COGNITIVE EVENT-RELATED POTENTIALS P300 IN SCHOOLCHILDREN AGED 7-17 YEARS

Abstract


Gender is presumed to be one of the factors causing morphofunctional variability in the human brain. The previously published findings are inconsistent with respect to gender differences in cognitive ERPs. The aim of this study was to characterize the role of gender in visual cognitive event -related potentials (ERPs) P300 in schoolchildren 7-17 years. Methods. We examined 521 children (234 boys and 287 girls). Our subjects had no ophthalmological or neurological disease. Informed parents' consent was obtained from each subject after the test procedure had been explained to him or her. All children were divided into groups according to their biological age and gender. Binocular ERPs were recorded during an oddball test using 21-channel electroencephalograph "Neuron-Spectrum" (Russia). Amplitude and latence of P2, N2, P2-N2, P3, N2-P3 were evaluated. Recordings were acquired from the occipital (O1 and O2) derivations. Results. The P2 and N2 latency increase was observed in 7-year-old girls in the right hemisphere, p = 0.021 and p = 0.029, respectively. The predominance of P2 latency in 13-year-old boys was found, the differences were statistically significant in the left hemisphere, p = 0.038. Higher P300 latencies in 8-year-old girls were observed in the left and right hemispheres, p = 0.05 and p = 0.027, respectively. There were no statistically significant gender differences of P300 amplitude. Analysis showed that N2-P3 amplitude was higher in 7-years-old boys than girls in both hemispheres, р = 0,006 и р = 0,009, respectively, and in 13-years-old boys in the left hemispheres, р = 0,026. It should be noted that the 14-17 years-old age period was characterized by the absence of gender differences in P2, P3 latency, and N2-P3 amplitude. Conclusion. The results of our study show sex differences among almost all components of cognitive event-related potentials (with the exception of the amplitude of the interval P2-N2 and the amplitude of the component P300) in children 7-17 years. The obtained data emphasize the importance of taking into account gender in the study of cognitive function in children 7-17 years.

