y. An EEG-fNIRS hybridization technique in the four-class classification of Alzheimer’s disease // J. Neurosci. Methods. 2020. V. 336. P. 108618-1-23. doi:10.1016/j.jneumeth.2020.108618
10. Li R., Nguyen T., Potter T., Zhang Y. Dynamic cortical connectivity alterations associated with Alzheimer's disease: An EEG and fNIRS integration study // NeuroImage: Clinical. 2019. V. 21. P. 101622-1-11.
11. [Электронный ресурс] Боголепова А.Н., Васенина Е.Е., Гомзякова Н.А., Гусев Е.И., Дудченко Н.Г., Емелин А.Ю., Залуцкая Н.М., Исаев Р.И., Котовская Ю.В., Левин О.С., Литвиненко И.В., Лобзин В.Ю., Мартынов М.Ю., Мхитарян Э.А., Незнанов Н.Г., Пальчикова Е.И., Ткачева О.Н., Чердак М.А., Чимагомедова А.Ш., Яхно Н.Н. Клинические рекомендации «Когнитивные расстройства у пациентов пожилого и старческого возраста» // Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2021. Т. 121. № 10‑3. С. 6–137. Режим доступа https://www.mediasphera.ru/issues/zhurnal-nevrologii-i-psikhiatrii-im-s-s-korsakova/2021/10-3/1199772982021103006 DOI: 10.17116/jnevro20211211036 (Дата обращения 15.06.2022).
12. Obrig H. Review NIRS in clinical neurology — a ‘promising’ tool? // NeuroImage. 2014. V. 85. P. 535–546. http://dx.doi.org/10.1016/j.neuroimage.2013.03.045
13. Polak T., Herrmann M.J., Muller L.D., Zeller J.B.M., Katzorke A., Fischer M., Spielmann F., Weinmann E., Hommers L., Lauer M., Fallgatter A.J., Deckert J. Near-infrared spectroscopy (NIRS) and vagus somatosensory evoked potentials (VSEP) in the early diagnosis of Alzheimer’s disease: rationale, design, methods, and first baseline data of the Vogel study // Journal of Neural Transmission. 2017. V. 124. № 11. P. 1473–1488.
14. Щукин И.А., Лебедева А.В., Солдатов М.А., Фидлер М.С. Клиническая и инструментальная оценка терапии сосудистых когнитивных расстройств // Журнал неврологии и психиатрии. 2018. № 7. С. 25–29. https://doi.org/10.17116/ jnevro20181187125
15. Кропотов Ю.Д. Количественная ЭЭГ, когнитивные вызванные потенциалы мозга человека и нейротерапия: Пер. с англ. под ред. В.А. Пономарева. Донецк: Издатель Заславский А.Ю. 2010. 512 с.
16. Гнездицкий В.В. Вызванные потенциалы мозга в клинической практике. М.: МЕДпресс-ин. 2003. 264 с.
17. Yilmaz F.T., Özkaynak S.S., Barçin E. Contribution of auditory P300 test to the diagnosis of mild cognitive impairment in Parkinson’s disease // Neurol. Sci. 2017. V. 38. P. 2103–2109. https://doi.org/10.1007/s10072-017-3106-3
18. Оптическая биомедицинская диагностика. В 2-х т. Т. 1: Пер. с англ. под ред. В.В. Тучина. М.: Наука. 2007. 560 с.
19. Wolf M., Morren G., Haensse D., Karen T., Wolf U., Fauchre J.C., Bucher H.U. Near infrared spectroscopy to study the brain: an overview // Opto-electronics review. 2008. V. 16. № 4. P. 413–419. DOI: 10.278/s11772-008-0042-z
20. Yoo S.-H., Woo S.-W., Shin M.-J., Yoon J.A., Shin Y.-I., Hong K.-S. Diagnosis of mild cognitive impairment using cognitive tasks: A functional near-infrared spectroscopy study // Current Alzheimer Research. 2020. V. 17. №. 13. P. 1145–1160. DOI: 10.2174/ 1567205018666210212154941
21. Althobaiti M., Al-Naib I. Recent developments in instrumentation of functional near-infrared spectroscopy systems // Applied Sciences. 2020. V. 10. № 18. P. 6522-1-25. https://doi.org/10.3390/app10186522
22. Scholkmann F., Kleiser S., Metz A.J., Zimmermann R., Pavia J.M., Wolf U., Wolf M. A review on continuous wave functional near-infrared spectroscopy and imaging instrumentation and methodology // NeuroImage. 2014. V. 85. Part 1. № 15. P. 6–27. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2013.05.004
23. Chiarelli A.M., Zappasodi F., Di Pompeo F., Merla A. Simultaneous functional near-infrared spectroscopy and electroencephalography for monitoring of human brain activity and oxygenation: a review // Neurophotonics. 2017. V. 4. № 4. P. 041411-1-18.