Влияние острой гипоксии на ориентацию зрительно-пространственного внимания: исследование и выводы

Введение

Нейробиологическая и физиологическая литература предоставляет доказательства того, что гипоксия влияет на когнитивные и физиологические процессы мозга, в зависимости от тяжести, продолжительности воздействия и индивидуальной восприимчивости. Например, острое воздействие связанной с высокогорьем гипобарической гипоксии может вызывать неврологические изменения различных типов, такие как церебральная гипоксия, которая ассоциируется с когнитивной усталостью и снижением когнитивной производительности.

Влияние гипоксии на мозг

Оки и др. обнаружили, что 10 минут упражнений средней интенсивности в гипоксических условиях негативно влияют на исполнительные функции и нейронную активность в левой дорсолатеральной префронтальной коре. Экологическая гипоксия изменяет метаболизм задней поясной коры во время задач на память и может даже нарушать функцию рецептора серотонина 1А, участвующего в познании и памяти. Хроническое воздействие нормобарической гипоксии повышает уровень тестостерона и соотношение тестостерон/кортизол у велосипедистов.

Методологические сложности

Однако большие методологические различия между исследованиями, включая разницу в высоте, продолжительности гипоксического воздействия (а именно, острая, краткосрочная, долгосрочная или хроническая гипоксия), различные методы получения острой гипоксии (нормобарическая или гипобарическая), вариабельность субъектов, используемая задача и различные рассматриваемые компоненты потенциалов, связанных с событием (ERP), делают выводы о deleterious effects гипоксии на нейронные процессы, лежащие в основе познания и пространственного внимания, довольно проблематичными.

Методы исследования

Наше исследование было направлено на изучение эффектов гипоксии на обработку зрительно-пространственного внимания во время подготовки к одиночному/двойному моторному ответу. ERP записывались в двух сессиях, в которых участники дышали либо окружающим воздухом, либо обедненной кислородом воздушной смесью.

Участники и задачи

Десять здоровых добровольцев (4 женщины и 6 мужчин) в возрасте от 19 до 27 лет приняли участие в исследовании. Участники выполняли четыре задачи ориентации внимания и/или предупреждения по сигналу-мишени. Во время каждой сессии участники выполняли четыре задачи ориентации внимания и/или предупреждения по сигналу-мишени.

Электрофизиологическая запись и анализ

ЭЭГ записывалась с помощью электродов, размещенных на коже головы по системе 5% для записей ЭЭГ/ERP с высоким пространственным разрешением. Оффлайн проводилась автоматическая rejection электрических артефактов перед усреднением ЭЭГ, чтобы отбраковать эпохи, в которых происходили движения глаз, моргания или чрезмерные мышечные потенциалы тела.

Результаты

Повторяя классические findings модуляции валидной зрительно-пространственной ориентации внимания, ERP на пред-целевые сигналы вызывали как negativity направления внимания кпереди (ADAN)/CNV, так и positivity направления внимания кзади (LDAP)/TP, которые в окружающем воздухе были больше для ориентации внимания, чем для предупреждения.

Влияние гипоксии на амплитуду потенциалов

Гипоксия увеличила амплитуду обоих этих потенциалов в условиях пространственной ориентации для верхнего зрительного полуполя, в то время как для нижнего полуполя она увеличила ADAN/CNV, но уменьшила LDAP/TP для тех же условий внимания. Этим изменениям ERP соответствовала компенсаторная усиленная активация правой передней поясной коры, левой верхней теменной дольки и лобной извилины, а также detrimental effects гипоксии на поведенческую overt производительность.

Топографическое картирование

Топографические карты напряжений показали, что топографическое распределение ADAN/CNV в основном было ограничено передними префронтополярными, префронтальными и лобными областями кожи головы, а также верхними теменными областями кожи головы. Важно, что этот медленный отрицательный потенциал, по-видимому, меняется в ответ на дыхательное состояние и режимы внимания/задачи, показывая довольно сложную картину.

Обсуждение

Основной целью исследования было изучить влияние дефицита кислорода на cue-зависимое смещение зрительного внимания в пространстве, отражаемое в интервале времени между сигналом и мишенью ориентационными отклонениями ERP, а именно передним ADAN/CNV и теменно-затылочным LDAP/TP, контралатеральными направлению смещения внимания.

Функциональная сегрегация

Наши данные позволяют предположить, что, независимо от дыхательного состояния и местоположения, связанного с мишенью, эти функциональные подразделения, по-видимому, тесно связаны с нейроанатомической сегрегацией. Действительно, несмотря на известное плохое пространственное разрешение ERP, на сайтах электродов FC3/4 и F3/4, которые much closer к моторным и премоторным областям мозга, не было никаких различий в активации между режимами/задачами подсказки, что strongly suggests возникновение неспецифической моторной активации и подготовки до цели.

Влияние гипоксии

В целом, гипоксия вызвала большее фронтальное медленное отрицательное смещение для фазового (т.е. CC), но не для тонического (т.е. NC) предупреждения, помимо ориентации внимания на основе задачи двойного выбора, но не для задачи одиночного выбора. Эти результаты позволяют предположить, что, по крайней мере, при несмертельных уровнях гипоксии, при которых добровольцы подвергались воздействию в нашем исследовании (т.е. 12,5% насыщения кислородом), этот дефицит кислорода не alter механизмы управления смещением внимания мозга, связанные с cue, и priming областей зрительной коры.

Заключение

Настоящие результаты предоставили clear evidence того, что острая нормобарическая гипоксия оказывает выраженные detrimental effects как на overt моторную производительность, так и на электрофизиологические активации, лежащие в основе смещения внимания в зрительном пространстве, что отражается компонентами ADAN и LDAP, записанными с кожи головы. Эти эффекты характеризуются inverted trend в передних и задних областях кожи головы.

Впервые, насколько нам известно, эти обратные изменения паттернов активации во время между cue и мишенью происходят в большей степени при гипоксии, чем на воздухе, и острая нормобарическая гипоксия изменяет ориентацию зрительно-пространственного внимания, смещающегося в пространстве.