Новикова К.Оx - Сибирский федеральный университет

УДК 159.9
КОНТРАСТНО-ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗРИТЕЛЬНОГО
ВОСПРИЯТИЯ В НОРМЕ И ПРИШИЗОФРЕНИИ.
Новикова К.О.,
Научный руководитель канд. биол. наук, доц. Шошина И.И.
Сибирский федеральный университет
Шизофрения – одно из самых распространенных психических расстройств,
сопровождающееся характерными нарушениями сенсорно-когнитивной сферы.
Неоднократно показано, что нарушения восприятия и интегративных процессов у больных
шизофренией связаны с изменением восприятия пространственно-временных
характеристик зрительных стимулов (Butler et al., 2007; 2008; Kim et al., 2006), обработка
которых осуществляется множеством относительно "узких" каналов – нейронных
комплексов, настроенных на восприятие разных пространственных частот. Основные из
них - это крупноклеточные магноцеллюлярные и мелкоклеточные парвоцеллюлярные
каналы, берущие начало в сетчатке с проекциями через латеральное коленчатое тело
таламуса к различным слоям зрительной коры (Shapley, 1996).
Крупноклеточные магноцеллюлярные и мелкоклеточные парвоцеллюлярные каналы,
берущие начало в сетчатке с проекциями через латеральное коленчатое тело таламуса к
различным слоям зрительной коры, являются основными каналами, обеспечивающими
первичную фильтрацию зрительной информации, которую далее разным способом
используют нейроны дорзального и вентрального пути. Нейроны магно-системы более
чувствительны к низким пространственным частотам и высоким временным частотам,
активно отвечают при низких уровнях контраста, обеспечивая быстрое проведение
информации к нейронам преимущественно дорзального пути (передача информации из
зрительной коры через теменную кору). Нейроны парво-системы более чувствительны к
высоким пространственным частотам и низким временным частотам, обеспечивая
«медленное» проведение информации преимущественно к нейронам вентрального пути,
пролегающего через нижевисочную зону коры(передача информации из зрительной коры
через височную кору). Нейроны парво-пути активируются при достижении контраста
порядка 10 %. Изучение функционального состояния этих каналов при шизофрении важно
для понимания причин дисфункции сенсорно-перцептивных процессов при шизофрении.
Предполагается, что рассогласование в работе этих двух систем является причиной
когнитивных нарушений, характерных для больных шизофренией.
Оценку свойств и функционального состояния магноцеллюлярных и
парвоцеллюлярных каналов выполняют чаще всего используя метод регистрации
контрастной чувствительности. В настоящее время существуют противоречивые данные и
визуальном контрастном обнаружении при шизофрении. Подавляющее большинство
исследований свидетельствует о дисфункции у больных шизофренией магноцеллюлярных
каналов с сохранением функций парвоцеллюлярных каналов. В то же время имеют место
отдельные свидетельства о дисфункции при шизофрении парвоцеллюлярной системы
(Chen Y.,Palafox G.P., Nakayama K. Motion perception in schizophrenia. Arch. Gen. Psychiatry.
1999. V.56. Р. 149.) или же обеих систем (Kantrowitz J.T., Butler P.D., Schecter I. et al. Seeing
the World Dimly: The Impact of Early Visual Deficits on Visual Experience in Schizophrenia.
Schizophrenia Bulletin. 2009. V. 35. I. 6. Р. 1085. ). Данные морфологических исследований
не подтверждают сокращение числа магноцеллюлярных нейронов в латеральном
коленчатом теле пациентов, страдающих шизофренией. В тоже время зафиксировано
заметное сокращение числа нейронов (25%) стриарной коры у пациентов, страдающих
шизофренией, при этом неясно как эти морфологические изменения отражаются на
функциональном состоянии магно- и парвоцеллюлярных каналов.