Full Text

Пол считается одним из факторов, влияющих на межиндивидуальную изменчивость нейрофизиологических параметров головного мозга [3-5]. Во многих исследованиях биоэлектрической активности головного мозга представлены данные, полученные у взрослых и подростков, достигших периода полового созревания. Несмотря на то, что ряд авторов указывают на наличие половых различий [2, 3, 6], некоторые ученые придерживаются мнения об отсутствии таковых до начала пубертата у мальчиков и девочек [7, 8]. Исследования, посвященные влиянию пола на параметры когнитивных вызванных потенциалов (КВП), также имеют противоречивые данные. По данным В. В. Гнездицкого и соавт. [1], пол оказывает небольшое влияние на амплитуду Р300 и не оказывает влияния на латентность Р300. П. И. Козлова, Ю. С. Джос, обследуя здоровых подростков от 13 до 18 лет, выявили преобладание латентности компонента Р2 зрительных КВП у юношей 13-18 лет, более высокие значения амплитуд компонентов Р2, N2, Р300 у девушек 13-18 лет [4]. J. Yuan и соавт. отмечают статистически значимую разницу между мужчинами и женщинами при исследовании КВП: у женщин выявлены более короткие показатели латентности и более высокие показатели амплитуды компонентов P2, N2, Р3 на значимые стимулы [13]. L. D. Hoffman, J. Polich отмечают более высокую амплитуду и более короткую латентность у женщин по сравнению с мужчинами [9]. Однако S. C. Steffensen с соавт. обнаружили только меньшую амплитуду Р300 у мужчин [12]. R. B. Sangal и J. M. Sangal установили отсутствие половых различий амплитуды и латентности Р300 у детей [11]. J. Langrova с соавт., обследуя здоровых испытуемых от 25 до 29 лет, указывают на отсутствие гендерных различий в КВП на редкий стимул (Р300) [10]. Таким образом, вопрос влияния пола на КВП остается дис-кутабельным. В литературе недостаточно сведений о влиянии половых различий на КВП у детей. Целью настоящего исследования является выявление особенностей когнитивных зрительных вызванных потенциалов Р300 у школьников 7-17 лет в зависимости от пола. Методы Нами проведено поперечное (одномоментное) исследование. Критерии включения: рождение и проживание обследованных лиц в условиях Европейского Севера России, г. Архангельске; возраст участников групп от 7 до 17 лет; праворукость; единая национальность - русские; наличие информированного согласия родителя и ребенка на участие в исследовании. Критерии исключения: наличие в анамнезе травм головного мозга, эмоциональных и поведенческих расстройств, неврологических, офтальмологических заболеваний, а также общесоматических заболеваний в стадии декомпенсации, леворукость, отказ от исследования. Изучены данные анамнеза детей по форме № 112 «Индивидуальная карта развития ребенка», проведено анкетирование родителей. Для оценки уровня тревож ности использовали методику «Многомерная оценка детской тревожности» Е. Е. Ромицыной. Стадии полового созревания оценивали по методике Таннера в модификации Д. В. Колесова и Н. Б. Сельверовой. Проведено исследование КВП среди 521 школьника (из них 234 мальчика и 287 девочек). Все дети были поделены на группы по возрасту и полу: 7 лет (20 мальчиков и 25 девочек), 8 лет (27 мальчиков и 26 девочек), 9 лет (24 мальчика и 28 девочек), 10 лет (18 мальчиков и 25 девочек), 11 лет (31 мальчик и 31 девочка), 12 лет (16 мальчиков и 26 девочек), 13 лет (24 мальчика и 23 девочки), 14 лет (18 мальчиков и 19 девочек), 15 лет (20 мальчиков и 31 девочка), 16 лет (21 мальчик и 27 девочек), 17 лет (14 мальчиков и 26 девочек). Исследование проводилось в первой половине дня в состоянии спокойного бодрствования. Регистрацию КВП проводили на 21-канальном электроэнцефалографе «Нейрон-Спектр-4/ВПМ» (Россия). Электроды располагались на поверхности головы согласно Международной системе размещения электродов «10-20». Референтные электроды располагались на мочках ушей. Применяли зрительную стимуляцию по методике “Odd-ball paradigm”, когда в случайной последовательности подаются серии двух стимулов, среди которых есть «незначимые» (частые) и «значимые» (редкие). Зрительные стимулы предъявляли в виде картинок. Соотношение количества незначимых стимулов к значимым 70/30. Эпоха анализа составляла 750 мс. Клиническое значение имели ответы на значимые стимулы. Исследовали амплитуду и латентность когнитивных зрительных вызванных потенциалов (P2, N2, P2-N2, P3, N2-P3) в двух отведениях О1А1 и О2А2, (рис. 1, 2). 5 мкВ/деп. - N3 РЗ 75 мс/дєл. Рис. 1. Латентности пиков Р1, N1, P2, N2, P3, N3 ВП Р300 Примечание: 1 - латентность пика Р1, 2 - латентность пика N1, 3 - латентность пика Р2, 4 - латентность пика N2, 5 - латентность пика Р3, 6 - латентность пика N3. РЗ 75 мс/дел. Рис. 2. Межпиковые интервалы и амплитуды пиков Р2, N2, P3 вызванных потенциалов Р300 Примечание: 1 - межпиковый интервал N2-P3; 2 - межпиковый интервал N2-N3; 3 - межпиковый интервал Р3-Ш; 4 - амплитуда пика Р2; 5 - амплитуда пика N2; 6 - амплитуда пика Р3. 