Цель настоящего исследования оценить функциональное состояние высших отделов
магноцеллюлярных и парвоцеллюлярных зрительных каналов у пациентов с первым
эпизодом шизофрении и хронически больных шизофренией в условиях задачи уравнивания
контраста надпороговых решеток Габора разной пространственной частоты
МЕТОДИКА
С помощью компьютерной визоконтрастометрии (Шелепин и др., 1985) определяли
пространственно-частотную характеристику зрительной системы в задаче уравнивания
контраста двух решеток Габора (рис. 1). Сравниваемые решетки имели одинаковую
пространственную частоту.
Рис. 1. Примеры пар решеток Габора с разной пространственной частотой.
А – пример пары решеток с высокой пространственной частотой, Б – средней
пространственной частотой, В – с низкой пространственной частотой.
На экран монитора 17´ Samsung Samtron 76Е (яркость - 80-cd/m2, разрешение - 640/480
пикселей, кадровая частота – 85 Гц) после гамма –коррекции выводили по два изображения
решеток Габора с пространственной частотой 0,4; 3,6 и 18,2 цикл/град на сером фоне в двух
окнах 317×317 мм, расстояние окнами – 10 мм. Пространственная частота каждой пары
сравниваемых изображений решеток Габора была одинаковой. Решетка, расположенная
справа, всегда была референтной (с ней осуществляли сравнивнение), вторая решетка,
расположенная на экране слева, была тестовой. Контраст референтной решетки был
постоянным и составлял 0,5. Контраст тестовой решетки был разным в диапазоне от 0 до 1.
Задача испытуемого состояла в том, чтобы уравнять контраст тестовой решетки с
контрастом референтной рефетки. Количество предъявлений элементов Габора каждой
частоты равнялось 8. Расстояние от испытуемого до монитора составляло 4 м. Измерения
проводили в затемненном помещении, где источником освещения был только экран
монитора. Перед началом исследований с целью коррекции геометрических искажений
всегда выполняли калибровку монитора, возможности которой заложены в компьютерной
программе.
Наблюдение осуществляли бинокулярно. Для фиксации положения головы
испытуемого использовали стандартную лобно-подбородную подставку, называемую в
офтальмологической литературе «лицевой установкой». Острота зрения всех испытуемых
была нормальной или скорректированной до нормы. Условия проведения исследований
соответствовали Хельсинкской декларации всемирной медицинской ассоциации.
В исследованиях участвовали: 20 психически здоровых испытуемых женского пола и
43 пациента (все женщины) психоневрологического диспансера г. Красноярска,
находящиеся на лечении в стационаре, с диагнозом параноидная шизофрения (F20.0 по
классификации МКБ–10). Все испытуемые правши. Средний возраст группы контроля –
психически здоровых испытуемых составил 34,9±13,4 лет, больных шизофренией вцелом –
36,6±10,7 лет. Пациенты, страдающие шизофренией, были разделены на две группы: с
первым эпизодом шизофрении (первым психотическим эпизодом) и хронически больных.
Средний возраст пациентов с первым психотичесим эпизодом составил – 27,8±9,9 лет,
длительно болеющих – 38,5±10,4 лет. Средняя продолжительность болезни в первой группе
– 0,6±0,6 лет, во второй группе – 13,2±7,1 лет. В группу хронически больных шизофренией,
вошли 24 пациента с длительностью заболевания более 3-х лет, находящиеся в стабильном
состоянии, готовящиеся к выписке.
Статистическую обработку данных осуществляли с помощью MANOVA и критерия
Манна-Уитни пакета статистических программ SPSS-11.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В условиях сравнения решеток, содержащих спектр низких пространственных частот,
средняя абсолютная разность контрастов в группе контроля составила 0,083±0,071, по всей
группе пациентов, страдающих шизофренией, – 0,102±0,093. При сравнении решеток,
содержащих средние пространственные частоты, абсолютные разности контрастов
составили: в группе контроля – 0,049±0,039, у пациентов – 0,072±0,059. Средняя
абсолютная разность контрастов при сравнении решеток, содержащих высокие
пространственные частоты, в группе контроля составила – 0,099±0,066, у лиц, страдающих
шизофренией – 0,157±0,126. Многомерные тесты многомерного дисперсионного анализа
свидетельствуют о статистически значимом влиянии фактора группа на абсолютные
значения разностей контрастов. Значение критерия Лямбда Вилкса (Wilks' Lambda)
указывает на то, что кривые в обеих группах различаются между собой по всем трем
частотам (р<0,0001). Результаты одномерных тестов свидетельствуют о том, что влияние
фактора группы проявляется статистически достоверно в отношении всех трех
пространственных частот: для низких частот р<0,013, для средних и высоких
пространственных частот – р<0,0001.