44 Экология человека 2018.07 Медицинская экология Комплекс Р1, N1, P2, или волна V отражают процесс восприятия, а соответственно более поздняя волна N2, P3, N3 - это комплекс, ответственный за опознавание, дифференцировку, запоминание и принятие решения. Пик N2 определяет правильность опознания (извлечение из памяти), Р300 - принятие решения (счет), амплитуда N2-Р3 отвечает за объем оперативной памяти [6]. Результаты исследования анализировались с помощью статистического пакета программ SPSS 21.0 for Windows. Для оценки нормальности распределения признака использовался критерий Шапиро - Уилка. Критический уровень значимости принимался равным 0,05, р = 0,05. Количественные данные, не подчиняющиеся закону нормального распределения, представлены в виде медианы (25-й; 75-й процентили) Ме (Q1; Q3). Для выявления статистически значимых различий между несвязанными группами при неподчинении признака закону нормального распределения использовался критерий Манна - Уитни. Результаты При анализе латентности компонента Р2 у девочек 7 лет при сравнении с мальчиками обнаружены более Таблица 1 Распределение уровня латентности компонента Р2 по полу Воз раст/ Пол Латентность, мс О1 О2 Маль чики Девочки р-уровень Маль чики Девочки р-уровень 7 лет 126,0 (84,0; 147,3) 139,0 (126,0; 160,0) 0,073 126,5 (77,8; 141,5) 141,0 (125,0; 162,0) 0,021 8 лет 129,0 (106,0; 144,0) 125,5 (114,8; 142,3) 0,908 126,0 (103,0; 136,0) 125,5 (109,5; 141,5) 0,979 9 лет 135,0 (116,0; 143,5) 136,5 (115,0; 148,8) 0,514 130,0 (116,5; 143,3) 132,0 (115,8; 145,0) 0,941 10 лет 128,5 (110,3; 146,3) 124,0 (114,0; 140,5) 0,980 128,5 (113,5; 145,5) 124,0 (111,5; 136,8) 0,629 11 лет 126,0 (106,0; 138,0) 132,0 (121,0; 142,0) 0,149 128,0 (113,0; 143,0) 125,0 (112,0; 140,0) 0,559 12 лет 130,0 (123,5; 146,5) 128,5 (119,0; 134,3) 0,364 128,0 (107,3; 145,5) 120,0 (81,5; 137,5) 0,218 13 лет 141,5 (127,3; 149,8) 136,0 (116,0; 141,0) 0,038 134,0 (118,3; 143,8) 129,0 (113,0; 137,0) 0,237 14 лет 136,5 (122,8; 143,3) 129,0 (103,0; 144,0) 0,443 134,5 (121,8; 145,3) 129,0 (115,0; 142,0) 0,199 15 лет 133,5 (125,3; 141,8) 133,5 (124,8; 142,0) 0,976 133,5 (116,0; 141,5) 125,0 (115,3; 141,0) 0,520 16 лет 136,0 (125,5; 142,0) 132,0 (118,0; 142,0) 0,647 129,0 (119,0; 136,0) 138,0 (122,0; 146,0) 0,109 17 лет 136,5 (122,0; 144,0) 136,0 (115,5; 146,3) 0,967 138,5 (124,5; 143,3) 134,0 (123,8; 142,0) 0,705 Примечание для табл. 1-3. Жирным шрифтом выделены статистически значимые результаты, где р<0,05. высокие значения в правом затылочном отведении (р = 0,021). В возрасте 8-12 лет половые различия сглажены и не достигают значимого уровня как по правому, так и по левому полушариям. Однако у мальчиков 13 лет нами выявлено удлинение латентности в левой затылочной области (р = 0,038). Необходимо отметить, что возрастной период 14-17 лет характеризуется отсутствием половых отличий (табл. 1). При оценке амплитуды компонента Р2 у 10-летних мальчиков по сравнению с девочками наблюдались более высокие показатели. Статически значимые различия характерны для правого полушария (р = 0,012). В возрасте 16 лет, напротив, амплитуда Р2 преобладает у девочек, различия статически значимы в левом полушарии, р = 0,020. При анализе латентности компонента N2 выявлены более высокие значения в правом полушарии у 7-летних девочек по сравнению с мальчиками, р = 0,029, в то время как более высокая амплитуда отмечается у мальчиков 11 лет в правом затылочном отведении (р = 0,037). При оценке латентности интервала P2-N2 зафиксированы более высокие показатели у 13-летних Таблица 2 Распределение показателей латентности Р300 среди мальчиков и девочек от 7 до 17 лет Воз раст/ Пол Латентность, мс Отведение О1А1 Отведение О2А2 Маль чики Девочки р-уровень Маль чики Девочки р-уровень 7 лет 297,0 (265,8; 327,5) 317,0 (295,0; 337,0) 0,153 296,0 (273,3; 327,3) 308,0 (279,5; 329,5) 0,607 8 лет 303,0 (269,0; 312,0) 311,5 (280,0; 339,3) 0,050 288,0 (272,0; 315,0) 314,0 (281,5; 336,8) 0,027 9 лет 315,0 (283,0; 362,5) 313,0 (273,8; 348,3) 0,693 306,0 (273,5; 357,5) 327,0 (270,0; 348,5) 0,640 10 лет 308,0 (292,0; 326,3) 327,0 (294,3; 344,3) 0,258 309,5 (283,5; 340,0) 320,0 (298,3; 352,3) 0,387 11 лет 297,0 (279,0; 321,0) 298,0 (277,0; 316,0) 0,794 301,0 (280,0; 313,0) 292,0 (279,0; 306,0) 0,223 12 лет 308,5 (297,0; 330,3) 306,5 (284,8; 333,3) 0,907 292,0 (277,0; 312,3) 298,5 (285,8; 315,3) 0,371 13 лет 313,0 (283,5; 333,5) 308,0 (285,0; 323,0) 0,450 298,5 (265,5; 321,0) 297,0 (279,0; 324,0) 0,587 14 лет 300,0 (274,3; 326,8) 