Таким образом, в целом для больных шизофренией характерно снижение, по
сравнению с психически здоровым контролем, контрастной чувствительности во всех
диапазонах тестируемых пространственных частот, что позволяет говорить о нарушении
при шизофрении функций, как магноцеллюлярной, так и парвоцеллюлярной систем.
Снижение контрастной чувствительности в диапазоне средних пространственных частот,
восприятие которых обеспечивают и магно-, и парвоцеллюлярные каналы, рассматривается
как свидетельство повышения при шизофрении уровня внутреннего шума в результате
рассогласования работы магно- и парвосистем.
Рассматривая полученные данные с точки зрения клинической картины, пациенты,
страдающие шизофренией, были поделены на две группы: с первым психотическим
эпизодом и хронически больных. Известно, что пациенты с первым психотическим
эпизодом, характеризуются преобладанием позитивной симптоматики (бред,
галлюцинации), тогда как хронически больные – преобладанием негативной симптоматики
(эмоционально-волевые нарушения).
Лица с первым психотическим эпизодом в условиях сравнения решеток, содержащих
спектр низких пространственных частот, демонстрировали среднюю абсолютную разность
контрастов – 0,781±0,74. При сравнении решеток, содержащих средние пространственные
частоты, средняя абсолютная разность контрастов составила 0,662±0,527, решеток с
высокой пространственной частотой – 0,411±0,100.
Пациенты, страдающие шизофренией продолжительное время (от 3-х лет), –
хронически больные демонстрировали следующие средние значения абсолютной разности
контрастов: при сравнении решеток, содержащих спектр низких пространственных частот,
– 0,124±0,105; со спектром средних пространственных частот – 0,080±0,067 и при
сравнении решеток со спектром высоких пространственных частот – 0,174±0,145. Значение
критерия Лямбда Вилкса, который показывает, различаются ли кривые в трех группах
между собой по всем трем частотам, составило р<0,0001. Применение одномерных
критериев показывают, что по каждой частоте есть различия между тремя группами
(р<0,0001). Между какими именно группами наблюдаются различия установлено с
помощью непараметрического критерия Манна-Уитни. Абсолютная разность контрастов
сравниваемых решеток в паре психически здоровый контроль/пациенты с первым эпизодом
шизофрении достоверно отличалась в диапазоне средних и высоких пространственных
частот (р<0,0001). В паре психически здоровый контроль/хронически больные
шизофренией показатели абсолютной разности контрастов отличались во всех диапазонах
пространственных частот (р<0,0001). Между собой группы пациентов отличались только
чувствительность в диапазоне низких пространственных частот (р<0,0001).
Анализ результатов исследований контрастной чувствительности в задаче различения
у психически здоровых и больных шизофренией, позволяет сделать следующие выводы:
В целом для больных шизофренией характерно снижение, по сравнению с психически
здоровым контролем, контрастной чувствительности во всех диапазонах тестируемых
пространственных частот, что свидетельствует о дисфункции и рассогласовании работы
магноцеллюлярной и парвоцеллюлярных систем.
Пациенты с первым эпизодом шизофрении демонстрируют такую же контрастную
чувствительность в диапазоне низких пространственных частот, как в норме, и снижение
чувствительности в диапазоне средних и высоких пространственных частот, то есть
дисфункцию только парвоцеллюлярной системы. В тоже время хронически больные
демонстрировали снижении контрастной чувствительности во всех диапазонах
тестируемых частот, что свидетельствует о дисфукнции обеих систем.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бардин К.В. Проблема порогов чувствительности и психофизические методы. М.: Наука.
1976. 395 с.
2. Гурович И.Я., Шмуклер А.Б., Зайцева Ю.С. Динамика нейрокогнитивного
функционирования больных на начальных этапах развития шизофрении и расстройств
шизофренического спектра. Журнал неврологии и психиатрии. 112(8): 7–12. 2012.
3. Шелепин Ю.Е., Колесникова Л.Н., Левкович Ю.И. Визоконтрастометрия. СПБ.: Наука,
1985. 105 с.
4. Шошина И.И., Шелепин Ю.Е., Конкина С.А. Пронин С.В., Бендера А.П. Исследование
парвоцеллюлярных и магноцеллюлярных зрительных каналов в норме и при
психопатологии. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 98(5): 657–664.
2012.
5. Butler P.D., Silverstein S.M., Dakin S.C. Visual perception and its impairment in
schizophrenia. Biol. Psychiatry. 64: 40–47. 2008.
6. Chen Y., Palafox G.P., Nakayama K. Motion perception in schizophrenia. Arch. Gen.
Psychiatry. 56: 149–154. 1999.
7. Chen Y., Levy D., Sheremata S. Effects of Typical, Atypical, and No Antipsychotic Drugs on
Visual Contrast Detection in Schizophrenia. Am. J. Psychiatry. 160: 1795–1801. 2003.
8. Doniger G.M., Foxe J.J., Murray M.M, Higgins B.A., Javitt D.C. Impaired visual object
recognition and dorsal/ventral stream interaction in schizophrenia. Arch. Gen. Psychiatry. 59:
1011–1020. 2002.
9. Djamgoz M.B., Hankins M.W., Hirano J., Archer S.N. Neurobiology of retinal dopamine in
relation to degenerative states of the tissue. Vision Res. 37: 3509–3529. 1997.
10. Harris J.P., Calvert J.E., Leendertz J.A., Phillipson O.T. The influence of dopamine on spatial
vision. Eye. 4(6): 806–812. 1990.
11. Kantrowitz J.T., Butler P.D., Schecter I., Silipo G., Javitt D. Seeing the World Dimly: The
Impact of Early Visual Deficits on Visual Experience in Schizophrenia. Schizophrenia Bulletin.
35(6): 1085–1094. 2009.
12.
Kaplan E. The primate retina contains two types of ganglion cells, with high and low
contrast sensitivity. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 83: 2755–2757. 1986.
13. Keri S., Benedek G. Visual contrast sensitivity alterations in inferred magnocellular
pathways and anomalous perceptual experiences in people at high risk for psychosis. Visual
Neuroscience. 24: 183–189. 2007.
14. Kim D., Wylie G., Pasternak R., Butler P.D. Magnocellular contributions to impaired motion
processing in schizophrenia // Schizophr. Res. 82: 1–8. 2006.
15.
Kiss I., Fabian A., Benedek G., Keri S. When Doors of Perception Open: Visual Contrast
Sensitivity in Never-Medicated, First-Episode Schizophrenia. Journal of Abnormal Psychology.
119 (3): 586–593. 2010.
16. Merigan W.H., Maunsell J.H.R. How parallel are the primate visual pathways? Ann Rev.
Neuroscience. 16: 369–402. 1993.
17. O’Donnell B., Potts G., Nestor P., Stylianopoulos K. Spatial Frequency Discrimination in
Schizophrenia. J. Abnorm. Psychol. 111(4): 620–625. 2002.
18. Shapley R. Parallel cortical channels, in Application of Parallel Processing in Vision, edited
by Brannan JR. Amsterdam, North-Holland. 1992. Р. 3–62.
19. Shrivastava A., Johnston M. Cognitive neurosciences: A new paradigm in management and
outcome of schizophrenia. Ind. J. Psyhiatry. 52(2): 100– 105. 2010.