290,0 (280,0; 302,0) 0,271 300,0 (272,0; 325,5) 289,0 (271,0; 301,0) 0,558 15 лет 285,0 (269,0; 297,5) 296,0 (272,8; 314,3) 0,125 279,0 (267,0; 302,8) 284,0 (266,5; 301,0) 0,804 16 лет 300,0 (280,0; 323,5) 296,0 (283,0; 303,0) 0,232 301,0 (277,5; 327,0) 303,0 (290,0; 311,0) 0,803 17 лет 299,0 (285,5; 322,0) 311,0 (282,8; 332,0) 0,769 293,5 (283,5; 311,0) 303,0 (284,3; 319,5) 0,528 45 Медицинская экология Экология человека 2018.07 Таблица 3 Распределение уровня амплитуды компонента N2-P3 по полу Воз раст/ Пол Амплитуда, мВ Отведение О1А1 Отведение О2А2 Маль чики Девочки р-уровень Маль чики Девочки р-уровень 7 лет 14,4 (10,2; 19,0) 10,2 (4,4; 12,6) 0,006 15,2 (9,2; 19,3) 9,8 (5,3; 13,5) 0,009 8 лет 10,4 (7,0; 14,6) 13,5 (9,4; 18,7) 0,064 10,8 (7,4; 16,2) 11,9 (8,1; 18,0) 0,350 9 лет 15,0 (12,9; 21,5) 15,2 (9,1; 17,5) 0,271 14,5 (9,0; 20,6) 13,1 (8,3; 16,6) 0,295 10 лет 12,3 (7,4; 19,3) 14,2 (11,7; 17,3) 0,620 13,3 (6,1; 21,8) 13,8 (8,5; 18,0) 0,722 11 лет 12,3 (8,4; 19,0) 11,1 (7,7; 17,0) 0.379 11,4 (7,5; 18,5) 12,3 (8,1; 15,6) 0,927 12 лет 12,3 (8,1; 16,1) 11,5 (8,5; 17,3) 0,877 12,8 (7,9; 16,8) 14,1 (9,4; 20,8) 0,437 13 лет 12,0 (8,2; 13,4) 7,8 (2,6; 12,1) 0,026 10,2 (6,1; 14,5) 9,2 (5,1; 12,5) 0,344 14 лет 9,7 (6,9; 15,1) 10,6 (6,3; 13,8) 0,940 10,3 (7,7; 14,0) 11,1 (8,2; 13,8) 0,799 15 лет 9,6 (7,0; 12,2) 10,2 (7,7; 13,3) 0,628 9,2 (7,5; 12,4) 9,1 (7,0; 11,4) 0,520 16 лет 13,1 (9,0; 15,7) 11,3 (8,1; 12,7) 0,117 14,2 (7,8; 16,5) 11,1 (7,9; 13,2) 0,249 1 7 лет 12,1 (8,1; 16,0) 11,3 (8,0; 13,9) 0,424 14,6 (16,8; 17,1) 11,5 (9,6; 13,6) 0,392 девочек по сравнению с мальчиками в правом полушарии, р = 0,026. При анализе амплитуды интервала Р2-N2 по полу не было выявлено статистически значимых различий. При анализе латентности компонента Р300 в обоих полушариях наблюдались более высокие показатели у 8-летних девочек по сравнению с мальчиками (табл. 2). Амплитуды компонента Р300 в обоих отведениях статистически значимо не отличались. Оценка латентности интервала N2-P3 показала отсутствие различий по полу. При анализе амплитуды компонента N2 -P3 было выявлено преобладание показателя у 7-летних мальчиков по сравнению с девочками в обоих полушариях, р = 0,006 и р = 0,009 соответственно. Также более высокие показатели амплитуды интервала N2-P3 отмечались у 13-летних мальчиков по сравнению с девочками (табл. 3). Обсуждение результатов Результаты нашего исследования демонстрируют наличие половых различий практически среди всех компонентов КВП (за исключением амплитуды интервала Р2-N2 и амплитуды компонента Р300). Меньшие значения латентности компонентов Р2 и N2 у мальчиков 7 лет свидетельствуют о лучшем протекании процессов восприятия, дифференцировки стимулов и запоминания. Увеличение амплитуды интервала N2-P3 среди мальчиков 7 лет отражает процессы формирования оперативной памяти и меньшие значения латентности компонента Р300 в возрасте 8 лет и свидетельствует о более быстром процессе принятия решений по сравнению с девочками. В среднем школьном возрасте у мальчиков более интенсивно по сравнению с девочками происходят процессы восприятия и дифференцировки стимулов и извлечения из памяти, что подтверждается увеличением амплитуды пика Р2 в возрасте 10 лет, амплитуды пика N2 в возрасте 11 лет, уменьшением латентности интервала P2-N2, увеличением амплитуды N2-P3 в возрасте 13 лет при сравнении с девочками. Среди школьников старшего возраста нами выявлено увеличение амплитуды пика Р2 в левом полушарии у девочек 16 лет, р = 0,020, что характеризует формирование процессов восприятия. Необходимо отметить, что в возрастном периоде 14-17 лет половые отличия показателей латентности Р2, Р3 и амплитуды N2-P3 отсутствуют. Таким образом, половые различия КВП у детей преимущественно до 14-летнего возраста отражают неравномерный процесс развития головного мозга и когнитивных функций среди мальчиков и девочек младшего и среднего школьного возрастов. Наши результаты демонстрируют половые особенности зрительных когнитивных вызванных потенциалов у детей и подчеркивают важность учета пола при исследовании когнитивной функции у детей 7-17 лет. Благодарности Авторы выражают огромную благодарность администрации и педагогическому коллективу МБОУ СШ № 45 г. Архангельска за возможность проведения исследований. Авторство Калинина Л. П. подготовила первый вариант статьи, участвовала в разработке концепции и дизайна исследования, внесла существенный вклад в получение, анализ и интерпретацию данных; Джос Ю. С. внесла существенный вклад в концепцию и дизайн исследования, получение, анализ и интерпретацию данных, окончательно утвердила присланную в редакцию рукопись; Волокитина Т. В. внесла существенный вклад в интерпретацию и анализ данных

About the authors

L P Kalinina

Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov

SPIN-code: 4332-2040

Yu S Dzhos

Pediatric Center «Okkervil»

Email: josyuliya@gmail.com
SPIN-code: 2067-8388

T V Volokitina

Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov

SPIN-code: 9729-5665

References

  1. Гнездицкий В. В., Корепина О. С. Атлас по вызванным потенциалам мозга (практическое руководство, основанное на анализе конкретных клинических наблюдений). Иваново: ПресСто, 201 1. 532 с.
  2. Горбачевская Н. Л. Особенности формирования ЭЭГ у детей в норме и при разных типах общих (первазивных) расстройств развития: дис.. д-ра биол. наук. Москва, 2000. 43 с.
  3. Грибанов А. В., Джос Ю. С. Половые различия спектральных характеристик фоновой ЭЭГ у детей младшего школьного возраста // Вестник Российской академии медицинских наук. 2016. № 71 (1). С. 52-60.
  4. Козлова П. И., Джос Ю. С. Характеристика зрительных когнитивных вызванных потенциалов у школьников 13-18 лет в зависимости от пола // Arctic Evironmental Research. 2014. № 1. С. 64-71.
  5. Лукманова Н. Б., Волокитина Т. В., Гудков А. Б., Сафонова О. А. Динамика параметров психомоторного развития детей 7-9 лет // Экология человека. 2014. № 8. С. 13-19.
  6. Clarke A. R., Barry R. J., McCarthy R., Selikowitz M. Age and sex effects in the EEG: development of the normal child // Clin. Neurophysiol. 2001. N 112 (5). P 806-814.
  7. Dykiert D., Der G., Starr J. M., Deary I. J. Sex differences in reaction time mean and intraindividual variability across the life span // Dev. Psychol. 2012. N 48 (5). P. 1262-1276.
  8. Gasser T., Jennen-Steinmetz C., Sroka L., Sroka L., Verleger R., Möcks J. Development of the EEG of school-age children and adolescents II. Topography // Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 1988. N 69 (2). P. 100-109.
  9. Hoffman L. D., Polich J. P300, handedness, and corpus callosal size: gender, modality, and task // Int. J. Psychophysiol. 1999. N 31. P 163-174.
  10. Langrova J., Kremlacek J., Kuba M., Kubova Z., Szanyi J. Gender Impact on Electrophysiological Activity of the Brain // Physiol. 2012. Res. 61 (Suppl. 2). P. 119-127.
  11. Sangal R. B., Sangal J. M. Topography of auditory and visual P300 in normal children // Clin. Electroencephalogr. 1996. N 27 (1). P. 46-51.
  12. Steffensen S. C., Ohran A. J., Shipp D. N., Hales K., Stobbs S. H., Fleming D. E. Gender-selective effects of the P300 and N400 components of the visual evoked potential // Vision Res. 2008. N 48. P. 917-925.
  13. Yuan J., He Y., Qinglin Z., Chen A., Li H. Gender differences in behavioral inhibitory control: ERP evidence from a two-choice oddball task // Psychophysiology. 2008. N 45 (6). P 986-993.

Statistics

Views

Abstract - 104

PDF (Russian) - 33

Cited-By


PlumX

Dimensions

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2019 Human Ecology

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies